一種考慮尾流效應的風電場併網穩定性分析方法
2023-06-21 06:30:41 1
一種考慮尾流效應的風電場併網穩定性分析方法
【專利摘要】本發明提供一種考慮尾流效應的風電場併網穩定性分析方法，該方法包括以下步驟：建立風電場等值模型；構建該風電場的原始導納矩陣並對其進行變換；生成測試電網系統的狀態矩陣；進行穩定性分析。本發明方法能有效考慮風電場運行中的實際問題，提高了大規模風電場併網對電力系統小擾動穩定性分析方法的準確性；此外，本發明方法很好處理了考慮尾流效應的風電場併網對電網特性的改變，為電網運行人員準確分析風電波動性對電網安全穩定的影響提供了有效途徑。
【專利說明】一種考慮尾流效應的風電場併網穩定性分析方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於電力系統安全穩定運行的【技術領域】，具體講涉及一種大規模風電場併網的小擾動穩定性分析方法。
【背景技術】
[0002]能源短缺和環境汙染是世界性問題，利用可再生清潔能源發電是解決這個問題的一個有效途徑。其中，風電研究較為成熟，並已逐漸成為重要的發電方式。近年來，世界各國都在努力發展風力發電，2012年底全球總裝機容量已經達到282吉瓦。相比於傳統能源，風電具有間歇、波動特性，大規模風電場併網將會給電力系統的穩定性和安全性帶來新的影響和挑戰。中國風資源儲量豐富，陸地風力資源估計可發電23.8億千瓦；5?20米水深線以內近海區域、海平面以上50米高度海上風電場可裝機容量約2億千瓦。其中，2012年新增風電機組7872臺，新增裝機容量12960兆瓦，累計安裝風電機組53764臺，累計裝機容量75324.2兆瓦，同比增長了 20.8%。我國風電裝機容量如此巨大，併網後對現有電網的穩定運行會產生什麼樣的影響是左右中國未來風電發展所面臨的最大問題和難點之一，同時也給電力系統的工程和研究人員提出了新的問題和挑戰。由此可見，研究、探討大規模風電併網後對電力系統穩定，特別是對電力系統小擾動穩定的影響對促進中國風電的發展以及建設堅強智能電網具有重要的理論意義和應用價值。
[0003]目前，國內外在風電場併網後對電力系統小擾動穩定的影響的研究主要集中於雙饋風力發電機型(Double-fed Induction Generator, DFIG)風電場的動態建模和其併網後對系統的小擾動穩定性的影響，對於直驅永磁型風力發電機(Permanent Magneti cSynchronous Generator, PMSG)的研究相對較少。而且,在為數不多的關於PMSG型風機併網對電力系統小擾動穩定性影響的研究當中，對風電場的建模都是把PMSG型風電場等值為一颱風機，或者採用恆風速模型，並沒有考慮到風機間的相互影響。實際上，迎風向前排風電機組的風速高於迎風向後排風電機組的風速，排與排相距越近，迎風向前排風電機組對後排風電機組風速的影響越大，這種現象被稱作尾流效應。考慮尾流效應後的風電場建模會使得對PMSG型風電場併網的小擾動穩定性分析更為準確和符合實際情況。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種大規模風電場併網的小擾動穩定性分析方法。
[0005]為了實現上述發明目的，本發明採取如下技術方案:
[0006]一種考慮尾流效應的風電場併網穩定性分析方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟:
[0007]A.建立風電場等值模型；
[0008]B.構建該風電場的原始導納矩陣並對其進行變換；
[0009]C.生成測試電網系統的狀態矩陣；[0010]D.進行穩定性分析。
[0011 ] 優選地，所述步驟A包括如下步驟:
[0012]A-1.風輪機建模；
[0013]A-2.PMSG 建模；
[0014]A-3.換流器及其控制系統建模；
[0015]A-4.風電場建模。
[0016]優選地，所述步驟B中，所述原始導納矩陣為不考慮尾流效應時的風電場導納矩陣；所述變換包括:調整各母線對應於導納矩陣中的順序和擴充導納矩陣階數。
[0017]優選地，所述步驟C包括:對表示所述電網系統的微分方程組和代數方程組在穩態值線性化，消掉代數量，保留狀態量，以形成所述狀態矩陣，並求解該狀態矩陣的特徵值和特徵向量；所述微分方程組和代數方程組分別如下式表示:
【權利要求】
1.一種考慮尾流效應的風電場併網穩定性分析方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: A.建立風電場等值模型； B.構建該風電場的原始導納矩陣並對其進行變換； C.生成測試電網系統的狀態矩陣； D.進行穩定性分析。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟A包括如下步驟: A-1.風輪機建模；
A-2.PMSG 建模； A-3.換流器及其控制系統建模； A-4.風電場建模。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟B中，所述原始導納矩陣為不考慮尾流效應時的風電場導納矩陣；所述變換包括:調整各母線對應於導納矩陣中的順序和擴充導納矩陣階數。
4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟C包括:對表示所述電網系統的微分方程組和代數方程組在穩態值線性化，消掉代數量，保留狀態量，以形成所述狀態矩陣，並求解該狀態矩陣的特徵值和特徵向量；所述微分方程組和代數方程組分別如下式表示:
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟D包括如下步驟: D-1.計算所述狀態矩陣的特徵值及對應的右特徵向量U和左特徵向量V，得出參與因子; D-2.依據所述參與因子和特徵值Xi的機電迴路相關比得出低頻振蕩模式； D-3.判斷該低頻振蕩模式所屬的類型； D-4.對於互聯繫統區域間振蕩模式，於機組上增加阻尼以減少振蕩。
6.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述PMSG建模採用轉子磁鏈定向控制策略；所述換流器為全功率換流器，其建模包括:發電機側變換器建模、直流母線建模和電網側變換器建模；所述控制系統由功率外環與電流內環組成；所述PMSG通過全功率換流器併入電網；所述風電場建模應用Jensen模型推導，其包括:A-4-1.根據空氣動力學原理，可以得到如下關係:
7.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述母線按照先同步發電機母線，後風電場併網母線，最後其它負荷母線的順序排列；所述擴充導納矩陣階數包括:(i)依據電壓、電流需分解到d軸、q軸兩個方向，將導納矩陣的每個子導納矩陣Yu變為下式表示的矩陣:
8.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述參與因子如下式表達:
【文檔編號】H02J3/38GK103956767SQ201410060467
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年2月21日 優先權日:2014年2月21日
【發明者】姚良忠, 石立寶, 王偉勝, 丁傑, 吳福保, 遲永寧, 李琰, 楊波, 許曉慧, 王韌, 王志冰, 孫蔚, 曹遠志, 崔紅芬, 盧俊峰, 吳婧 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院, 清華大學深圳研究生院, 江蘇省電力公司