一种风电场暂态等值建模方法及系统与流程

本发明涉及风电场等值建模，尤其涉及一种风电场暂态等值建模方法及系统。

背景技术：

1、随着双碳目标的不断推进，清洁和可持续化的风力发电技术逐渐成为国内电力发展的必然趋势。根据近年来全球风能理事会发布的全球风能报告可知，全球风电装机总量不断上升，风电能源在各国电网中的比例逐年增高。随着风电技术的进步和风电产业的逐渐成熟，大区互联的大规模风电场成为了风电发展的主流，由于大规模风电场内部机组数量众多并且运行过程复杂，因此其并网将对电力系统的电能质量和安全稳定造成巨大影响。若要对大规模风电场并网对电力系统带来的不利影响进行研究，首要目标则是建立能够准确反映风电场故障暂态特性的等值模型，目前对于风电场等值建模已有较为深入的研究，其中多机等值法较单机等值和半等值法能更全面的反应故障下风电场内部各风电机组的故障特征差异性，此方法的关键是分群指标的选取，多机等值法的分群指标现常采用易得到连续型稳态变量进行分群，稳态量通常是指在系统运行平稳状态下的电气参数，例如机组稳态运行时的风速、功率、转速等多个风机稳态电气量。然而，在风电场中，风机间距不同、风机类型不同以及技术参数、控制策略等方面的不同会导致风电机组之间出现动态特性和故障特征差异。

2、传统的稳态模型无法充分考虑这些动态特性和差异，其等值模型往往难以反映实际风电场内部各风电机组的故障特征差异性。同时由于风电场中存在多个风电机组，而且每个风电机组可能处于不同的工况下，故障发生时会导致系统出现多种模态特性。传统的稳态模型也往往无法捕捉到这些多模态特性，因此其暂态多机等值模型在反映风电场内部各风电机组的动态故障多模态特性的过程时也存在局限性。基于以上因素，目前采用稳态量作为分群指标进行多机等值的方法所得到的风电场暂态等值模型的精度与适用性都较低，这严重阻碍了风电场故障下含风电场的新型电力系统暂态分析。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种风电场暂态等值建模方法及系统，考虑风电机组变流器闭锁保护和直流母线crowbar保护在故障动态过程中的影响，充分考虑了故障过程中风电场内部各机组不同的动态特性与故障特征的差异性，有效提高风电场故障暂态等值建模精度。

2、本发明实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种风电场暂态等值建模方法，包括：

4、步骤s1，给风电场模型的输出三相电压端子加频率为工频f的三相标准电网电压ua、ub、uc；

5、步骤s2，设置风电场并网连接处发生短路故障，通过电压、电流互感器采集风电场内部各风电机组的直流母线电容电压udc(n)和网侧三相输出电流ia(n)、ib(n)、ic(n)，并进一步结合各风电机组设定的卸荷电路动作电压udcmax(n)和变流器最大限幅电流值imax(n)判断各风电机组所处的故障运行状态；其中，n代表风电场内部的第n台风电机组；故障运行状态具体是指crowbar是否投入、以及变流器是否闭锁；

6、步骤s3，按照crowbar是否投入和变流器是否闭锁对风电场内部的风电机组进行分群，将故障过程中同一时刻下处于同一种运行状态的风电机组划分为同一机群，总共可将其内部的风电机组划分为四组机群；

7、步骤s4，根据每组机群中所辖风电机组的有功功率参考值无功功率参考值直流母线电容参考值集电线路阻抗z(n)和电流互感器测得的输出电流值i(n)计算出每个机群对应的等值参数z(n)、i(n)；其中，n表示机群，n∈[1,4]；z(n)、i(n)分别为分群后机群的等值有功功率参考值、无功功率参考值、直流母线电容参考值、集电线路阻抗及每组机群输出电流值；

8、步骤s5，根据所述等值参数z(n)、i(n)，计算风电场的总集电线路阻抗z和各个机群的暂态故障输出电压u(n)；

9、步骤s6，利用四组机群的暂态故障输出电压u(n)和等值电流i(n)计算风电场暂态模型的故障输出电压u；

10、步骤s7，基于所述总集电线路阻抗z、所述故障输出电压u，建立风电场暂态模型等值的受控电压源模型。

11、较优地，所述步骤s2结合各风电机组设定的卸荷电路动作电压udcmax(n)和变流器最大限幅电流值imax(n)判断各风电机组所处的故障运行状态的判断过程为：

12、步骤s21，根据采集的网侧三相输出电流ia(n)、ib(n)、ic(n)计算出网侧三相输出线电流有效值；

13、步骤s22，将得到的网侧三相输出线电流有效值i(n)与变流器最大限幅电流值imax(n)进行比较，得出变流器是否闭锁的判断结果；其中，若i(n)≥imax(n)，则风电机组网侧当前处于变流器闭锁状态，若i(n)<imax(n)，则风电机组网侧变流器未进入闭锁状态；

14、步骤s23，将直流母线电容电压udc(n)与卸荷电路动作电压udcmax(n)进行比较，得出crowbar是否投入的判断结果；其中，若udc(n)≥udcmax(n)，则风电机组当前处于投入crowbar状态，若udc(n)<udcmax(n)，则风电机组当前处于未投入crowbar状态。

15、较优地，机群的4种运行状态包括：crowbar投入且变流器闭锁、crowbar切出且变流器闭锁、crowbar投入且变流器未闭锁、crowbar投入且变流器未闭锁。

16、较优地，根据每组机群中所辖风电机组的有功功率参考值无功功率参考值直流母线电容参考值集电线路阻抗z(n)和电流互感器测得的输出电流值i(n)计算四组机群对应的等值参数z(n)、i(n)的公式为：

17、

18、

19、

20、

21、

22、其中，kn表示分群后的机群n中风电机组的数量，j表示机群n中包含的单台风电机组。

23、较优地，分群后的四组机群分别视作一个独立的风电机组，所述步骤s5根据每组机群所处的状态推导得到的等值暂态故障输出电压u(n)计算公式为：

24、

25、式中，kp、ki分别为电压无功环比例系数；c为直流母线电容值；r为crowbar保护电路卸荷电阻值，id(n)、iq(n)分别为网侧变流器未闭锁机群的等值电流通过3/2坐标变换得到的dq坐标下的电流值；故障后网侧电流达到变流器幅值，外环切除机组进入低穿控制，电流指令值idref(n)、iqref(n)的计算公式为：

26、

27、其中，ut(n)为每组机群的等值并网点线电压标幺值，u(j)、un(j)分别为机群内部各风电机组并网点线电压的实际值和额定值；in(n)为每组机群的等值输出线电流额定值，pn(j)为各机群内部各风电机组输出的额定有功功率值。

28、较优地，所述步骤s5计算风电场总集电线路阻抗z计算公式为：

29、

30、

31、式中，p*为风电场输出的总参考功率。

32、较优地，所述步骤s5风电场暂态模型的故障输出电压u的计算式为：

33、

34、较优地，ua、ub、uc的计算式为：

35、

36、式中，m表示a、b、c三相电压的幅值，取值为单相相电压的倍；f为电网工频频率50hz。

37、进一步地，本发明提供一种风电场暂态等值建模系统，包括：

38、设置模块，给风电场模型的输出三相电压端子加频率为工频f的三相标准电网电压ua、ub、uc；

39、所述设置模块，设置风电场并网连接处发生短路故障，通过电压、电流互感器采集风电场内部各风电机组的直流母线电容电压udc(n)和网侧三相输出电流ia(n)、ib(n)、ic(n)，并进一步结合各风电机组设定的卸荷电路动作电压udcmax(n)和变流器最大限幅电流值imax(n)判断各风电机组所处的故障运行状态；其中，n代表风电场内部的第n台风电机组；故障运行状态具体是指crowbar是否投入、以及变流器是否闭锁；

40、分群模块，按照crowbar是否投入和变流器是否闭锁对风电场内部的风电机组进行分群，将故障过程中同一时刻下处于同一种运行状态的风电机组划分为同一机群，总共可将其内部的风电机组划分为四组机群；

41、计算模块，根据每组机群中所辖风电机组的有功功率参考值无功功率参考值直流母线电容参考值集电线路阻抗z(n)和电流互感器测得的输出电流值i(n)计算出每个机群对应的等值参数z(n)、i(n)；其中，n表示机群，n∈[1,4]；z(n)、i(n)分别为分群后机群的等值有功功率参考值、无功功率参考值、直流母线电容参考值、集电线路阻抗及每组机群输出电流值；

42、所述计算模块，根据所述等值参数z(n)、i(n)，计算风电场的总集电线路阻抗z和各个机群的暂态故障输出电压u(n)；

43、所述计算模块，利用四组机群的暂态故障输出电压u(n)和等值电流i(n)计算风电场暂态模型的故障输出电压u；

44、建立模块，基于所述总集电线路阻抗z、所述故障输出电压u，建立风电场暂态模型等值的受控电压源模型。

45、较优地，风电场暂态模型等值的受控电压源模型中，风电场总集电线路阻抗z计算公式为：

46、

47、故障输出电压u的计算式为：

48、

49、由上述技术方案可知，本发明实施例提供的风电场暂态等值建模方法及系统，首先给风电场模型的输出三相电压端子加频率为工频f的三相标准电网电压ua、ub、uc；设置风电场并网连接处发生短路故障，通过电压、电流互感器采集风电场内部各风电机组的直流母线电容电压udc(n)和网侧三相输出电流ia(n)、ib(n)、ic(n)，并进一步结合各风电机组设定的卸荷电路动作电压udcmax(n)和变流器最大限幅电流值imax(n)判断各风电机组所处的故障运行状态；按照crowbar是否投入和变流器是否闭锁对风电场内部的风电机组进行分群，将故障过程中同一时刻下处于同一种运行状态的风电机组划分为同一机群；根据每组机群中所辖风电机组的有功功率参考值无功功率参考值直流母线电容参考值集电线路阻抗z(n)和电流互感器测得的输出电流值i(n)计算出每个机群对应的等值参数z(n)、i(n)；根据等值参数z(n)、i(n)，计算风电场的总集电线路阻抗z和各个机群的暂态故障输出电压u(n)；利用四组机群的暂态故障输出电压u(n)和等值电流i(n)计算风电场暂态模型的故障输出电压u；基于总集电线路阻抗z、故障输出电压u，建立风电场暂态模型等值的受控电压源模型。本发明考虑风电机组变流器闭锁保护和直流母线crowbar保护在故障动态过程中的影响，充分考虑了故障过程中风电场内部各机组不同的动态特性与故障特征的差异性，有效提高风电场故障暂态等值建模精度。