基于结构保持模型的大型风电场的等值方法_李洪美

持不变及等值母线注入功率等于所有被等值机功率总和的前提下 ， 推导了大型风电场 双馈机组等值模型及其励磁系统等值模型 ； 并进行了实例等值仿真 。 仿真结果表明， 与传统的按容量加权等值方法相比 ， 基于结构保持模型等值方法能更好地反映电力系 统的暂态特性。这是分析大型风电场对电力系统暂态影响的一种有效等值方法 。 关键词： 风电场； 结构保持模型； 双馈风电机组； 等值方法 中图分类号： TM 614 文献标志码： A 8188 （ 2015 ） 06006006 文章编号： 2095-
Abstract： This paper presents an aggregation method to build a dynamic equivalent system of detailed wind generation units models and their exciter systems． The proposed method is based on the preservation of the coefficients matrices structure in the time domain representation． Based on the principle of structure preservation， the voltage， current and power are equal to the original system． According to the principle of structure preservation， the parameters of the equivalent generator and its control systems are calculated directly． For validation purposes， the equivalent parameters were applied to simulate an example wind farm． The results of the simulation show that the preservation method can reflect the transient character better than the equivalence based on power weight． The method provides a favorable model for large scale wind farm transient analysis． Key words： wind farm； structure preservation model； double feed inductive generator （ DFIG ） ； equivalent method
0
引
言
考虑每台机组单独对电力系统的影响； 且在研究风 电场系统中各无功补偿器对电网电压影响时， 也只 需要风电场整个系统的模型。目前， 已经对并网发 电的风电机组和风电场的建模进行了大量的研究
［ 511 ］ 。 工作， 并且也取得了一定的成果
随着大型风力发电机组的开发与应用， 风力发 。 电的容量不断增大 风电场功率输出特性及风电 场与电网间的相互影响已经成为近年来研究的热 ［ 14 ］ 。由于大型风电场中风力发电机数量众 点问题 多， 如果用异步发电机的全暂态模型表示风电场中 每台风电机组， 计算量非常大， 所使用时间也较长。 一般在研究风电场对电力系统的影响时， 并不需要
{
U ds = Ｒ s i ds － X'i qs + e'd U qs = Ｒ s i qs － X'i ds + e'q ds r = Tm － Te － TD dt
（ 2） （ 3）
2H
q 轴暂态 — —异 步 发 电 机 等 效 的 d 、 e' 式中： e' d， q— 电势； T' — —定子绕组开路时， 转子绕组的时 0— 间常数； X— — —同步电抗； — — 异 步 发 电 机 等 效 的 d、 q 轴暂态 X' — 电抗； i ds ， i qs — q 轴电流； — —定子 d、 sr — — —转差率；
电器与能效管理技术 （ 2015No． 6 ）
·分布式电源及并网技术 ·
基于结构保持模型的大型风电场的 * 等值方法
李洪美， 马兆兴， 柴艳莉 （ 江苏师范大学 电气工程及自动化学院 ，徐州 221116 ）
摘 电流保 要： 基于结构保持模型的概念 ， 在满足等值机终端母线等值前后电压 、 李 洪 美 （ 1969 —） ， 讲 女， 博士研究生， 师， 研究方向为电 力系统稳定与控制 及及并网技术 ·
电器与能效管理技术（ 2015No． 6 ）
［ 13 ］ 同步电抗及暂态电抗 。文 机的转子时间常数、 14］ 献［ 提出了基于异步发电机的 T 型等值电路模
15］ 型的加权求和法求取等值电机的参数。文献［ 基于风电场输出特性提出了风电场动态等值模型 16］ 参数的优化求解方法。文献［ 提出电磁部分和 机械部分线性化的多风电机组等值模型。 本文采用基于时域中机组暂态模型结构保持 的方法， 等值过程中保持暂态模型的结构不变 ， 在 满足等值机终端母线等值前后电压、 电流保持不 变及等值母线注入功率等于所有被等值机功率总 和的前提下， 根据电流、 功率关系进行等值变换， 得到等值后的暂态方程， 然后由该方程求得等值 后的机组参数。本文的模型推导结果也为风电场 的双馈风力发电机等值提供了一个模型基础 。
组聚合为一台机组， 因此等值必须满足以下两个 条件： （ 4） （ 1 ） 机端母线的电压、 电流保持不变； （ 2 ） 等值母线总的注入功率等于所有被等值 发电机功率的和； （ 3 ） 忽略机组损耗。 等值前后风电场输出的总有功功率保持不 变， 则有
n n
M = diag （ M1 ， M2 ， …， Mn ） ； 其中， N = diag （ N1 ， N2 ， …， N n ） ； Q = diag （ Q1 ， Q2 ， …， Q n ） ； C = diag （ C1 ， C2 ， …， C n ） ； D = diag （ D1 ， D2 ， …， Dn ） ； 0 Mi = K （ K + q1i ） （ K + K q2i ） ω ·X mi p2 i s p1i s s X rri （ K p3i K q3i K q2i X mi ） （ K p2i + ） ωs · + s s X rri ； 0 s ri ω s ； 1 － T' 0i － sr ； K q2 ） － （ K p2 + s X rr － （ K p2 K q2 ） ω s L2 + m s 2 L rr ； 0
— —发电机同步转速； ωs — Xm — — —定子转子间互抗， Xm = Lm ωs ； Xr — Xr = Lr ωs ； — —转子电抗， u dr ， u qr — q 轴电压； — —转子 d、 U qs — U ds ， q 轴定子电压； — —异步发电机 d、 Ｒs — — —定子电阻； H— — —发电机组转动惯量； Tm — — —风轮机的机械转矩； Te — — —发电机电磁转矩； TD — — —阻尼转矩。 e' 其中， d = － ω s L m ψ qr / L rr ； e' q = ω s L m ψ dr / L rr ； X = Xr Xm ； T = e' X s + X m ； X' = X s + q i qs + e' d i ds ； L rr = Xr + Xm e Xr + Xm L r + L m ； T' 。 0 = ωs Ｒr — —定转子绕组间的互感系数。 式中： L m — q 轴磁链； — —转子 d、 ψ dr ， ψ qr — Lr — — —转子相绕组的漏磁自感系数； Xs = Ls ωs ； Xs — — —定子电抗， — —转子电阻。 Ｒr — 文中带有下标 s 的， 代表定子参数； 带有下标 r 的， 代表转子参数。
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i ds1 e'd1 i e' qs1 q1 C … + D e'dn i d sn i q sn e'qn
目前对于大型风电场有通过对模型降价处理 利用奇异摄动理论的风电场降价模型
［ 12 ］
； 也有基
于同步发电机传递函数概念的多台异步发电机的 等值参数辨识法， 并采用最小二乘法计算异步发电
博士， 研究方向为电力系统稳定与控制及风力发电。 男， 讲师， 马兆兴（ 1982 —） ， 柴艳莉（ 1974 —） ， 博士， 研究方向为信号分析与信号处理。 女， 讲师， * 基金项目： 江苏省高校自然科学基金项目（ 14KJB470003 ）
An Equivalent Method of DFIG on Large Wind Farm Based on Structure Preservation Model
LI Hongmei，MA Zhaoxing，CHAI Yanli （ School of Engineering and Automation ，JiangSu Normal University ，Xuzhou 221116 ，China）
P meq =
∑ Pm =
i =1
ω r i P si ∑ i =1
= ω re P se = （ 6）
ω re （ v ds i dse + v qs i qse ） — —等值转速； 式中： ω re — P se — — —等值输出功率。