[发明专利]一种基于风电场内风速分布特性的等值建模方法

权利要求书

1.一种基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，包括以下步骤：

步骤S10，采集目标风电场的拓扑结构；

步骤S20，根据地形状况对场内的风机进行分组，每个组内包含多个机群；

步骤S30，对每个机群建立简化的机械模型；

步骤S40，建立整个风场的等效单机电气模型，包括绕线转子异步发电机状态空间模型，定子侧直接连接等效的单元变压器，转子侧接等效的背靠背变流器；以及

步骤S50，设定直流母线电压的设定值与单台机相同，电网侧与转子侧的脉冲宽度调制控制策略以等效的受控电压源代替，建立等效变流器模型。

2.如权利要求1所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，所述风电场的拓扑结构包括集电线路长度、集电线路分布参数、联络变压器参数、单元变压器参数、转子机械参数、发电机电气参数、控制参数、风力气动模型参数、变流器参数。

3.如权利要求1所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，对于平原地区或者海上风电场，按照下风口方向的顺序进行编组。

4.如权利要求1所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，对于山地风电场，按照风速分布、地理位置和海拔高度的不同进行编组。

5.如权利要求4所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，按照能量等值的方法得到该机群内的等效风速，包括以下步骤：

假定该机群内n台风机的风速为u₁，u₂…u_n，则风能中包含的最大可利用能量P_total为：

，

式中P_wind表示最大风功率-风速关系，ρ为空气密度，A为风机桨叶平面的迎风面积，C_{p_max}为最大风能利用率；

此时平均可利用风能为：

；

则该机群内的等效风速为：

。

6.如权利要求1所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，所述机械模型中包含单质块转子模型、MPPT控制模型、桨距角控制模型，每一个机群的输入电磁转矩由整场单机模型和转矩分配单元提供。

7.如权利要求6所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，所述每一个机群的输入电磁转矩通过以下方式提供：

采集各机械模型输出的电磁转矩指令值T_{cmd_i}，i = 1…n；

求和后得到整场的转矩指令值T_{cmd_eq}并输出到等效的转子侧变流器控制单元；

变流器在矢量控制的作用下调节转子电流，使得输出的电磁转矩与指令值吻合；

根据电磁功率相等的原则计算等效转速ω_{r_eq}，即：

，

式中ω_i为第i台风机的转速；

实时计算的电磁转矩实际值按比例分配给各机群单元：

，

式中T_{g_i}为第i台风机的电磁转矩，T_e为单机等值模型输出的电磁转矩。

8.如权利要求1所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，所述直流母线电容值为n倍单机的电容值，其瞬时电压由网侧的输入功率P_grid和转子侧的输出功率P_rot共同决定，各功率表达式分别为：

，

，

式中i_{a_grid}与i_{c_grid}分别为变流器网侧支路的A相、C相电流，i_{a_rot}与i_{c_rot}分别为变流器转子侧支路的A相、C相电流。

9.如权利要求1所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，所述等效单机电气模型的等效包括单元变压器等效、链式结构等效、并联结构等效以及并联电纳等效。

10.如权利要求9所述的基于风电场内风速分布特性的等值建模方法，其特征在于，所述单元变压器等效中所述单元变压器的标幺值不变而容量扩大n倍，其中，n为机群内的发电机台数。