风电场等值模型的研究

风电场等值模型的研究

发表时间：2017-11-21T15:58:25.447Z 来源：《电力设备》2017年第19期作者：刘文卿

[导读] 摘要：论文基于双馈风力发电机组自身运行特性，建立了风电场等值模型，以单台等值机组等效整个风电场，简化了仿真模型中风电场的规模，并与全模型进行了仿真对比。

（上海勘测设计研究院有限公司上海 200434）

摘要：论文基于双馈风力发电机组自身运行特性，建立了风电场等值模型，以单台等值机组等效整个风电场，简化了仿真模型中风电场的规模，并与全模型进行了仿真对比。

关键词：双馈异步发电机组；控制策略；等值模型

1．引言

随着风电技术的发展，风机单机容量日益扩大，风电场装机容量也在增加，风电逐渐成为电网电源中的重要组成部分。由于风的波动性以及受电网结构、控制方式的影响，风电场的输出功率存在周期性的波动。在风电接入系统的研究中，一般不需要把关注点放在风电场内部机组之间复杂的联系上，往往将风电场的整体特性简化处理，利用等值的降解模型进行风电场并网运行的分析和计算。因此研究简化的风电场等值模型对于评估风电接入对电网影响有着重要的实际意义。

2．双馈机组风电场的等值问题

风电场等效主要包括：风能分布模型、等值机群的划分和发电机组等值模型。其中，风能分布模型和机群的划分表现了风电场在外部风速扰动情况下风电场内各单台机组对外扰的响应情况，并以此为依据确定可以表征整个风电场的功率变化特性等值风速，输入到等值机组；而精确的发电机组和风电场内部等值模型可以更好的模拟含风电场电力系统内部故障情况下，风电场的动态特性。本文主要侧重含双馈机组风电场内部机组和电网的等值方法研究。

对于双馈机组风电场，其功率输出特性综合了风电场中各台机组不同注入风速下的运行工况，包含了各机组的有功、无功输出和有功损耗等状态信息。因此利用风电场最大风能追踪特性、无功输出以及线路电压降来求取风电场动态模型的等效量，能够提高等值模型的精度。在机群注入风速不同的情况下，本文建立了风电场等值模型，最后在 PSCAD软件平台中对等值机组的运行特性和控制性能进行仿真验证。

3．建立风电场等值数学模型

3.1 双馈风力发电机组的功率函数

提高风电场等值模型在各类运行工况下的仿真精度需要先从风电场功率输出特性入手。双馈风力发电机组所发功率与发电机转速及控制系统的控制方式密切相关，因此用发电机转子转速代替风速导出功率函数：

4．风电场等值模型与原始模型在动态与静态的仿真为了验证等值方法的有效性，本文以一个简单双馈机组风机群为例，进行仿真分析。算例中包含2台1MW双馈机组、1台750KW 双馈机组和1台1MW双馈机组。假设每台风力发电机组注入风速不存在明显差异，不考虑机群各台风电机组地理位置对风速的影响，认为各台风电机组吸收的风能只与机型有关。在PSCAD软件中，对等值前后机群有功出力、无功出力进行比较。针对风速变化的动态过程进行仿真，验证等效转速和等效无功输出的准确性；针对出口处三相短路的动态过程进行仿真，验证等效发电机和电网参数的等值效果。

4.1 静态模型的仿真

在PSCAD软件中，搭建4机组模型如下图1所示：

等值模型如下图2所示：

由上图可以看出，在风速变化和线路发生三相短路扰动时，风电场输出端口的有功出力、无功变化在等值前后基本吻合，只是在扰动发生前后有较为明显的局部误差，各种动态过程都具有较好的精度。等效风电机组参数对系统扰动具有良好的适应性。 5．结论

本文提出了双馈机组风电场的等值方法。该方法利用风电场最大风能追踪特性、无功输出对风电场动态模型的等效量进行求取，在各机组输入风速不同的情况下，以单台等值机组等效整个风电场的机组。仿真算例表明，等值前后风电场出口处功率动态特性基本吻合，只是扰动局部动态特性存在微小的误差，风电场动态等值模型对各类动态过程仿真具有较好的适用性，这为大规模含变速恒频双馈型机组风电场的等值提供方法参考。

参考文献：

[1]刘文,康积涛,王德林,傅晓锋. 含DFIG的风电场仿真等值模型研究与稳定性分析[J]. 电测与仪表,2017,(05):34-39.

[2]杜晓岩,尹华杰,叶超,杨苹. 基于改进模糊C均值聚类和MPSO的风电场等值研究[J]. 广东电力,2016,(08):38-44.