一种基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法及装置与流程

1.本发明涉及电力系统分析技术领域，特别涉及一种基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法及装置。


背景技术：

2.随着千万千瓦级风电基地的陆续建成，大规模风电机组集中并网给电力系统安全稳定运行带来巨大挑战。构建能够准确描述大规模风电场整体特性的等值模型，是研究高比例风电系统运行和控制的基础，风电场详细模型的等值是风电场动态等值的重要内容。风电场的动态等值建模已成为分析大型风电场并网特征的重要研究手段，目前对单个双馈感应发电机(dfig)的特性研究已经非常广泛，但是对风电场的整体特性还鲜有介绍。由于风力发电机之间运行的巨大差异，多机等值模型更能充分反映风电场的动态特性。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的一个目的在于提出一种基于实时数据的风电场频域动态等值建模方法，该方法可以高效、精确地获取风电系统在宽频域范围的阻抗特性，为大规模风电机组接入电网的影响分析提供重要依据。
5.本发明的第二个目的在于提出一种基于实时数据的风电场频域动态等值建模。
6.为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种基于实时数据的风电场频域动态等值建模方法，包括：对于k台双馈风电机组的风电场，
7.s1，计算第k台双馈风电机组的转速等值系数，所述转速等值系数为ηk；
8.s2，计算所述第k台双馈风电机组的状态系数，所述状态系数为stak；
9.s3,根据所述转速等值系数ηk和所述状态系数stak，计算所述第k台双馈风电机组的等值阻抗z
gk
(s)；
10.s4,根据所述等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征，判断所述风电场在所述频域的稳定性；其中，所述等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征包括不同频率下的等效实部和等效虚部。
11.另外，根据本发明上述实施例的基于实时数据的风电场频域动态等值建模方法可以具有以下附加的技术特征：
12.进一步地，在本发明的一个实施例中，所述转速等值系数ηk由下面公式计算：
[0013][0014]
其中，vk(t+δt)表示第k台风电机组在t+δt时刻风速，n表示n组采样，i表示第i个时刻。
[0015]
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述状态系数stak由下面公式计算：
[0016]
t+δt时刻，stak：
[0017][0018]
其中，
[0019][0020]
当风电机组在t-gδt时刻并网，s(t-gδt)＝1，当风电机组在t-gδt时刻切除，s(t-gδt)＝0。
[0021]
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述等值阻抗z
gk
(s)由下面的公式计算：
[0022]
k台风机的风场等值阻抗：
[0023]zeqk
(s)＝z
eq(k-1)
(s)//z
gk
(s)+z
tk
(s)+z
lk
(s)；
[0024]
其中，t+δt时刻，
[0025][0026]
其中，z
tk
(s)＝r
tk
(s)+jx
tk
(s)表示第k台风电组的等值箱变阻抗，r
tk
(s)表示等值箱变阻抗实部，x
tk
(s)表示等值箱变阻抗虚部；z
lk
(s)＝r
lk
(s)+jx
lk
(s)表示第k台风电组的等值线路阻抗，r
lk
(s)表示等值线路阻抗实部，x
tk
(s)表示等值线路阻抗虚部。
[0027]
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述方法还包括：
[0028]
α(t)＝[cos(2πft),
…
,cos(2nπft)]是相量矩阵；θk＝[θ
k1
ꢀ…ꢀ
θ
kn
]是k台风电机组待拟合的系数矩阵矩阵；
[0029]
通过求解θk＝[θ
k1
ꢀ…ꢀ
θ
kn
]，获取q的最小值：
[0030][0031]
根据求解的θk＝[θ
k1
ꢀ…ꢀ
θ
kn
]，
[0032]
得到：vk(t+δt)＝θkα(t+δt)
t
。
[0033]
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述k台风机的风场等值阻抗有下面公式计算：
[0034]
令1台风机的风场等值阻抗：
[0035]zeq1
(s)＝z
g1
(s)+z
t1
(s)+z
l1
(s)
[0036]
2台风机的风场等值阻抗：
[0037]zeq2
(s)＝z
eq1
(s)//z
g2
(s)+z
t2
(s)+z
l2
(s)
[0038]
3台风机的风场等值阻抗：
[0039]zeq3
(s)＝z
eq2
(s)//z
g2
(s)+z
t2
(s)+z
l2
(s)
[0040]
所述k台风机的风场等值阻抗：
[0041]zeqk
(s)＝z
eq(k-1)
(s)//z
gk
(s)+z
tk
(s)+z
lk
(s)。
[0042]
本发明实施例的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法，通过对于k台双馈风电机组的风电场，计算第k台双馈风电机组的转速等值系数；计算第k台双馈风电
机组的状态系数；根据转速等值系数和状态系数，计算第k台双馈风电机组的等值阻抗；根据等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征，判断风电场在所述频域的稳定性；其中，等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征包括不同频率下的等效实部和等效虚部。本发明可以高效、快速地获取双馈风电场在各个时段的等值阻抗，获得的结果为风电场接入电网的影响分析提供重要依据。
[0043]
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模装置，包括：
[0044]
对于k台双馈风电机组的风电场，
[0045]
转速等值系数模块，用于计算第k台双馈风电机组的转速等值系数，所述转速等值系数为ηk；
[0046]
状态系数模块，用于计算所述第k台双馈风电机组的状态系数，所述状态系数为stak；
[0047]
等值阻抗模块，用于根据所述转速等值系数ηk和所述状态系数stak，计算第k台双馈风电机组的等值阻抗z
gk
(s)；
[0048]
判断模块，用于根据所述等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征，判断所述风电场在所述频域的稳定性；其中，所述等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征包括不同频率下的等效实部和等效虚部。
[0049]
本发明实施例的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模装置，通过对于k台双馈风电机组的风电场，计算第k台双馈风电机组的转速等值系数；计算第k台双馈风电机组的状态系数；根据转速等值系数和状态系数，计算第k台双馈风电机组的等值阻抗；判断模块，用于根据等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征，判断风电场在所频域的稳定性；其中，等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征包括不同频率下的等效实部和等效虚部。本发明可以高效、快速地获取双馈风电场在各个时段的等值阻抗，获得的结果为风电场接入电网的影响分析提供重要依据。
[0050]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0051]
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0052]
图1为根据本发明一个实施例的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法的流程图。
[0053]
图2为根据本发明一个实施例的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模装置的结构示意图。
具体实施方式
[0054]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0055]
下面参考附图描述本发明实施例的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建
模方法和装置。
[0056]
本技术实施例的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法，充分考虑了单台发电机的实时动态特性，进而形成风电场整体的等值模型，与传统方法相比，考虑风力发电机之间运行的巨大差异，多机等值模型更能充分反映风电场的动态特性。
[0057]
图1为本发明实施例所提供的一种基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法的流程图。
[0058]
如图1所示，该方法包括：对于k台双馈风电机组的风电场，
[0059]
步骤s1，计算第k台双馈风电机组的转速等值系数，转速等值系数为ηk。
[0060]
具体的，对于有k台双馈风电机组的风电场，第k台风电机组的转速等值系数ηk[0061][0062]
其中：vk(t+δt)表示第k台风电机组在t+δt时刻风速，n表示n组采样，i表示第i个时刻。
[0063]
α(t)＝[cos(2πft),
…
,cos(2nπft)]是相量矩阵，
[0064]
θk＝[θ
k1
ꢀ…ꢀ
θ
kn
]是k台风电机组待拟合的系数矩阵矩阵。
[0065]
通过求解θk＝[θ
k1
ꢀ…ꢀ
θ
kn
]，获取q的最小值：
[0066][0067]
根据求解的θk＝[θ
k1
…
θ
kn
]，
[0068]
得到：vk(t+δt)＝θkα(t+δt)
t
。
[0069]
步骤s2，计算第k台双馈风电机组的状态系数，状态系数为stak。
[0070]
可以理解的是，对于有k台双馈风电机组的风电场，第k台风电机组的状态系数stak，t+δt时刻，第k个风电机组状态系数stak：
[0071][0072]
其中，
[0073][0074]
当风电机组在t-gδt时刻并网，s(t-gδt)＝1，当风电机组在t-gδt时刻切除，s(t-gδt)＝0。
[0075]
步骤s3，根据转速等值系数ηk和状态系数stak，计算第k台双馈风电机组的等值阻抗z
gk
(s)。
[0076]
可以理解的是，
[0077]
令1台风机的风场等值阻抗：
[0078]zeq1
(s)＝z
g1
(s)+z
t1
(s)+z
l1
(s)
[0079]
2台风机的风场等值阻抗：
[0080]zeq2
(s)＝z
eq1
(s)//z
g2
(s)+z
t2
(s)+z
l2
(s)
[0081]
3台风机的风场等值阻抗：
[0082]zeq3
(s)＝z
eq2
(s)//z
g2
(s)+z
t2
(s)+z
l2
(s)
[0083]
k台风机的风场等值阻抗：
[0084]zeqk
(s)＝z
eq(k-1)
(s)//z
gk
(s)+z
tk
(s)+z
lk
(s)
[0085]
其中，t+δt时刻，第k台双馈风电机组阻抗公式：
[0086][0087]
其中，s＝jω，z
gk
(s)表示第k台风电机组在t+δt时刻的等值阻抗；z
tk
(s)＝r
tk
(s)+jx
tk
(s)表示第k台风电组的等值箱变阻抗，r
tk
(s)表示等值箱变阻抗实部，x
tk
(s)表示等值箱变阻抗虚部；z
lk
(s)＝r
lk
(s)+jx
lk
(s)表示第k台风电组的等值线路阻抗，r
lk
(s)表示等值线路阻抗实部，x
tk
(s)表示等值线路阻抗虚部。
[0088]
步骤s4，根据等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征，判断风电场在频域的稳定性；其中，等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征包括不同频率下的等效实部和等效虚部。
[0089]
可以理解的是，等值阻抗是用于风电场稳定性分析的重要内容。根据等值阻抗在频域的特征，包括不同频率下的等效实部和等效虚部，可以判断风场在该频率下的稳定性。当等效实部大于0时，表示风场在该频率是稳定的，当等效实部小于0时，表示风场在该频率下是不稳定的。
[0090]
本发明构建能够准确描述大规模风电场整体特性的等值模型，是研究高比例风电系统运行和控制的基础，风电场详细模型的等值是风电场动态等值的重要内容。
[0091]
本发明可以用于风电场规划、风电机组控制器参数设计。当研究的风电场等值建模分析表明存在不稳定的风险时，可以为设计提供参考依据。
[0092]
根据本发明实施例提出的的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法，通过对于k台双馈风电机组的风电场，计算第k台双馈风电机组的转速等值系数；计算第k台双馈风电机组的状态系数；根据转速等值系数和状态系数，计算第k台双馈风电机组的等值阻抗；根据等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征，判断风电场在频域的稳定性；其中，等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征包括不同频率下的等效实部和等效虚部。本发明可以高效、快速地获取双馈风电场在各个时段的等值阻抗，获得的结果为风电场接入电网的影响分析提供重要依据。
[0093]
图2为根据本发明一个实施例的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模装置的结构示意图。
[0094]
如图2所示，该装置10包括：
[0095]
转速等值系数模块100、状态系数模块200、等值阻抗模块300和判断模块400。
[0096]
转速等值系数模块100，用于计算第k台双馈风电机组的转速等值系数，转速等值系数为ηk；
[0097]
状态系数模块200，用于计算第k台双馈风电机组的状态系数，状态系数为stak；
[0098]
等值阻抗模块300，用于根据转速等值系数ηk和状态系数stak，计算第k台双馈风电机组的等值阻抗z
gk
(s)；
[0099]
判断模块400，用于根据等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征，判断风电场在频域的稳定性；其中，等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征包括不同频率下的等效实部和等效虚部。
[0100]
进一步地，上述转速等值系数模块100的转速等值系数ηk由下面公式计算：
[0101][0102]
其中，vk(t+δt)表示第k台风电机组在t+δt时刻风速，n表示n组采样，i表示第i个时刻。
[0103]
进一步地，上述状态系数模块200的状态系数stak由下面公式计算：
[0104]
t+δt时刻，stak：
[0105][0106]
其中，
[0107][0108]
当风电机组在t-gδt时刻并网，s(t-gδt)＝1，当风电机组在t-gδt时刻切除，s(t-gδt)＝0。
[0109]
进一步地，上述等值阻抗模块300的等值阻抗z
gk
(s)由下面的公式计算：
[0110]
k台风机的风场等值阻抗：
[0111]zeqk
(s)＝z
eq(k-1)
(s)//z
gk
(s)+z
tk
(s)+z
lk
(s)；
[0112]
其中，t+δt时刻，
[0113][0114]
其中，z
tk
(s)＝r
tk
(s)+jx
tk
(s)表示第k台风电组的等值箱变阻抗，r
tk
(s)表示等值箱变阻抗实部，x
tk
(s)表示等值箱变阻抗虚部；z
lk
(s)＝r
lk
(s)+jx
lk
(s)表示第k台风电组的等值线路阻抗，r
lk
(s)表示等值线路阻抗实部，x
tk
(s)表示等值线路阻抗虚部。
[0115]
根据本发明实施例提出的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模装置，通过对于k台双馈风电机组的风电场，计算第k台双馈风电机组的转速等值系数；计算第k台双馈风电机组的状态系数；根据转速等值系数和状态系数，计算第k台双馈风电机组的等值阻抗。本发明可以高效、快速地获取双馈风电场在各个时段的等值阻抗，获得的结果为风电场接入电网的影响分析提供重要依据。
[0116]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0117]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0118]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对于k台双馈风电机组的风电场，计算第k台双馈风电机组的转速等值系数，所述转速等值系数为η
k
；计算所述第k台双馈风电机组的状态系数，所述状态系数为sta
k
；根据所述转速等值系数η
k
和所述状态系数sta
k
，计算所述第k台双馈风电机组的等值阻抗z
gk
(s)；根据所述等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征，判断所述风电场在所述频域的稳定性；其中，所述等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征包括不同频率下的等效实部和等效虚部。2.根据权利要求1所述的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法，其特征在于，所述转速等值系数η
k
由下面公式计算：其中，v
k
(t+δt)表示第k台风电机组在t+δt时刻风速，n表示n组采样，i表示第i个时刻。3.根据权利要求1所述的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法，其特征在于，所述状态系数sta
k
由下面公式计算：t+δt时刻，sta
k
：其中，当风电机组在t-gδt时刻并网，s(t-gδt)＝1，当风电机组在t-gδt时刻切除，s(t-gδt)＝0。4.根据权利要求1所述的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法，其特征在于，所述等值阻抗z
gk
(s)由下面的公式计算：k台风机的风场等值阻抗：z
eqk
(s)＝z
eq(k-1)
(s)//z
gk
(s)+z
tk
(s)+z
lk
(s)；其中，t+δt时刻，其中，z
tk
(s)＝r
tk
(s)+jx
tk
(s)表示第k台风电组的等值箱变阻抗，r
tk
(s)表示等值箱变阻抗实部，x
tk
(s)表示等值箱变阻抗虚部；z
lk
(s)＝r
lk
(s)+jx
lk
(s)表示第k台风电组的等值线路阻抗，r
lk
(s)表示等值线路阻抗实部，x
tk
(s)表示等值线路阻抗虚部。
5.根据权利要求2所述的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法，其特征在于，α(t)＝[cos(2πft),
…
,cos(2nπft)]是相量矩阵；θ
k
＝[θ
k1
ꢀ…ꢀ
θ
kn
]是k台风电机组待拟合的系数矩阵矩阵；通过求解θ
k
＝[θ
k1
ꢀ…ꢀ
θ
kn
]，获取q的最小值：根据求解的θ
k
＝[θ
k1
ꢀ…ꢀ
θ
kn
]，得到：v
k
(t+δt)＝θ
k
α(t+δt)
t
。6.根据权利要求4所述的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法，其特征在于，所述k台风机的风场等值阻抗有下面公式计算：令1台风机的风场等值阻抗：z
eq1
(s)＝z
g1
(s)+z
t1
(s)+z
l1
(s)2台风机的风场等值阻抗：z
eq2
(s)＝z
eq1
(s)//z
g2
(s)+z
t2
(s)+z
l2
(s)3台风机的风场等值阻抗：z
eq3
(s)＝z
eq2
(s)//z
g2
(s)+z
t2
(s)+z
l2
(s)所述k台风机的风场等值阻抗：z
eqk
(s)＝z
eq(k-1)
(s)//z
gk
(s)+z
tk
(s)+z
lk
(s)。7.一种基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模装置，其特征在于，包括：对于k台双馈风电机组的风电场，转速等值系数模块，用于计算第k台双馈风电机组的转速等值系数，所述转速等值系数为η
k
；状态系数模块，用于计算所述第k台双馈风电机组的状态系数，所述状态系数为sta
k
；等值阻抗模块，用于根据所述转速等值系数η
k
和所述状态系数sta
k
，计算第k台双馈风电机组的等值阻抗z
gk
(s)；判断模块，用于根据所述等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征，判断所述风电场在所述频域的稳定性；其中，所述等值阻抗z
gk
(s)在频域的特征包括不同频率下的等效实部和等效虚部。8.根据权利要求7所述的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模装置，其特征在于，所述转速等值系数模块的转速等值系数η
k
由下面公式计算：其中，v
k
(t+δt)表示第k台风电机组在t+δt时刻风速，n表示n组采样，i表示第i个时刻。9.根据权利要求7所述的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模装置，其特征在于，所述状态系数模块的状态系数sta
k
由下面公式计算：
t+δt时刻，sta
k
：其中，当风电机组在t-gδt时刻并网，s(t-gδt)＝1，当风电机组在t-gδt时刻切除，s(t-gδt)＝0。10.根据权利要求7所述的基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模装置，其特征在于，所述等值阻抗模块的等值阻抗z
gk
(s)由下面的公式计算：k台风机的风场等值阻抗：z
eqk
(s)＝z
eq(k-1)
(s)//z
gk
(s)+z
tk
(s)+z
lk
(s)；其中，t+δt时刻，其中，z
tk
(s)＝r
tk
(s)+jx
tk
(s)表示第k台风电组的等值箱变阻抗，r
tk
(s)表示等值箱变阻抗实部，x
tk
(s)表示等值箱变阻抗虚部；z
lk
(s)＝r
lk
(s)+jx
lk
(s)表示第k台风电组的等值线路阻抗，r
lk
(s)表示等值线路阻抗实部，x
tk
(s)表示等值线路阻抗虚部。

技术总结
本申请提出一种基于实时数据的双馈风电场频域动态等值建模方法和装置，其中，方法包括：对于k台双馈风电机组的风电场，计算第k台双馈风电机组的转速等值系数η


技术研发人员：王清玲 黄伟煌 高志华 彭发喜 段新辉 陈怡静 李岩 许树楷 龚成 赵晓斌 李亚龙
受保护的技术使用者：南方电网科学研究院有限责任公司
技术研发日：2021.10.18
技术公布日：2022/3/8