基于风电场输出特性的等值参数优化模型

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1、基于风电场输出特性的等值参数优化模型王杰（华北电力大学，保定，071003）摘要：本文基于风电场的输出特性提出风电场动态等值模型参数的优化求解方法，兼顾了风电场机组众多、风能波动较强的特点，并以一个风电场参数等值算例验证了该方法的效果。关键词：输出特性；动态等值；双馈发电机AbstractInthispaper,anoptimizationmethodfortheparametersoftheequivalentmodelbasedontheoutputcharacteristicsofthewindfarmisp

2、roposed.Thismethodconcursthechangefulcharacteristicsofwindfarmandtheeffectofthemethodisvalidatedbytheequivalenceofawindfarm.Keywords：outputcharacteristic,dynamicequivalence,squirrel-cage０引言随着风能利用进入了新时期，风力发电机单机容量和风电场建设规模都日益扩大，风电场的装机容量也扩大到几十万千瓦甚至百万千瓦。由于风力资源分布、风速

3、、电网结构、控制方式以及并网风力发电机组在持续运行过程中受到的影响，风电场的输出功率存在周期性的波动。风能的特点也决定了风电场的动态过程较传统的火电、水电机更为复杂。功率的变化将对电网产生一系列的影响，重要包括电压的波动和闪变、对接入点短路电流的影响、并网过程对电网的冲击等一系列的影响[1]。因此研究风电场并网可能带来的冲击和影响是非常重要的。如何建立合适的动态模型，准确地模拟风电场动态行为是仿真研究结果可信度的关键。１风电场运行特点风电场的运行有着很强的复杂性，主要体现在以下三个方面：首先风电场包含不同型号的风电

4、机组，参数不同，则机组具有不同的运行特性；其次组成风电场的机组众多，每台机组运行环境都存在差异，即使型号相同的机组也会运行在不同的状态；第三风能作为原动力有很强的波动性，随着风速变化，风电机可能运行在从零输出到满发的任一输出状态，因此，风电场的功率输出范围很宽。风电场的这些特点加大了风电场动态等值的难度，如何提高风电场等值模型在各类运行工况下的仿真精度需深入研究[2]。基于风电场输出特性的参数优化模型是综合利用风电场在不同运行工况下的输出特性中的各种信息进行风电场的参数优化等值。２等值模型双馈异步风电机的动态行为用

5、三阶模型按电动机惯例列写如下[3]：（1）（2）（3）（4）式中，是定子侧电压轴分量；是定子回路电流分量；是暂态电动势分量；是转差率；为同步频率；是转子暂态时间常数；是转子惯量；是同步电抗；是暂态电抗；是定子电阻；是电磁功率；是风功率输入；是微分算子。在上述模型中，等值机组有、、、四个参数需要求解。3风现场等值模型将风电场等值一台风电机组，则等值机可按单台双馈异步发电机的三阶模型表示，因为系统潮流方程和风电机方程，则风电场等值模型如下：（5）（6）（7）（8）（9）（10）（11）（12）式中，、、、为等值参数；为

6、风电场的平均风速；为等值机有功出力；为等值机无功出力特性，为等值机电压；为风功率计算公式；为系统潮流方程。以上模型是以双馈异步发电机的结构特性和风电场的输出特性为基础而建立的。输出特性包含风电场并网端口的电压、功率和电流等信息。但是风电场输出特性都会随着风速的波动而改变。如果仅仅由某风速个该风速下的输出特性来求解等值模型，等值结果难以反应风电场各种运行工况下的动态信息。因此要综合利用不同风速下输出特性中的各种信息建立等值参数优化模型。4优化模型可以通过实测记录风电场在不同风速下的输出信息，所有风速下风电场并网端口运

7、行信息的集合即可作为风电场输出特性参与计算。风电场的有功、无功出力和并网母线的电压是风电场的重要输出特性,根据这些输出特性建立等值参数优化模型。在可运行风速范围内进行风速采样，得到个不同的风速，以及相对应的输出特性。以风电场输出特性的二次指标作为优化目标，以系统潮流方程、风电机方程和风电场运行约束作为优化模型的约束条件，则求解等值参数的优化模型如下(忽略定子电阻)：目标函数：（13）约束方程：（14）（15）(16)（17）（18）（19）（20）（21）式中，、、、为等值参数，组成优化模型的决策变量；为有功出力；

8、为无功出力特性，为风电场电压；为等值机有功出力，为等值机无功出力，为等值机电压；；为风功率计算公式；为系统潮流方程。为了提高仿真速度，消掉约束方程参数虚部，对约束方程进行简化合并，得到了简化的优化模型：目标函数：约束方程：在已知这个不同风速下的风电场输出特性时，利用遗传算法求解以上简化后的优化模型可以得到风电场的等值参数、、。而等值机的转子惯性时间常数代表所