风电场动态等值建模方法研究

随着大型并网风电场容量和数量的增加,其输出功率的波动性和间歇性将给电力系统的安全稳定运行带来巨大挑战。风电场动态等值建模理论与方法已成为亟待解决的基础性和应用性研究课题。本文首先给出基于运行数据的风电机组建模方法;然后针对三种常用风电机组,分别研究风速波动下和故障条件下风电场动态等值建模方法。论文的主要工作如下: (1)提出一种基于运行数据的风电机组建模方法。根据实测运行数据和数理统计方法得出风电机组的实测功率曲线,建立叶尖速比与风能利用系数的映射关系,通过查表法建立风力机模型,进而建立基于运行数据的风电机组模型。通过算例仿真,并与实测数据的比较分析表明,该方法建立的模型具有更高的精确度和工程应用价值。 (2)在分析尾流效应和时滞对风电场输出特性的影响以及风速波动下风电场常用等值方法适用性的基础上,针对常用等值方法建立的风电场模型出现无功功率误差的问题,提出了一种变参数电容补偿的单机表征方法。该方法计及了两种机端无功补偿方式,可适用于风速波动下定速机组风电场的动态等值建模。仿真结果表明,该等值方法可有效降低等值模型的无功功率误差。 (3)在分析电网故障条件下风电场常用等值方法适用性的基础上,提出了一种适用于故障条件下定速机组风电场动态等值模型的多机表征法。该方法以风电机组具有相近运行点为机组分群原则,定义了新的机群分类指标,结合聚类算法对风电机组进行动态分群,并给出了等值模型中各参数的计算方法、风电场集电系统的化简方法及等值模型的仿真建模过程。与传统等值方法的仿真对比验证了该方法的有效性。 (4)提出了一种电网故障条件下双馈机组风电场的动态等值建模方法。以双馈机组的桨距角控制动作情况为机组分群原则,通过提取反映桨距角控制动作的特征向量,作为支持向量机的输入进行双馈机组的动态分群,得出以三台风电机组表征的风电场等值模型。同时,给出了等值模型中各参数的计算方法。仿真结果表明,三机表征模型能够准确地反映双馈机组风电场并网点的动态特性。 (5)根据直驱永磁同步风电机组中双脉宽调制变换器起到隔断故障的特点,针对不考虑低电压穿越控制或低电压穿越控制采用超级电容器的情况,将风电场模型等值成一台风电机组,并给出了等值模型中各参数的获取方法。仿真结果表明,该方法可适用于风速波动和电网故障条件下的直驱永磁机组风电场动态等值建模。