一种风电场非机理等效建模方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种风电场非机理等效建模方法和装置，以风电场的整体外特性为建模对象，分别以风电场并网点电压、风电场输入风速为输入量，均以风电场整体有功功率和无功功率的响应为输出量，通过参数辨识方法分别建立风电场响应与并网点电压变化之间传递函数，以及风电场响应与风速变化之间的传递函数。完整的风电场非机理等效模型由这两个传递函数的乘积组成。本发明专利技术提出的方法简化了风电场等效建模的过程和所需的数据量，同时又很好地契合了风电场等效建模的最终目的，即建立能够准确描述风电场外特性的简单低阶模型。通过本发明专利技术方法建立的风电场非机理等效模型可以广泛应用于含风电电力系统的仿真分析，具有良好的工程应用前景。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种风电场非机理等效建模方法和装置，以风电场的整体外特性为建模对象，分别以风电场并网点电压、风电场输入风速为输入量，均以风电场整体有功功率和无功功率的响应为输出量，通过参数辨识方法分别建立风电场响应与并网点电压变化之间传递函数，以及风电场响应与风速变化之间的传递函数。完整的风电场非机理等效模型由这两个传递函数的乘积组成。本专利技术提出的方法简化了风电场等效建模的过程和所需的数据量，同时又很好地契合了风电场等效建模的最终目的，即建立能够准确描述风电场外特性的简单低阶模型。通过本专利技术方法建立的风电场非机理等效模型可以广泛应用于含风电电力系统的仿真分析，具有良好的工程应用前景。【专利说明】—种风电场非机理等效建模方法与装置
本专利技术涉及可再生能源发电领域，涉及一种风电场的非机理等效建模方法.
技术介绍
近年来我国风力发电发展迅速，风电接入电网的规模不断增大、接入电网的电压等级不断提高。大规模风电的集中接入会对电力系统带来诸多问题，在研究风电接入对电力系统动态稳定性的影响时，需要一个能够准确表征风电场动态特性的风电场模型。数字仿真是风电场模型应用于研究风电接入对电力系统动态影响问题的主要方式。对于一个大规模风电场，如果对其进行详细建模，建立风电场中每台风电机组及机组内各模块的模型，虽保证了风电场的动态精度，但庞大的风电场模型接入电力系统进行仿真计算，不仅计算量大，而且难于收敛。另一方面，在对大规模风电接入的电力系统仿真分析中，重点研究的是风电场整体的动态特性，而不是风电场内每台机组的具体动态。因此，对风电场进行等效建模，建立准确并且简单的风电场等效模型是非常有必要的。 目前，风电场等效建模主要采用机理建模的方式，已经提出很多具体的方法。这些方法的共同特点是，必须知道等效建模时刻每台风力发电机承受的风速、风电场内部各种电气设备的详细模型等，当这些信息已知时，获得的风电场等效模型都具体良好的精度。但是，从当前的工程实际状况来看，电网运营企业无法得知风电场内每台风力发电机承受的风速，也缺乏风电场内部各种电气设备的详细模型，能够获得的信息往往只有风电场的整体功率输出、风电场附件测风塔的风速等，因此要对风电场进行机理等效建模是难以实现的。
技术实现思路
针对现有技术从电网侧进行风电场等效建模时，有效信息仅有风电场的整体功率输出、风电场附件测风塔的风速等，以至无法进行机理等效建模的技术问题，提出了一种风电场的非机理等效建模方法。 本专利技术的另一目的还提出一种风电场的非机理等效建模装置。 本专利技术的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。 为达成上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下: 一种风电场的非机理等效建模方法，使用风电场并网点的电压和测风塔的风速为输入量、使用风电场整体功率响应为输出量，通过辨识方法建立基于传递函数的风电场非机理等效模型，该非机理等效建模方法包括以下步骤: 步骤A:建立风电场非机理等效模型的方程，具体步骤如下: 步骤A-1:对于风电场在电网故障下整体动态响应的情况，此时忽略风速的变化，建立风电场并网点电压和输出功率的非机理等效模型，其方程为:I/) = ,id) \ο-?ο/ο?Φ') Ifou(U) = Hgii(S)ggil(U) 式中，P、P0分别为风电场输出的有功功率和有功功率稳态值；Q、Q0分别为此时风电场输出的无功功率和无功功率稳态值；U为风电场并网点电压；HPu(s)和Hai(S)分别为传递函数方程；gPu(U)和gftl(U)分别为以风电场并网点电压U为自变量的代数方程；传递函数方程Hpu(S)和Hqu(S)分别表达如下: ' h,r,yK*h,,,ytt^+--- + b,,,,,,ζτ (c\ _ P'40_/--!_PtmllPuVsJ- """""J^Ti 一.二!…….t.....................■ 「?.、+W+."+“,聊 { π , + + --- + b^,,.<J" s￥" + αφ>/!'^1 +"' + %-- 式中，pn( pm，qn ( qm ;bpu0、bpul、...、bpun、apul、—>apum>bqu0>bqul> —>bqun>aqul> …、aqUffl为常系数；代数方程gRl⑶和gQu(U)的表达式为: Ιλ(^) = 2 馬*厚,)-1jf)' —uO 式中，U、Utl分别为风电场并网点电压和并网点电压稳态值； 步骤A-2:对于风电场在风速波动下电功率变化的情况，建立风电场输入风速和输出功率的非机理等效模型，其方程为: \p=n.Mn Γ ? IfpAn=H^gjv) 刚陳4.(" [for(V)-HQv(s)SQim 式中，P、P0分别为风电场输出的有功功率和有功功率稳态值；Q、Q0分别为此时风电场输出的无功功率和无功功率稳态值；V为风电场输入风速；HPv(s)和Hqv (s)分别为传递函数方程；gPv(V)和gQv(V)分别为以风电场输入风速V为自变量的代数方程，该传递函数方程Hpv (s)和Hqv (s)表达式为: ".....+b^ + -'^“.^ + aPVispm^' +…+ °pvm i b t./!n +b γ^!+-..+Λ O_ill_ill I一 *******沾V^m 本 n L^m'1 本"，本 /I 式中，pn ( pm,qn ( qm ;bpv0、bpvl、...、bpvn、apvl、…、已卵士抑士忉、...、 aqvm为常系数； 代数方程gPv (V)和gQv (V)的表达式为: "J/ Spw(V) = (—)3 I° g,jn = (yf.ro 式中，V为风电场输入风速'V0为风电场输入风速的稳态值； 步骤A-3:对于同时考虑风速变化和电网故障下风电场整体响应的情况，建立以风电场输入风速和风电场并网点电压为输入量，以风电场整体功率为输出量的非机理等效模型，其方程为:' P = PJp JV) fp JU) fp^(V) = HPv(s)g Ptt(V) fpjmMgjm \ IQ=QJoJnfoJU)() fQ JV)-Hpr(S)gpv(V) fQ Am=Heu(S)gou(U) 式中，P、P0分别为风电场输出的有功功率和有功功率稳态值；Q、Q0分别为此时风电场输出的无功功率和无功功率稳态值^Hpu(S) ,HQu(s)、g[JU)、gQu(U)的定义和表达式同步骤 A-l，V、HPv(s)、HQv(s)、gPv(V)、gQv(V)的定义和表达式同步骤 A-2 ； 步骤B:辨识风电场非机理等效模型的参数，具体步骤如下: 采用蚁群优化算法辨识前述步骤A-1所建立等效模型Hai(S)和Hai(S)以及步骤A-2所建立等效模型Hpv(S)和Hqv(S)的参数； 步骤C、根据前述步骤B的参数辨识结果，代入前述步骤A-3中(*)式得到风电场完整的非机理等效模型。 进一步的实施例中，前述步骤2的实现具体包括以下步骤: 步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电场的非机理等效建模方法，其特征在于，使用风电场并网点的电压和测风塔的风速为输入量、使用风电场整体功率响应为输出量，通过辨识方法建立基于传递函数的风电场非机理等效模型，该非机理等效建模方法包括以下步骤：步骤A：建立风电场非机理等效模型的方程，具体步骤如下：步骤A‑1：对于风电场在电网故障下整体动态响应的情况，此时忽略风速的变化，建立风电场并网点电压和输出功率的非机理等效模型，其方程为：P=P0fPu(U)fPu(U)=HPu(s)gPu(U)Q=Q0fQu(U)fQu(U)=HQu(s)gQu(U)]]>式中，P、P0分别为风电场输出的有功功率和有功功率稳态值；Q、Q0分别为此时风电场输出的无功功率和无功功率稳态值；U为风电场并网点电压；HPu(s)和HQu(s)分别为传递函数方程；gPu(U)和gQu(U)分别为以风电场并网点电压U为自变量的代数方程；传递函数方程HPu(s)和HQu(s)分别表达如下：HPu(s)=bpu0spn+bpu1spn-1+...+bpunspm+apu1spm-1+...+apumHQu(s)=bqu0sqn+bqu1sqn-1+...+bqunsqm+aqu1sqm-1+...+aqum]]>式中，pn≤pm，qn≤qm；bpu0、bpu1、…、bpun、apu1、…、apum、bqu0、bqu1、…、bqun、aqu1、…、aqum为常系数；代数方程gPu(U)和gQu(U)的表达式为：gPu(U)=(UU0)2gQu(U)=(UU0)2]]>式中，U、U0分别为风电场并网点电压和并网点电压稳态值；步骤A‑2：对于风电场在风速波动下电功率变化的情况，建立风电场输入风速和输出功率的非机理等效模型，其方程为：P=P0fPv(V)fPv(V)=HPv(s)gPv(V)Q=Q0fQv(V)fQv(V)=HQv(s)gQv(V)]]>式中，P、P0分别为风电场输出的有功功率和有功功率稳态值；Q、Q0分别为此时风电场输出的无功功率和无功功率稳态值；V为风电场输入风速；HPv(s)和HQv(s)分别为传递函数方程；gPv(V)和gQv(V)分别为以风电场输入风速V为自变量的代数方程，该传递函数方程HPv(s)和HQv(s)表达式为：HPv(s)=bpv0spn+bpv1spn-1+...+bpvnspm+apv1spm-1+...+apvmHQv(s)=bqv0sqn+bqv1sqn-1+...+bqvnsqm+aqv1sqm-1+...+aqvm]]>式中，pn≤pm，qn≤qm；bpv0、bpv1、…、bpvn、apv1、…、apvm、bqv0、bqv1、…、bqvn、aqv1、…、aqvm为常系数；代数方程gPv(V)和gQv(V)的表达式为：gPv(V)=(VV0)3gQv(V)=(VV0)3]]>式中，V为风电场输入风速；V0为风电场输入风速的稳态值；步骤A‑3：对于同时考虑风速变化和电网故障下风电场整体响应的情况，建立以风电场输入风速和风电场并网点电压为输入量，以风电场整体功率为输出量的非机理等效模型，其方程为：P=P0fP_v(V)fP_u(U)fP_v(V)=HPv(s)gPv(V)fP_u(U)=HPu(s)gPu(U)Q=Q0fQ_v(V)fQ_u(U)fQ_v(V)=HPv(s)gPv(V)fQ_u(U)=HQu(s)gQu(U)---(*)]]>式中，P、P0分别为风电场输出的有功功率和有功功率稳态值；Q、Q0分别为此时风电场输出的无功功率和无功功率稳态值；U、HPu(s)、HQu(s)、gPu(U)、gQu(U)的定义和表达式同步骤A‑1，V、HPv(s)、HQv(s)、gPv(V)、gQv(V)的定义和表达式同步骤A‑2；步骤B：辨识风电场非机理等效模型的参数，具体步骤如下：采用蚁群优化算法辨识前述步骤A‑1所建立等效模型HPu(s)和HQu(s)以及步骤A‑2所建立等效模型HPv(s)和HQv(s)的参数；步骤C、根据前述步骤B的参数辨识结果，代入前述步骤A‑3中(*)式得到风电场完整的非机理等效模型。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴峰，龚广京，鞠平，金宇清，孔卫亚，杨晓梅，黄俊辉，王海潜，谢珍建，乔黎伟，祁万春，谈健，赵宏大，
申请(专利权)人：河海大学，国家电网公司，江苏省电力公司，江苏省电力公司电力经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32