[发明专利]风速波动下定速风电机组风电场的变参数电容补偿等值建模方法

摘要

风速波动下定速风电机组风电场的变参数电容补偿等值建模方法。它属风力发电技术领域。它解决了风速波动下传统等值方法建立的等值模型存在无功功率误差的缺点，以及现有变参数补偿的方法的等值模型中变参数电容难以计算的问题。本发明利用变参数电容补偿等值前后的无功功率误差，分别针对两种机端无功补偿方式，给出变参数电容的计算方法，将风速波动下风电场模型等值成一台定速风电机组。适用于风速波动下大容量风电场的动态等值建模以及大容量风电场对电力系统的影响分析。利用本发明得到的风电场等值模型可应用于风电场并网问题的研究，如风电功率凋度与平衡、风速波动下频率稳定问题、风电场静态电压稳定分析以及风电场接入系统的规划与设计。

主权项

风速波动下定速风电机组风电场的变参数电容补偿等值建模方法，首先将等值前n个风力机气动模型输出量叠加获得等值定速风电机组的风力机气动转矩Tm_eq，并将该风力机气动转矩Tm_eq输入给两质量块轴系模型，所述两质量块轴系模型还输入来自等值感应电机输出的电磁转矩Te_eq，所述的两质量块轴系模型输出的转子转速ωr_eq给等值感应电机，同时，所述的两质量块轴系模型输出的n个风力机的转速ωm_eq分别给n个风力机气动模型，所述的等值感应电机的机端与等值变压器之间接入变参数电容，等值变压器与风电场公共连接母线之间连接电缆的等值充电电容；其特征在于变参数电容的电容值Ceq的获取方法，获取过程如下：首先，计算得到补偿等值前后定速风电机组吸收的无功差的变参数电容的电容值Ceq_g：电机的电磁转矩为： T e ( s ) = U 2 r 2 s | r 2 s | 2 + ( x 1 + x 2 ) 2 公式一公式一中，x1为定速风电机组的定子电抗；x2为定速风电机组的转子电抗；r2为定速风电机组的转子电阻；s为滑差；U为定速风电机组的机端电压；利用定速风电机组的机械功率代替电磁转矩，得滑差为： s = U 2 r 2 - U 4 r 2 2 - 4 P m 2 ( x 1 + x 2 ) 2 r 2 2 2 P m ( x 1 + x 2 ) 2 公式二公式二中，Pm为机械功率；定速风电机组吸收的无功功率与有功功率之间的关系为： Q e = - r 2 2 + x k ( x k + x m ) s 2 r 2 x m s P e 公式三由公式二和公式三得到：Qe＝f(Pe)    公式四公式四中，f为定速风电机组吸收的无功功率与有功功率之间的对应函数；等值前定速风电机组吸收的无功功率为： Q e _ g = Σ i = 1 n Q e _ i = Σ i = 1 n f ( P e _ i ) 公式五等值后等值定速风电机组吸收的无功功率为： Q eq _ g = f ( Σ i = 1 n P e _ i ) 公式六等值前后定速风电机组吸收的无功差的变参数电容的电容值Ceq_g的计算公式为： C eq _ g = Q eq _ g - Q e _ g 2 πf U 2 公式七公式七中，U为等值定速风电机组的机端电压；其次，计算得到等值定速风电机组机端的固定电容器的等值电容的电容值Ceq_c：对于机端无功补偿采用固定电容器的等值电容计算： Σ i = 1 n ( U + Δ U ZTi ) 2 C i = ( U + Δ U ZT _ eq ) 2 C eq _ c 公式八公式八中，ΔUzti为等值前定速风电机组的机端变压器电压降落，ΔUzt_eq为等值定速风电机组的等值变压器电压降落，Ci为等值前定速风电机组的机端接入的固定电容器的电容值；公式八中ΔUzti用IiZTi代替，ΔUzt_eq用ZT_eq∑Ii代替，得等值定速风电机组机端的固定电容器的等值电容的电容值Ceq_c为： C eq _ c = Σ i = 1 n C i U 2 + 2 U Σ i = 1 n I i Z Ti C i + Σ i = 1 n ( I i Z Ti ) 2 C i U 2 + 2 U ( Σ i = 1 n I i ) Z T _ eq + ( ( Σ i = 1 n I i ) Z T _ eq ) 2 公式九公式九中，Ii为等值前定速风电机组的输出电流，ZTi为等值前定速风电机组的机端变压器阻抗，ZT_eq为等值变压器的阻抗；定速风电机组的输出电流和视在功率存在如下关系： I i = S i 3 U i 公式十公式十中，Si为等值前定速风电机组的视在功率，Ui为等值前定速风电机组的机端电压；把公式九代入公式十中，并假设定速风电机组的机端无功补偿装置使得其功率因数近似等于1，用发电机有功功率替代视在功率，得到等值电容的电容值为： C eq _ c = Σ i = 1 n C i + 2 Σ i = 1 n P i Z T i * C i / S BT + Σ i = 1 n ( P i Z Ti * / S BT ) 2 C i 1 + 2 ( Σ i = 1 n P i ) Z T _ eq * / S BT _ eq + ( ( Σ i = 1 n P i ) Z T _ eq * / S B _ eq ) 2 公式十一最后，综合公式七和公式十一，得到变参数电容的电容值Ceq：Ceq＝Ceq_g+Ceq_c    公式十二。