CN104732008A - 一种基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，包括以下步骤：计算风电机组的有功电流控制值和无功电流控制值；计算风电场的实际有功电流控制值之和及实际无功电流控制值之和；计算风电场的等值有功电流控制值之和及等值无功电流控制值之和；确定风电机组的最终等值台数。本发明提供一种基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，以倍乘的方法为基础，即将风电场等值为完全相同的多台机组，研究确定比较合理的等值台数的方法，以达到预期的工程需要的结果。

Description

一种基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法

技术领域

本发明涉及一种等值方法，具体涉及一种基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法。

背景技术

风电场中一般包含多台同类型的风电机组，在电力***仿真分析中，将风电场中所有的风电机组都进行建模计算，会使仿真计算的规模大大增加，从电力***机电暂态仿真计算的角度来看没有必要将风电场考虑的非常详细，从风电机组电气特性的角度也完全没有必要将风电场进行详细的考虑，因此电力***仿真中可以将风电场进行等值简化。

风电场等值问题长期以来是一个研究的热点，风电场等值考虑的问题和应用目标可能有差异，在等值过程中考虑的问题也不同，因此风电场等值首先必须确定等值的目标。大电网仿真需要的风电场等值是其中主要的目的之一。针对适用于电力***仿真的等值方法，已经开展了大量的研究工作，从静态方面考虑主要是考虑风电场内部的线路和接线方式进行静态等值，动态等值方面主要有以下几种思路：

1)采用加权的方法，对风电机组主要参数进行加权计算。

这种方法考虑不同类型机组的等值，实际***风电场中的风电机组机组类型是相同的，因此采用此方法没有什么必要，另外对于不同类型机组的合并采用此方法也不能得到比较准确的结果。

2)采用倍乘的方法，即等值为完全相同的多台机组

这种方法比较简单，但将一个比较复杂的风电场简单等值为单台机组，受到很多研究学者的质疑。但在国内外的实际应用过程中很多多采用这种方法。

3)其他方法

一些研究过程中采用了比较复杂的算法进行等值，虽然理论上看似比较先进，但从考虑问题的前提和结论上来看也没有得到很好的结果。

风电场等值的研究过程中等值的参数基本上都考虑了发电机参数和部分控制***中的参数的等值。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，以倍乘的方法为基础，即将风电场等值为完全相同的多台机组，研究确定比较合理的等值台数的方法，以达到预期的工程需要的结果。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，低电压穿越期间风电机组的控制策略包括有功控制策略和无功控制策略；所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算风电机组的有功电流控制值和无功电流控制值；

步骤2：分别计算不同的电压跌落水平下风电场的实际有功电流控制值之和及实际无功电流控制值之和；

步骤3：分别计算不同的电压跌落水平下风电场的等值有功电流控制值之和及等值无功电流控制值之和；

步骤4：确定风电机组的最终等值台数。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：根据有功控制策略计算风电机组的有功电流控制值i_P；

步骤1-2：根据无功控制策略计算风电机组的无功电流控制值i_Q；

步骤1-3：对i_P和i_Q进行修正。

所述步骤1-1中，根据有功控制策略采取的控制方式分别计算风电机组的有功电流控制值，具体为：

(1)有功控制策略采取基于初始功率的控制方式时，i_P表示为：

$i_P=\frac{P_{\mathrm{init}}}{V_k}$

(2)有功控制策略采取指定电流的控制方式时，i_P表示为：

i_P＝i_Pcon

(3)有功控制策略采取指定有功功率的控制方式时，i_P表示为：

$i_P=\frac{P_{\mathrm{con}}}{V_k}$

其中，P_init表示初始有功功率，V_k表示选择的电压跌落水平，i_Pcon表示低电压穿越期间有功电流控制目标值，P_con表示低电压穿越期间的有功功率控制目标值。

所述步骤1-2中，根据无功控制策略采取的控制方式分别计算风电机组的无功电流控制值，具体为：

(1)无功控制策略采取基于电压的控制方式时，i_Q表示为：

i_Q＝k_Q(V_ref-V_k)

(2)无功控制策略采取指定电流的控制方式时，i_Q表示为：

i_Q＝i_Qcon

(3)无功控制策略采取指定无功功率的控制方式时，i_Q表示为：

$i_Q=\frac{Q_{\mathrm{con}}}{V_k}$

其中，k_Q表示风电机组机端电压计算系数，V_ref表示选择的电压跌落水平参考值，i_Qcon表示低电压穿越期间无功电流控制目标值，Q_con表示低电压穿越期间的无功功率控制目标值。

所述步骤1-3中，最大电流限幅值、有功电流限幅值和无功电流限幅值分别用i_lim、i_Plim和i_Qlim表示，分为以下两种情况对i_P和i_Q进行修正：

(1)采取有功电流控制优先的控制方式时，有：

(1-1)计算有功电流限幅值，其等于最大电流限幅值，即i_Plim＝i_lim；

(1-2)如果有功电流控制值小于有功电流限幅值，即i_P＜i_Plim，i_P保持不变；否则，有功电流控制值等于有功电流限幅值，即i_P＝i_Plim；

(1-3)计算无功电流限幅值，有

(1-4)如果无功电流控制值小于无功电流限幅值，即i_Q＜i_Qlim，i_Q保持不变；否则，无功电流控制值等于无功电流限幅值，即i_Q＝i_Qlim；

(2)采取无功电流控制优先的控制方式时，有：

(2-1)计算无功电流限幅值，其等于最大电流限幅值，即i_Qlim＝i_lim；

(2-2)如果无功电流控制值小于无功电流限幅值，即i_Q＜i_Qlim，i_Q保持不变；否则，无功电流控制值等于无功电流限幅值，即i_Q＝i_Qlim；

(2-3)计算有功电流限幅值，有

(2-4)如果有功电流控制值小于有功电流限幅值，即i_P＜i_Plim，i_P保持不变；否则，有功电流控制值等于有功电流限幅值，即i_P＝i_Plim。

所述步骤2中，设风电场内实际风电机组有N台，风电场内实际有功电流控制值之和及实际无功电流控制值之和分别用i_{P_tot}和i_{Q_tot}表示，有：

$i_{P\_\mathrm{tot}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{P_n}$

$i_{Q\_\mathrm{tot}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{Q_n}$

其中，表示风电场内第n台风电机组的实际有功电流控制值，满足 表示风电场内第n台风电机组的实际无功电流控制值，满足

所述步骤3中，设风电场内等值风电机组有M台，风电场内等值有功电流控制值之和及等值无功电流控制值之和分别用i′_{P_tot}和i′_{Q_tot}表示，有：

$i_{P\_\mathrm{tot}}^{\′}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{P_m}$

$i_{Q\_\mathrm{tot}}^{\′}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{Q_m}$

其中，表示风电场内第m台风电机组的等值有功电流控制值，满足 表示风电场内第m台风电机组的等值无功电流控制值，满足

所述步骤4中，对于选择的每个电压跌落水平，分别将i_{P_tot}和i′_{P_tot}，以及i_{Q_tot}和i′_{Q_tot}进行比较，得到每个电压跌落水平对应的最佳风电机组等值台数；并在所选择的电压跌落水平中选择最小的风电机组等值台数作为风电机组的最终等值台数。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)充分考虑了风电机组的动态特性，***电气故障后引起的风电机组的有功无功变化是研究的重点，其中低电压穿越期间的特性是其最核心的特性，是本方法的重要基础；

(2)风电场等值采用了多台相同机组的等值方法，主要是确定合理的等值台数，等值过程计算简单，并且能够达到比较理想的效果。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

在大规模电力***仿真中，对风电场中的多台机组进行等值是必要的。从电力***动态分析的角度，需要基于风电机组低电压穿越期间的电气特性、考虑同种类型风电机组不同运行点带来的差异进行风电场的等值。本发明主要基于将风电场等值为多台相同机组的简单等值方式，确定其合理的等值台数。重点考虑了风电机组在电压穿越期间的有功控制、无功控制以及限幅环节的控制策略，根据风电场中多台风电机组的实际运行点，进行所有风电机组有功电流和无功电流输出的计算，然后寻找与之相匹配的等值后的台数，确定合理的等值范围，将其最小的等值台数作为最终的等值结果，达到兼顾仿真准确性和计算保守性的双重目的。

针对风电场等值，需要考虑如下问题：

1)风电场是有大量的确定的风电机组构成的，因此风电场等值必须在风电机组特性基础之上进行，需要充分结合风电机组的关键特性和暂态仿真模型进行；

2)风电场中基本上都是同种类型的风电机组构成的，因此没有必要考虑不同类型机组的情况，有存在两种机型的情况，可以将其分开等值；

3)电力***仿真过程中主要关注的是电网故障后风电机组的动态行为，主要从电气的角度考虑，因此需要重点关注风电机组在电网故障条件下的电气特性，静态等值主要影响稳态的状态，对动态过程影响不大；

4)实际风电场中采用的风电机组类型相同，因此其对应的控制和保护也是一致的，在同样条件下实际电气特性也是基本一致的，但是实际***中风电场的出力比较分散，即运行点不同，需要重点考虑。

5)将一个规模比较大的风电场进行等值肯定会降低其准确性，但是由于实际***运行的分散性、不确定性，无论采用什么先进的方法也不可能达到理想中的准确度，但从实际应用的角度，如果准确性能够达到一定程度或确定一定的范围，就能够满足实际的需要。

在电网发生故障后，影响风电机组有功、无功特性的主要因素是低电压穿越期间的控制特性，低穿期间主要控制的是有功、无功电流，风电场中多台机组由于初始功率运行点不同，对应的控制有功和无功电流可能会存在差异，而等值后采用初始状态相同的机组代替，因此控制过程中对应的控制量一般会存在差异，是造成动态过程中差异的最主要原因。

低电压穿越期间影响***的主要控制特性包括如下几个方面：

■有功控制策略，低穿期间可能采用根据初始功率计算电流、指定电流、指定功率等几种方式；

■无功控制策略，低穿期间可能采用基于电压控制、指定无功、指定电流等几种方式；

■限幅，包括有功和无功的限幅。

本发明提供一种基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，低电压穿越期间风电机组的控制策略包括有功控制策略和无功控制策略；所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算风电机组的有功电流控制值和无功电流控制值；

步骤2：分别计算不同的电压跌落水平下风电场的实际有功电流控制值之和及实际无功电流控制值之和；

步骤3：分别计算不同的电压跌落水平下风电场的等值有功电流控制值之和及等值无功电流控制值之和；

步骤4：确定风电机组的最终等值台数。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：根据有功控制策略计算风电机组的有功电流控制值i_P；

步骤1-2：根据无功控制策略计算风电机组的无功电流控制值i_Q；

步骤1-3：对i_P和i_Q进行修正。

所述步骤1-1中，根据有功控制策略采取的控制方式分别计算风电机组的有功电流控制值，具体为：

(1)有功控制策略采取基于初始功率的控制方式时，i_P表示为：

$i_P=\frac{P_{\mathrm{init}}}{V_k}$

(2)有功控制策略采取指定电流的控制方式时，i_P表示为：

i_P＝i_Pcon

(3)有功控制策略采取指定有功功率的控制方式时，i_P表示为：

$i_P=\frac{P_{\mathrm{con}}}{V_k}$

其中，P_init表示初始有功功率，V_k表示选择的电压跌落水平，i_Pcon表示低电压穿越期间有功电流控制目标值，P_con表示低电压穿越期间的有功功率控制目标值。

所述步骤1-2中，根据无功控制策略采取的控制方式分别计算风电机组的无功电流控制值，具体为：

(1)无功控制策略采取基于电压的控制方式时，i_Q表示为：

i_Q＝k_Q(V_ref-V_k)

(2)无功控制策略采取指定电流的控制方式时，i_Q表示为：

i_Q＝i_Qcon

(3)无功控制策略采取指定无功功率的控制方式时，i_Q表示为：

$i_Q=\frac{Q_{\mathrm{con}}}{V_k}$

其中，k_Q表示风电机组机端电压计算系数，V_ref表示选择的电压跌落水平参考值，i_Qcon表示低电压穿越期间无功电流控制目标值，Q_con表示低电压穿越期间的无功功率控制目标值。

所述步骤1-3中，最大电流限幅值、有功电流限幅值和无功电流限幅值分别用i_lim、i_Plim和i_Qlim表示，分为以下两种情况对i_P和i_Q进行修正：

(1)采取有功电流控制优先的控制方式时，有：

(1-1)计算有功电流限幅值，其等于最大电流限幅值，即i_Plim＝i_lim；

(1-2)如果有功电流控制值小于有功电流限幅值，即i_P＜i_Plim，i_P保持不变；否则，有功电流控制值等于有功电流限幅值，即i_P＝i_Plim；

(1-3)计算无功电流限幅值，有

(1-4)如果无功电流控制值小于无功电流限幅值，即i_Q＜i_Qlim，i_Q保持不变；否则，无功电流控制值等于无功电流限幅值，即i_Q＝i_Qlim；

(2)采取无功电流控制优先的控制方式时，有：

(2-1)计算无功电流限幅值，其等于最大电流限幅值，即i_Qlim＝i_lim；

(2-2)如果无功电流控制值小于无功电流限幅值，即i_Q＜i_Qlim，i_Q保持不变；否则，无功电流控制值等于无功电流限幅值，即i_Q＝i_Qlim；

(2-3)计算有功电流限幅值，有

(2-4)如果有功电流控制值小于有功电流限幅值，即i_P＜i_Plim，i_P保持不变；否则，有功电流控制值等于有功电流限幅值，即i_P＝i_Plim。

所述步骤2中，设风电场内实际风电机组有N台，风电场内实际有功电流控制值之和及实际无功电流控制值之和分别用i_{P_tot}和i_{Q_tot}表示，有：

$i_{P\_\mathrm{tot}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{P_n}$

$i_{Q\_\mathrm{tot}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{Q_n}$

其中，表示风电场内第n台风电机组的实际有功电流控制值，满足 表示风电场内第n台风电机组的实际无功电流控制值，满足

所述步骤3中，设风电场内等值风电机组有M台，风电场内等值有功电流控制值之和及等值无功电流控制值之和分别用i′_{P_tot}和i′_{Q_tot}表示，有：

$i_{P\_\mathrm{tot}}^{\′}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{P_m}$

$i_{Q\_\mathrm{tot}}^{\′}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{Q_m}$

其中，表示风电场内第m台风电机组的等值有功电流控制值，满足 表示风电场内第m台风电机组的等值无功电流控制值，满足

风电场内等值风电机组台数M取值位于风电机组最小等值台数N_min与风电场内实际风电机组台数N之间，即N_min≤M≤N；风电机组最小等值台数N_min按照以下方式确定：

(1)计算的风电机组台数NG_min是整数，则风电机组最小等值台数等于计算的风电机组台数，即N_min＝NG_min；

(2)计算的风电机组台数NG_min不是整数，则风电机组最小等值台数等于计算的风电机组台数加1，即N_min＝NG_min+1。

NG_min为计算的风电机组台数，满足：

${\mathrm{NG}}_{\min }=\frac{P_{\mathrm{tot}}}{P_N}$

其中，P_tot表示风电场总的有功功率，P_N表示风电机组的额定功率。

所述步骤4中，对于选择的每个电压跌落水平，分别将i_{P_tot}和i′_{P_tot}，以及i_{Q_tot}和i′_{Q_tot}进行比较，得到每个电压跌落水平对应的最佳风电机组等值台数；并在所选择的电压跌落水平中选择最小的风电机组等值台数作为风电机组的最终等值台数。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，低电压穿越期间风电机组的控制策略包括有功控制策略和无功控制策略；其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：计算风电机组的有功电流控制值和无功电流控制值；

步骤2：分别计算不同的电压跌落水平下风电场的实际有功电流控制值之和及实际无功电流控制值之和；

步骤3：分别计算不同的电压跌落水平下风电场的等值有功电流控制值之和及等值无功电流控制值之和；

步骤4：确定风电机组的最终等值台数。

2.根据权利要求1所述的基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：根据有功控制策略计算风电机组的有功电流控制值i_P；

步骤1-2：根据无功控制策略计算风电机组的无功电流控制值i_Q；

步骤1-3：对i_P和i_Q进行修正。

3.根据权利要求2所述的基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，其特征在于：所述步骤1-1中，根据有功控制策略采取的控制方式分别计算风电机组的有功电流控制值，具体为：

(1)有功控制策略采取基于初始功率的控制方式时，i_P表示为：

$i_P=\frac{P_{\mathrm{init}}}{V_k}$

(2)有功控制策略采取指定电流的控制方式时，i_P表示为：

i_P＝i_Pcon

(3)有功控制策略采取指定有功功率的控制方式时，i_P表示为：

$i_P=\frac{P_{\mathrm{con}}}{V_k}$

其中，P_init表示初始有功功率，V_k表示选择的电压跌落水平，i_Pcon表示低电压穿越期间有功电流控制目标值，P_con表示低电压穿越期间的有功功率控制目标值。

4.根据权利要求2所述的基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，其特征在于：所述步骤1-2中，根据无功控制策略采取的控制方式分别计算风电机组的无功电流控制值，具体为：

(1)无功控制策略采取基于电压的控制方式时，i_Q表示为：

i_Q＝k_Q(V_ref-V_k)

(2)无功控制策略采取指定电流的控制方式时，i_Q表示为：

i_Q＝i_Qcon

(3)无功控制策略采取指定无功功率的控制方式时，i_Q表示为：

$i_Q=\frac{Q_{\mathrm{con}}}{V_k}$

其中，k_Q表示风电机组机端电压计算系数，V_ref表示选择的电压跌落水平参考值，i_Qcon表示低电压穿越期间无功电流控制目标值，Q_con表示低电压穿越期间的无功功率控制目标值。

5.根据权利要求2所述的基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，其特征在于：所述步骤1-3中，最大电流限幅值、有功电流限幅值和无功电流限幅值分别用i_lim、i_Plim和i_Qlim表示，分为以下两种情况对i_P和i_Q进行修正：

(1)采取有功电流控制优先的控制方式时，有：

(1-1)计算有功电流限幅值，其等于最大电流限幅值，即i_Plim＝i_lim；

(1-2)如果有功电流控制值小于有功电流限幅值，即i_P＜i_Plim，i_P保持不变；否则，有功电流控制值等于有功电流限幅值，即i_P＝i_Plim；

(1-3)计算无功电流限幅值，有

(1-4)如果无功电流控制值小于无功电流限幅值，即i_Q＜i_Qlim，i_Q保持不变；否则，无功电流控制值等于无功电流限幅值，即i_Q＝i_Qlim；

(2)采取无功电流控制优先的控制方式时，有：

(2-1)计算无功电流限幅值，其等于最大电流限幅值，即i_Qlim＝i_lim；

(2-2)如果无功电流控制值小于无功电流限幅值，即i_Q＜i_Qlim，i_Q保持不变；否则，无功电流控制值等于无功电流限幅值，即i_Q＝i_Qlim；

(2-3)计算有功电流限幅值，有

(2-4)如果有功电流控制值小于有功电流限幅值，即i_P＜i_Plim，i_P保持不变；否则，有功电流控制值等于有功电流限幅值，即i_P＝i_Plim。

6.根据权利要求1所述的基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，其特征在于：所述步骤2中，设风电场内实际风电机组有N台，风电场内实际有功电流控制值之和及实际无功电流控制值之和分别用i_{P_tot}和i_{Q_tot}表示，有：

$i_{P\_\mathrm{tot}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{P_n}$

$i_{Q\_\mathrm{tot}}=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{Q_n}$

其中，表示风电场内第n台风电机组的实际有功电流控制值，满足表示风电场内第n台风电机组的实际无功电流控制值，满足

7.根据权利要求1所述的基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，其特征在于：所述步骤3中，设风电场内等值风电机组有M台，风电场内等值有功电流控制值之和及等值无功电流控制值之和分别用i′_{P_tot}和i′_{Q_tot}表示，有：

$i_{P\_\mathrm{tot}}^{\′}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{P_m}$

$i_{Q\_\mathrm{tot}}^{\′}=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{i}_{Q_m}$

其中，表示风电场内第m台风电机组的等值有功电流控制值，满足表示风电场内第m台风电机组的等值无功电流控制值，满足

8.根据权利要求1所述的基于低电压穿越期间控制策略的风电场等值方法，其特征在于：所述步骤4中，对于选择的每个电压跌落水平，分别将i_{P_tot}和i′_{P_tot}，以及i_{Q_tot}和i′_{Q_tot}进行比较，得到每个电压跌落水平对应的最佳风电机组等值台数；并在所选择的电压跌落水平中选择最小的风电机组等值台数作为风电机组的最终等值台数。