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1、10申请公布号CN104200027A43申请公布日20141210CN104200027A21申请号201410444604522申请日20140902G06F17/50200601G06Q50/0620120171申请人河海大学地址210098江苏省南京市鼓楼区西康路1号申请人国家电网公司江苏省电力公司江苏省电力公司电力经济技术研究院72发明人高远金宇清鞠平吴峰潘学萍杨晓梅黄俊辉王海潜谢珍建乔黎伟祁万春谈健赵宏大74专利代理机构南京理工大学专利中心32203代理人朱显国54发明名称一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法与装置57摘要本发明提供一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法，。
2、通过DFIG机组CROWBAR的动作区域曲线和风电场内每台机组的运行状态来判断电压跌落期间各台DFIG机组CROWBAR的动作情况，并根据CROWBAR动作情况对机组进行分群，最后采用加权容量法合并同群机组，对同群机组的集电网络阻抗做并联处理，从而得到风电场的两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组，该两台等效机组的等效输入风速采用风速三次方加权聚合的方法求取。本发明还涉及一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模装置。51INTCL权利要求书2页说明书7页附图6页19中华人民共和国国家知识产权。
3、局12发明专利申请权利要求书2页说明书7页附图6页10申请公布号CN104200027ACN104200027A1/2页21一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法，通过DFIG机组CROWBAR的动作区域曲线和风电场内每台机组的运行状态来判断电压跌落期间各台DFIG机组CROWBAR的动作情况，并根据CROWBAR动作情况对机组进行分群，最后合并同群机组获得风电场的动态等效模型，其特征在于，具体步骤包括步骤A通过离线仿真获得单台DFIG机组在不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界曲线，即CROWBAR动作区域曲线，横坐标表示电压跌落时刻的输入风速大小，纵坐标表示机端电压跌落幅度，曲线上。
4、的每一点表示不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界点；步骤B以保持DFIG机组机端电压不变为原则，对集电网络进行并联化处理，以便适应任意位置上DFIG机组的聚合；步骤C根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电机组的机端电压跌落程度，并将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与CROWBAR动作区域曲线进行对比，判断其CROWBAR是否动作，其中，当运行点在曲线上方时，判定CROWBAR发生动作，然后依据CROWBAR的动作情况将所有机组分为CROWBAR动作与CROWBAR不动作两群；以及步骤D采用加权容量法合并同群DFIG机组，对同群机组的集电网络阻抗做并联处理，从而得到风电场。
5、的两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组，该两台等效机组的等效输入风速采用风速三次方加权聚合的方法求取。2根据权利要求1所述的考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法，其特征在于，前述步骤D中，前述两机等效模型的获得过程如下设等值群内共有N台DFIG，等效风电机组的容量SEQ等于同群中所有风电机组容量之和，每台风电机组的权系数I是其容量SI与等效风电机组容量SEQ的比值等效机组的各个参数，包括转子阻抗、励磁电抗、定子电阻、惯性时间常数、阻尼系数等电气参数以及控制器参数，均按下式进行，其中PA。
6、RA代表需要聚合的各种参数等效输入风速的计算考虑到机械功率与风速三次方成正比，因此通过输入风速三次方V3加权聚合法来求取等值风速VEQ，令各台风电机组的风速为VI，容量权系数为I，机组数量为N，则等值风速VEQ为经过以上步骤处理，即可得到风电场两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组。3一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模装置，其特征在于，包括第一单元，用于通过离线仿真获得单台DFIG机组在不同运行状态下CROWBAR发生动作权利要求书CN104200027A2/2页3的临界曲线，即CRO。
7、WBAR动作区域曲线，其中，曲线的横坐标表示电压跌落时刻的输入风速大小，纵坐标表示机端电压跌落幅度，曲线上的每一点表示不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界点；第二单元，用于根据保持DFIG机组机端电压不变的原则对集电网络进行并联化处理，以便适应任意位置上DFIG机组的聚合；第三单元，用于根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电机组的机端电压跌落程度，并将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与CROWBAR动作区域曲线进行对比，判断其CROWBAR是否动作，其中，当运行点在曲线上方时，判定CROWBAR发生动作，然后依据CROWBAR的动作情况将所有机组分为CROWBAR动作与。
8、CROWBAR不动作两群；第四单元，用于利用加权容量法合并同群DFIG机组，对同群机组的集电网络阻抗做并联处理，从而得到风电场的两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组。4根据权利要求3所述的考虑低电压穿越特性的风电场等效建模装置，其特征在于，所述第三单元包括处理模块、判断模块及机组分群模块，其中处理模块，用于根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电机组的机端电压跌落程度；判断模块，用于将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与CROWBAR动作区域曲线进行对比以判断其CROWBA。
9、R是否动作，并且基于运行点在曲线上方判定CROWBAR发生动作；机组分群模块，用于根据前述判断模块判断的CROWBAR的动作情况将所有机组分为CROWBAR动作与CROWBAR不动作两群。权利要求书CN104200027A1/7页4一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法与装置技术领域0001本发明涉及可再生能源发电技术领域，具体而言涉及一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法与装置。背景技术0002目前，作为清洁能源代表的风电在电网中所占的比例不断增加，风电与电网之间的相互影响也日益凸显。对于风电与电网的交互影响，目前主要依靠数字仿真来研究。由于风电场中风电机组的单机容量小、数量多，如果。
10、每台机组都采用详细模型，那么整个风电场的模型阶数将会很高，严重影响仿真分析的效率和计算的收敛性。而且，在研究风电场对电网的影响时，关注的是风电场的整体响应，因此通常将风电场等效成一台或者多台机组来进行研究。关于风电场等效建模也称为“风电场动态等值”的研究已有较长的历史，研究热点主要在机组的分群方法上，普遍采用对机组“先分群、后聚合”的方法来建立风电场的等效模型。0003随着风电规模的日益增大，电网电压因故障发生跌落时，风电场脱网对电网安全稳定的影响愈加突出。因此，电网运营商在其风电并网运行导则中已经明确要求风电机组必须具备低电压穿越LOWVOLTAGERIDETHROUGH，LVRT能力。现有。
11、研究中提出的双馈感应发电机DOUBLYFEDINDUCTIONGENERATOR，DFIG的LVRT方式有适用于非严重故障的改进矢量控制或鲁棒控制、在定子侧加装串联变换器、在转子与转子侧变流器之间加装快速短接保护装置转子侧撬棒电路，CROWBAR电路、在变流器直流电容两端加装CHOPPER电路或储能电路等等。其中加装CROWBAR电路的方法，由于容易实现且成本不高，在工程上应用较为普遍。0004在电网故障情况下DFIG的CROWBAR是否投入不但与机组的初始运行状态有关，还与其感受到的电压跌落幅度和故障持续时间有关。对于采用CROWBAR的DFIG机组，CROWBAR投入后转子侧变流器被闭锁，。
12、机组会从DFIG状态进入感应发电机IG状态，CROWBAR切除后又恢复到DFIG状态，如果将CROWBAR动作情况不一致的机组进行聚合则不可避免地造成显著误差。但是，现有的各种风电机组分群方法无法计及DFIG机组CROWBAR的动作情况，必然会给风电场等效模型带来明显的动态误差。发明内容0005根据本发明的公开，提出一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法，通过DFIG机组CROWBAR的动作区域曲线和风电场内每台机组的运行状态来判断电压跌落期间各台DFIG机组CROWBAR的动作情况，并根据CROWBAR动作情况对机组进行分群，最后合并同群机组获得风电场的动态等效模型，其具体步骤包括000。
13、6步骤A通过离线仿真获得单台DFIG机组在不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界曲线，即CROWBAR动作区域曲线，横坐标表示电压跌落时刻的输入风速大小，纵坐标表示机端电压跌落幅度，曲线上的每一点表示不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界点；说明书CN104200027A2/7页50007步骤B以保持DFIG机组机端电压不变为原则，对集电网络进行并联化处理，以便适应任意位置上DFIG机组的聚合；0008步骤C根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电机组的机端电压跌落程度，并将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与CROWBAR动作区域曲线进行对比，判断其CROWBAR是否动。
14、作，其中，当运行点在曲线上方时，判定CROWBAR发生动作，然后依据CROWBAR的动作情况将所有机组分为CROWBAR动作与CROWBAR不动作两群；以及0009步骤D采用加权容量法合并同群DFIG机组，对同群机组的集电网络阻抗做并联处理，从而得到风电场的两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组，该两台等效机组的等效输入风速采用风速三次方加权聚合的方法求取。0010根据本发明的改进，还提出一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模装置，包括0011第一单元，用于通过离线仿真获得单台DFIG机组。
15、在不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界曲线，即CROWBAR动作区域曲线，其中，曲线的横坐标表示电压跌落时刻的输入风速大小，纵坐标表示机端电压跌落幅度，曲线上的每一点表示不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界点；0012第二单元，用于根据保持DFIG机组机端电压不变的原则对集电网络进行并联化处理，以便适应任意位置上DFIG机组的聚合；0013第三单元，用于根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电机组的机端电压跌落程度，并将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与CROWBAR动作区域曲线进行对比，判断其CROWBAR是否动作，其中，当运行点在曲线上方时，判定CROWBAR发。
16、生动作，然后依据CROWBAR的动作情况将所有机组分为CROWBAR动作与CROWBAR不动作两群；0014第四单元，用于利用加权容量法合并同群DFIG机组，对同群机组的集电网络阻抗做并联处理，从而得到风电场的两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组。0015由以上本发明的技术方案可知，本发明所提出的考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法与装置，与现有技术相比，其显著的优点在于克服了现有风电场等效建模时不能准确考虑DFIG机组LVRT特性而导致风电场等效模型精度不佳的问题，能够为含大规模风电。
17、电网的仿真分析提供能够真实反映DFIG风电场LVRT特性的动态等效模型，对维持含大规模风电电网的安全稳定运行具有关键的意义。附图说明0016图1是本发明一实施方式考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法的流程示意图。0017图2是DFIG机组CROWBAR动作区域曲线的示例性示意图。0018图3是集电网络进行并联化处理的效果示意图。0019图4是集电网络分解示意图。0020图5是仿真风电场的结构图。说明书CN104200027A3/7页60021图6是IEEE10机39节点仿真系统结构图。0022图7是风电场两机等效模型的结构图。0023图8A8B是风电场等效模型与详细模型动态响应的对比图，其中。
18、8A表示有功功率的对比示例，8B表示无功功率的对比示例。0024图9为本发明一实施方式考虑低电压穿越特性的风电场等效建模装置的模块示意图。具体实施方式0025为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。0026如图1所示，根据本发明的较优实施例，一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法，通过DFIG机组CROWBAR的动作区域曲线和风电场内每台机组的运行状态来判断电压跌落期间各台DFIG机组CROWBAR的动作情况，并根据CROWBAR动作情况对机组进行分群，最后合并同群机组获得风电场的动态等效模型，其具体步骤包括0027步骤A通过离线仿真获得单台DFIG机组在不同运行。
19、状态下CROWBAR发生动作的临界曲线，即CROWBAR动作区域曲线，横坐标表示电压跌落时刻的输入风速大小，纵坐标表示机端电压跌落幅度，曲线上的每一点表示不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界点；0028步骤B以保持DFIG机组机端电压不变为原则，对集电网络进行并联化处理，以便适应任意位置上DFIG机组的聚合；0029步骤C根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电机组的机端电压跌落程度，并将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与CROWBAR动作区域曲线进行对比，判断其CROWBAR是否动作，其中，当运行点在曲线上方时，判定CROWBAR发生动作，然后依据CROWBAR的动作情。
20、况将所有机组分为CROWBAR动作与CROWBAR不动作两群；以及0030步骤D采用加权容量法合并同群DFIG机组，对同群机组的集电网络阻抗做并联处理，从而得到风电场的两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组，该两台等效机组的等效输入风速采用风速三次方加权聚合的方法求取。0031采用本实施例的方案，可克服现有风电场等效建模时不能准确考虑DFIG机组LVRT特性而导致风电场等效模型精度不佳的问题，为含大规模风电电网的仿真分析提供能够真实反映DFIG风电场LVRT特性的动态等效模型。0032下面。
21、结合图1以及图2图8所示，详细说明前述实施例的各步骤的实施。0033步骤A通过离线仿真获得单台DFIG机组在不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界曲线，即CROWBAR动作区域曲线0034本实施例中，建立前述CROWBAR动作区域曲线的具体方法是建立单台DFIG机组的并网仿真模型，给出DFIG机组输入不同风速，测试不同机端电压幅度下DFIG机组CROWBAR的动作情况，得到CROWBAR动作区域曲线。0035图2所示为DFIG机组CROWBAR动作区域曲线的一个示例，该图横坐标表示电压跌落时刻的输入风速大小，纵坐标表示机端电压跌落幅度，曲线上的每一点表示不同运行状态下CROWBAR发生动作。
22、的临界点，只有当运行点在曲线上方时，CROWBAR才发生动作。0036步骤B以保持DFIG机组机端电压不变为原则，对集电网络进行并联化处理，以便说明书CN104200027A4/7页7适应任意位置上DFIG机组的聚合。0037本实施例中，前述并联化处理通过将电缆与风电机组之间的混联结构变换为纯并联结构来实现。变换的结果就是将线路阻抗ZLI分解成若干个ZLI,N，在消去ZLI的同时将ZLI,N串联到原来与ZLI相连的各个风力发电机支路中，其中I是电缆阻抗的序号，N是风力发电机的序号。0038如图3为集电网络进行并联化处理的效果示意，以该图中的ZL2为例，结合图4所示的集电网络分解示意图，其变换过。
23、程如下所示。0039在网络变换之前，Z1和Z2Z1和Z2为原先与ZL2相连的DFIG机组的等效阻抗，其中Z1还包含了与DFIG机组串联的ZL1的端电压为00400041其中“/”表示并联。0042变换后，Z1和Z2的端电压为00430044为了保持变换前后端电压相同，则和应该和相等，可以求出00450046然后根据求得的ZLI,N修正风力发电机等值阻抗ZN。0047在前述的例子中，对Z1和Z2做如下修正0048Z1Z1ZL2,1Z2Z2ZL2,240049再将修正后的等值阻抗ZN带入下一个电缆阻抗ZLI1的变换。0050如此，确定用于计算ZLI,N的通用公式为00510052根据以上步骤，即可。
24、将整个风电场的内部网络变换为如图3下边所示的纯并联结构。0053步骤C根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电机组的机端电压跌落程度，并将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与CROWBAR动作区域曲线进行对比，判断其CROWBAR是否动作，其中，当运行点在曲线上方时，判定CROWBAR发生动作，然后依据CROWBAR的动作情况将所有机组分为CROWBAR动作与CROWBAR不动作两群。0054以图5所示的风电场8行8列，共64台机组为例，该风电场接入如图6所示的IEEE10机39节点标准算例系统。为了结论的一般性，风向角设置为45度，风电场风速分布如表1所列，其中以行向和列向02。
25、M/S风速衰减替代了具体的尾流效应计算。0055表1风电场风速分布表0056说明书CN104200027A5/7页80057故障设置为01S时刻在图6系统双回线LINE1933中一回线的50处发生三相短路故障，电压跌落幅度U为47，01S后即02S时刻切除故障。根据仿真结果，1至8行风电机组机端电压跌落程度分别为462、455、449、444、440、437、435、434，结合表1中的风速分布情况以及图2所示的CROWBAR动作区域曲线，分析可得如表2所示的CROWBAR动作情况，将其中30台CROWBAR发生动作的风电机组归为一群，剩余机组为另一群。0058表2CROWBAR动作情况005。
26、90060步骤D采用加权容量法合并同群DFIG机组，对同群机组的集电网络阻抗做并联处理，从而得到风电场的等效模型，最终得到的风电场等效模型为单机等效模型或两机等效模型如果电网故障时风电场内所有风电机组CROWBAR的动作情况一致，则得到风电场的单机等效模型；如果各风电机组CROWBAR的动作情况不一致，则得到风电场的两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组。0061其中，两台等效机组的等效输入风速采用风速三次方加权聚合的方法求取。0062本步骤中所采用的加权容量法，其原理如下0063设等值群。
27、内共有N台DFIG，等效风电机组的容量SEQ等于同群中所有风电机组容量之和，每台风电机组的权系数I是其容量SI与等效风电机组容量SEQ的比值。说明书CN104200027A6/7页900640065等效机组的各个参数，包括转子阻抗、励磁电抗、定子电阻、惯性时间常数、阻尼系数等电气参数以及各种控制器参数，均按下式进行，其中PARA代表了需要聚合的各种参数。00660067等效输入风速的计算考虑到机械功率与风速三次方成正比，因此通过风速三次方V3加权聚合法来求取等值风速VEQ。设各台风电机组的风速为VI，容量权系数为I，机组数量为N，则等值风速VEQ为00680069经过以上步骤，就可以得到如图7。
28、所示的风电场两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组。0070图8A8B给出了风电场等值模型以及详细模型的动态响应曲线对比图。由图可知，利用本实施例的建模方法所得的风电场等值模型，在动态特性上能很好地拟合详细模型。0071根据本公开，如图9所示，一种考虑低电压穿越特性的风电场等效建模装置100，包括0072第一单元101，用于通过离线仿真获得单台DFIG机组在不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界曲线，即CROWBAR动作区域曲线，其中，曲线的横坐标表示电压跌落时刻的输入风速大小，纵坐标。
29、表示机端电压跌落幅度，曲线上的每一点表示不同运行状态下CROWBAR发生动作的临界点；0073第二单元102，用于根据保持DFIG机组机端电压不变的原则对集电网络进行并联化处理，以便适应任意位置上DFIG机组的聚合；0074第三单元103，用于根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电机组的机端电压跌落程度，并将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与CROWBAR动作区域曲线进行对比，判断其CROWBAR是否动作，其中，当运行点在曲线上方时，判定CROWBAR发生动作，然后依据CROWBAR的动作情况将所有机组分为CROWBAR动作与CROWBAR不动作两群；0075第四单元104，。
30、用于利用加权容量法合并同群DFIG机组，对同群机组的集电网络阻抗做并联处理，从而得到风电场的两机等效模型，其中1台等效机组代表电网故障中CROWBAR会发生动作的一群机组，另1台等效机组代表电网故障中CROWBAR不会发生动作的一群机组。0076进一步的的实施例中，前述第三单元103包括处理模块1031、判断模块1032以及机组分群模块1033，结合图9所示，其中0077处理模块1031，用于根据电网故障时风电场并网点电压跌落情况，计算每台风电说明书CN104200027A7/7页10机组的机端电压跌落程度；0078判断模块1032，用于将每台机组的输入风速和机端电压跌落程度与CROWBAR动。
31、作区域曲线进行对比以判断其CROWBAR是否动作，并且基于运行点在曲线上方判定CROWBAR发生动作；0079机组分群模块1033，用于根据前述判断模块1032判断的CROWBAR的动作情况将所有机组分为CROWBAR动作与CROWBAR不动作两群。0080本实施例中，前述第一单元101、第二单元、102、第三单元103、第四单元104以及处理模块1031、判断模块1032、机组分群模块1033，其功能、效果以及工作流程已经在前述实施例的考虑低电压穿越特性的风电场等效建模方法中做了相应的说明，在此不再赘述。0081虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。说明书CN104200027A101/6页11图1说明书附图CN104200027A112/6页12图2图3说明书附图CN104200027A123/6页13图4图5说明书附图CN104200027A134/6页14图6图7说明书附图CN104200027A145/6页15图8A图8B说明书附图CN104200027A156/6页16图9说明书附图CN104200027A16。