风电场等值建模及其暂态运行特性研究

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1、重庆大学硕士学位论文1绪论电机组采用该方法进行等值建模时的参数等值原则并进行了仿真验证。然而，由于该等值方法应用的前提条件是所有风力发电机组通过出口变压器接于同一母线，并忽略风电场的风速分布和内电网的功率损耗，因此只能用于理想风电场的等值建模中。对于实际风电场中风力机，由于受尾流效应和地形因素的影响使其所受的风速大小甚至方向可能是不同的。②变尺度降阶等值建模法，即对于采用矩形布置的风电场，考虑不同区段因尾流效应造成的风速差异带来的影响，将每个区段的风力发电机组用一台风力机驱动一台发电机来等值[11-14]。如文献[12]

2、给出了具有相同运行条件的风力机群的变尺度降阶等值模型。在所给出的例子中，在矩形布置的风电场，按照十行八列布置了80台风力发电机，采用变尺度将每行或每列等效为一台风力发电机。此外在考虑尾流效应造成的风速差异，而忽略发电机转子转速的差异时可以对不同区段上的风力机单独等值建模，而用一台发电机模型模拟风电场中所有的发电机组，即多台风力机驱动单台发电机的变尺度降阶等值模型[10-11]。变尺度降阶等值建模是在一定近似条件下的简化方法，它严格忽略了一些约束并且假设风力机群运行条件基本一致为前提。而实际上风电场中的风力发电机组类型不尽

3、相同，相同类型的发电机组可能由不同的型号发电机构成的，如丹麦的Ronland风场，则由4台2.3MW和4台2MW的风力发电机组构成[15]。③参数辨识等值建模法[16-19]。该方法借鉴了传递函数概念对风电场进行参数辨识的等值建模。如文献[16,17]借鉴同步发电机同调等值中传递函数的概念，基于异步机模型，使用频域响应辨识法的改进算法对异步发电机的同步电抗、暂态电抗、转子时间常数和初始滑差进行最小二乘法拟合求取风电场的等值参数。④按奇异摄动理论降阶的等值建模法[20]。该方法是指将描述风力发电机组的状态变量分为快变化的状

4、态变量和慢变化的状态变量两部分，通过忽略快变化的状态变量，得到用慢变化的状态变量表示的风电场模型。由于该方法侧重于对电机本体的研究，保留了慢变化的参量进而导致仍需要较长的仿真时间。综上所述，在对现有典型风电场的等值方法和模型分析的基础上，有必要针对不同风电场进行其等值模型的比较研究。虽然近年来提出了采用遗传算法对风电场进行等值建模[20-21]，但研究采用的目标函数过于简单，采样点过少，动态参数等值算法及其模型还有待进一步完善，以便能确定适合风电接入电力系统的暂态运行特性分析的风电场等值模型。1.2.2风电场接入电网的暂

5、态运行特性研究随着并网风力发电机组的单机容量日益增大，以及大容量风电场尤其是海上风电场的规划、建设和运行，大规模风电场接入对电力系统的安全和稳定运行将起到重要的影响。3重庆大学硕士学位论文1绪论其中对大容量风电场接入电网的暂态稳定性研究已引起国内外学者和工程界的广泛关注。目前的文献着重于对单台风力发电机暂态稳定性问题或含相同发电技术风力发电机组构成的风电场的暂态稳定性问题的研究[23-27]。文献[23]对并网笼型异步风力发电机组的暂态模型和暂态稳定性进行了深入的研究。文献[24]对并网双馈异步风力发电机组的暂态模型和暂

6、态稳定性进行了深入的研究。文献[25-27]在风电场采用容量加权单机等值建模的基础上，对风电场的并网特性和暂态稳定性进行了研究。文献[28]通过仿真分析比较了由笼型异步风力发电机组、双馈异步发电机组、永磁直驱同步发电机组构成的风电场对电网暂态稳定性的影响，以及不同短路点下风电场的出口电压恢复情况以及风电场的无功变化情况。文献[29-30]分别建立了笼型异步风电场和双馈风电场的容量加权单机等值模型，并在风速扰动和电网故障下对比分析了上述两种风电场单机等值模型与其对应的风电场详细模型的动、暂态运行特性。文献[31-32]建立

7、了包含笼型异步风力发电机组和双馈异步风力发电机组的风电场动态模型，仿真分析了风电场中的不同风力发电机组在电网故障下的电压恢复情况，有功功率、无功功率的变化情况，以及不同风力发电机组低电压穿越能力。上述文献更多涉及单台风力发电机暂态稳定性问题或含相同发电技术的风力发电机组风电场的暂态稳定性问题的研究，对含不同类型风电机组构成的混合风电场与电网的相互作用和影响有待深入研究。1.2.2本文的研究内容本文以笼型异步风电场和双馈风电场为研究对象，在分析笼型异步风电机组和双馈异步风电机组工作原理的基础上，对不同风电机组构成的风电场等

8、值方法和模型以及笼型异步风电场和双馈风电场并联运行时混合风电场的暂态运行特性开展深入的研究。主要内容包括以下几个方面：①首先介绍笼型异步风力发电机组和双馈异步风力发电机组工作原理及控制策略，建立了风速模型、风力机传动链模型、以及相应的风电机组数学模型，并对不同类型机组的动态特性进行了仿真分析。②在分析典型风电场等值方