[发明专利]外部电网故障时并网风电场的动态等值方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种并网风电场的等值方法，特别涉及外部电网发生短路故障时采用双馈变速风电机组的风电场等值方法，在风电场等值中把风电场内风电机组和风电场内部线路作为整体进行等值，用于分析外部电网发生短路故障时风电场的输出特性及其对电力系统的影响。

背景技术

随着我国近年来风力发电的快速发展，进行风电场接入电力系统的研究和评估、开展系统及关键节点接纳风电能力的研究是当前风电发展中迫切需要解决的重要问题。从电力系统的角度来看，对风电场进行研究所关心的不是风电场内部每台风电机组的特性而是风电场作为一个整体的动态特性以及对电力系统的影响，在风电场接入电力系统的分析中不可能也没有必要把风电场内每台风电机组都作为一个单独元件列入仿真程序中进行分析，随着风电场规模的增大，这一特点越来越明显。但是，风电场不同于常规的发电厂，风电场是由大量分散布置的风电机组群组成，风电场内每台风电机组的输入风速除了都随着风速、风向的波动而波动，并且受风电机组间的尾流效应的影响，造成同一时刻风电场内风电机组的运行状态不完全相同；除此之外，风电场内电网络线路随风电场装机容量的增大而增长。因此，在风电场并网研究中需对风电场进行合理简化以建立满足分析要求的动态模型。

外部电网遭受故障和风速波动两种情况下风电场的动态特性及其对电力系统的影响是风电场并网分析的两个重要方面。在这两种情况下对风电场输出特性研究的侧重点不同，因此风电场的等值方法也就不同。本发明主要研究外部电网故障时风电场的等值方法。

当电网遭受短路故障时，电网所关心的是并网风电场在几秒钟内的动态特性及其对电网影响。在这样短的时间内，可以假设风电场的来风不变；并且电网故障时，风电场内所有风电机组的故障响应特性一致。

在现有的外部电网故障时风电场等值模型中，通常把风电场内风电机组和内部馈线分开处理。风电机组的等值方法有：

(1)假设风电场内所有风电机组出口电压相等并把它们归为一组，按照容量加权法对风电机组模型参数和容量进行等值计算。

(2)假设连结于同一条集电线路上的所有风电机组出口电压相等，按照容量加权法将它们等值成一台风电机组。

风电场内部线路的等值方法有：

(1)忽略风电场内部线路，只是将风电机组进行等值。

(2)利用等值损耗模型对连结于同一集电线路上风电机组间的线路进行简化，得出等值风电机组与风电场升压变之间等值线路的阻抗。

通过上述对风电机组和内部馈线的处理方法，把风电场等值成以下模型：

(1)一台等值风电机组或几台等值风电机组并联；

(2)一台等值风电机组与一段等值线路的串联组合，或几个一台等值风电机组与一段等值线路串联组合的并联。

综上所述，在以上所述风电场建模过程中仍存在一些问题，如：

(1)假设风电机组出口电压相等是不合理的；

(2)风电场内部线路对风电场输出特性的影响随着风电场装机容量的增加而增大，在风电场建模中将其忽略是不合理的。

鉴于此，结合目前风电场简化模型研究现状以及我国风力发电的发展来看，考虑风电场内部结构，建立用于分析外部电网发生短路故障时风电场动态特性及其对电网影响的风电场合理的等值模型，并应用到实际风电场的并网研究中是非常重要的。

发明内容

本发明的目的是考虑风电机组暂态特性、风电场内风电机组排列布置及内部电网线路等因素把风电场内部风电机组和内部电网线路看成整体，提出建立风电场等值模型的方法。包括利用戴维南等值定理把考虑内部电网络的风电场等值成一台风电机组；根据等值前后风电场与电网之间有功功率和无功功率交换不变的原则对风电场的功率进行等值；然后根据等值前后风电场动态特性不变的原则，采用保留发电机方程系数矩阵结构不变的时域聚合法，对风电机组的发电机、轴系和控制系统等模型参数进行等值；通过合理选择等值风电机组基准值，使得等值风电机组模型的详细程度与单台风电机组的相同。利用此方法可建立风电场动态等值模型，研究外部电网发生短路故障时风电场的输出特性以及对电力系统影响。

本发明为实现上述目的，采用的技术方案是：

1.风电场的静态等值

风电场的静态等值过程如图1(a)、(b)、(c)所示，它分两步完成：一是利用戴维南定理，先把风电场中每组风电机组及其之间的馈线等值成如图1(b)所示的电势和阻抗的串联，然后再对整个风电场等值成如图1(c)所示的电路；二是对风电场功率进行等值。双馈变速风电机组组成风电场的静态等值包括风电机组出口母线等值、风电机组功率等值、网络化简以及风电机组变流器的静态等值。