[发明专利]风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，包括：首先建立风电机组的系统模型；然后在完整保留机械动态相关部分的基础上对风电机组的系统模型进行简化，得到一个以风速和电力系统频率为输入量，以风电机组有功功率为输出量的模型；接着求取风电机组机械简化模型的关键参数；随后建立除风电以外的电力系统的通用频率响应模型；最后，通过连接风电机组的简化模型和电力系统的通用频率响应模型，得到风电参与电网频率支撑的快速仿真模型。通过本发明的方法可显著提高MATLAB软件下进行风电参与电网频率分析的效率，并可以准确模拟风电频率支撑对大规模电力系统的影响，对于促进风电参与电网频率支撑技术的进步具有重要促进作用。

技术领域

本发明属于电力系统仿真分析领域，特别涉及一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法。

背景技术

近年来，随着电力系统电源成分、网架结构和负荷特性的不断变化，系统频率稳定问题逐渐凸显。比如，2017年7月2日华东电网发生过因特高压直流闭锁导致频率跌至49.9Hz以下的事故。2019年8月9日英格兰和威尔士电网发生的大停电事故中频率最低跌至48.8Hz。这一系列事件引起了电力工作者对于频率稳定问题的广泛关注。新能源发电已经是电网中一类重要的电源，在2018年颁布的行业标准《电力系统网源协调技术规范》中对新能源发电参与频率支撑提出了明确要求。风电通常采用集中并网形式且具有较好的调频潜力，因此其参与频率支撑被寄予厚望。

MATLAB是控制策略研究和参数优化研究中广泛使用的一款仿真软件。在风电控制研究中，目前常以MATLAB软件提供的“DFIG Average Model”作为双馈感应风力发电机组(DFIG风电机组)的系统模型。但是，在用MATLAB软件进行风电参与电网频率支撑的研究时存在两个显著不足：(1)基于现有的系统模型难以构建大规模电力系统的仿真模型，不利于评判控制策略对大系统的影响；(2)控制器中的积分环节往往需要设置很小的仿真步长才能确保整个模型顺利运行，导致复杂模型的运行速度极慢，严重降低了仿真效率。

上述问题的存在使得在MATLAB软件下进行的风电参与电网频率支撑的研究一直停留在单台风电机组或风电场单机聚合模型对小规模电力系统的研究水平上，既限制了风电频率支撑控制研究的深入，也难以验证控制策略在大规模电力系统中应用的效果。本发明提出了一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，可以极大地提高MATLAB软件下进行风电参与电网频率支撑研究的效率，并可以准确模拟风电频率支撑对大规模电力系统的影响，对于促进风电参与电网频率支撑技术的进步具有重要促进作用。

发明内容

本发明目的在于提供一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，能够极大地提高MATLAB软件下进行风电参与电网频率支撑研究的效率，并可以准确模拟风电频率支撑对大规模电力系统的影响，对于促进风电参与电网频率支撑技术的进步具有重要促进作用。

为实现上述目的，本发明提供了一种风电参与电网频率支撑的快速仿真模型的构建方法，包括以下步骤：

步骤1、建立风电机组的系统模型，系统模型具体包括风力机模型、两质块轴系模型、双馈感应发电机模型、变桨及转速控制器模型(含频率支撑控制模块)、变流器模型、机侧变流控制器模型和网侧变流控制器模型等七个部分。

进一步，风电机组的系统模型可使用仿真软件中自带的系统模型，或者应根据厂家提供的参数建立系统模型。

步骤2、在完整保留机械动态相关部分的基础上对风电机组的系统模型进行简化。

进一步，具体的简化过程包括：将两质块轴系模型简化为单质块轴系模型；保留双馈感应发电机模型中的转子运动方程而忽略所有电气方程；使用一个有功功率计算系数K_AP替代变流器、机侧变流控制器模型和网侧变流控制器模型的作用；风力机模型、变桨及转速控制器模型不进行简化。