风电场动态等值建模研究
摘要：针对风电场内各机组间尾流的相互影响，提出了一种新的风电场等值建模方法。该方法是通过K-means聚类分析法对某风电场的实测数据进行合理处理，取相同时刻的同类机组风速的均值作为该类机组在此时刻的风速模型，同类机组功率的均值作为该类机组在此时刻的功率模型，将风电场内33台UP77-1.5MW风电机组聚成四类。最后，数值分析及仿真计算表明了该方法的有效性和精确性。
关键词：风电场；动态建模；聚类分析法；电力系统
0 引言
随着风电场装机容量的不断增加，大规模风电场的接入会对电力系统的安全稳定运行产生一定的影响[1-4]。为此，研究含风电场的电力系统稳定性一直是广大学者关注的焦点。然而大型风电场内往往有数十甚至上百台风电机组，若对每一台风电机组进行详细建模，会极大地增加电力系统模型的复杂度，导致仿真时间过长，不仅难以满足电力系统运行计算的要求且没有必要。对于大型互联电力系统，有必要研究大型风电场的动态等值方法，以减少含风电场电力系统分析规模和仿真时间[5-6]。
如果在大型互联电力系统动态仿真中，对大型风电场采用详细的模型（即对每一台风力发电机组单独建模），就会把多台小额定容量的发电机、升压变压器、无功补偿电容器以及大量的引出线都加入到电力系统模型中，这将极大地增加电力系统的分析规模和仿真时间，同时还会带来许多严重的问题，例如模型的有效性、数据的修正等[7]。
为此，风电场动态等值建模也是近些年学者研究的热点。针对风电场内各机组间尾流的相互影响，本文提出一种K-means聚类分析法，将风电场的机组聚类，然后对聚类后的机组进行等值建模。
1 K-means聚类算法
K-means算法是一种非常典型的基于距离的聚类算法，整个聚类过程采用距离作为相似性的评价标准，也就是认为两个对象之间的距离越近，它们之间的相似度就越大。这种算法认为簇就是由距离比较接近的对象所组成的，所以把得到独立且紧凑的簇作为最终聚类目标[8-9]。
k个初始类聚类中心点的选择对聚类结果具有很大的影响，因为在该算法的第一步中是随机的选取k个对象作为最初的聚类中心，初始地代表一个簇。这种算法在每次迭代过程中对数据集内剩余的每个对象，根据其与各个簇中心的距离把每个对象重新赋给最近的簇。当考察完所有的样本数据对象后，一次迭代运算结束，新的聚类中心就被计算出来。如果在一次迭代的前后，聚类中心的值没有发生变化，则说明算法已经收敛。
大规模风电场的静态及动态等值方法 引言： 工程实际中,风电并网对电网的影响经常是“场”，即若干台“机”集聚后对电网的综合效应。因此,建立能够精确反映风电场运行特性的模型是进行所有其它相关问题研究的基础。通常,大规模风电基地包含几千台风电机组,针对每台机组对风电场进行详细建模的任务相当繁琐，同时会导致潮流难于收敛，并且大大延长仿真时间，对系统分析软件计算规模提出更高要求。同时复杂的风电场模型对运行调度部门进行日常方式安排和安全稳定措施控制研究也很不方便。因此，对大规模风电场进行等值计算分析，对于工程实际很有意义。 风电场常用等值方法 风电场常用等值方法有两种。 等值方法1如图1 所示。 图1 等值方法1 图1把风电场等值成1台风电机和1台发电机，等值风电机组的容量等于所有风电机组容量的代数和，其输入为平均风速。等值参数的计算公式如下： 式中：M M为风电机组台数，下标eq表示等值后；S、P、C、H、K、D、Z G、Z T、v分别表示容量、有功功率、补偿电容、惯性时间常数、轴系刚度系数、轴系阻尼系数、发电机阻抗、机端变压器阻抗和风速。 等值方式2如图2所示。
图2 等值方法2 等值方式2中，把风电场等值为1台发电机，保留所有风力机和风速模型，叠加风力机的机械转矩Tusm，并把其作为等值发电机的输入。等值参数的计算公式如下： 当风机间风速差异较大时，风速波动下采用等值方式1会出现有功功率和无功功率误差，而等值方式2仅会出现无功功率误差；故障条件下等值方式1、2都会出现有功功率和无功功率误差，其误差大小与故障持续时间、故障前风电机组的风速有关，此时等值方式2的等值精度优于等值方式1。 故障条件下，常用等值方法与分类方法相结合，这样可以显著提高风电场动态等值模型的精度。 风电场机组稳态等值： 为了对含有风电场的电力系统进行传统的潮流分析,需要考虑不同类型风电场在潮 流程序中的节点类型，理想的情况是将风电机组的稳态等值电路添加在潮流程序中,得 到相应的滑差、有功和无功,从而求得修正方程式中的有功、无功不平衡量,进而修改 雅克比矩阵,进行后续迭代计算。但是,这种基于风电机组稳态等值电路的考虑无功变 化的等值方法复杂了潮流程序,对于现有的工程分析软件难于实现。同时,对于一定规 模的风电场来说,由于大量机组聚集后的整体效应,整体无功波动随滑差的变化较小。 随着双馈机和全变流直驱机等具有交流励磁性能的机组成为主流机组,将风电场内机组 转而等效为功率因数恒定的PQ节点或者是无功有一定限制的Pv节点,在工程实际中 是可以接受的。 在对风电场进行稳态等值时,根据风电场不同的控制方式,相应采用PQ或PV节 点类型；对于一些混合型风电场,例如定速异步机与双馈机混合型风电场,若全场采用 恒功率因数控制方式,则可将风电场等值为PQ节点;若其中双馈机采用恒电压控制方式,则可将风电场转而等效为PQ和Pv两节点。 从系统分析角度来说,重点关注的是风电并网对输电系统的影响,因此针对整个风 电场内的集电系统详细建模是没有必要的。潮流计算时应根据风电机组的排列把风电场 内部的集电线路等效成1个等值阻抗,其中风电场内部的集电线路分直埋电缆和架空线 路两种。由于电缆线路和架空线路参数差别大,应根据集电线路的种类对风电场内部的
实用文档 PSCAD 电力系统仿真 ——从风机到风电场建模
目录 A部分：引言............................................................. - 2 - 1.介绍............................................................... - 2 - 2.PSCAD部件......................................................... - 2 - 3.仿真建模结构....................................................... - 3 - 4.仿真执行........................................................... - 3 - B部分：建模............................................................. - 5 - 5.从风到同步发电机................................................... - 5 - 5.1风源......................................................... - 6 - 5.2风力发电机组件............................................... - 7 - 5.3风力发电机的调速器组件...................................... - 10 - 5.4同步发电机.................................................. - 14 - 5.5涡轮发电机连接：在额定负载下的模拟.......................... - 17 - 6.AC/DC/AC：电源和频率转换.......................................... - 19 - 6.1二极管整流器................................................ - 20 - 6.2过电压保护.................................................. - 21 - 6.3 DC母线..................................................... - 22 - 6.4 6-脉冲晶闸管逆变器.......................................... - 26 - 6.5与电网的连接................................................ - 31 - 7.配电网............................................................ - 33 - 7.1定义网络.................................................... - 33 - 7.2潮流仿真.................................................... - 36 - C部分：仿真............................................................ - 38 - 8. 恒风速研究....................................................... - 38 - 8.1架构完整模型................................................ - 38 - 8.2恒风研究.................................................... - 39 - 9.故障分析.......................................................... - 40 - 9.1默认在节点3 ................................................. - 40 - 9.2默认在节点2 ................................................. - 43 - 9.3结论........................................................ - 45 - 10.变风速研究....................................................... - 46 - 10.1动态变桨控制............................................... - 46 - 10.2被动变桨控制仿真........................................... - 49 - 10.3比较被动和动态的桨距控制................................... - 50 - 11.风电场........................................................... - 52 - 11.1从一个单一风力发电机到风电场............................... - 52 - 11.2 PWM调节驱动器............................................. - 55 - D部分：附录............................................................ - 66 - 12. 参考文献........................................................ - 66 -
第39卷第7期电网技术V ol. 39 No. 7 2015年7月Power System Technology Jul. 2015 文章编号：1000-3673（2015）07-1879-07 中图分类号：TM 614 文献标志码：A 学科代码：470·4047 双馈异步发电机风电场聚合模型研究 夏安俊1，鲁宗相1，闵勇1，阮佳阳1，赵俊屹2，杨超颖2（1．电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室(清华大学)，北京市海淀区 100084； 2．国网山西省电力公司，山西省太原市 030001） An Aggregated Model of Wind Farm Composed of Doubly Fed Induction Generators XIA Anjun1, LU Zongxiang1, MIN Yong1, RUAN Jiayang1, ZHAO Junyi2, YANG Chaoying2 (1. State Key Lab of Control and Simulation of Power System and Generation Equipments(Tsinghua University), Haidian District, Beijing 100084, China; 2. State Grid Shanxi Electric Power Company, Taiyuan 030001, Shanxi Province, China) ABSTRACT: A single-unit equivalent modeling method for multi wind power generating units in a wind farm under different wind speeds is proposed. Under the same parameters of the generating units and based on the principle that the active and reactive power outputs of the wind farm, the kinetic energy change rate and the loss of the drive trains are kept constant, the equivalent transformation of wind wheel, drive train, generation system and main control system are performed and the computing methods for relevant parameters as well as that for the equivalent wind speed are given. Taking the equality of short-circuit impedances at the point of common coupling (PCC) as the principle, the single-impedance equivalence of power network within the wind farm is carried out. A detailed model of a wind farm composed of four double fed induction generators (DFIG) with rated capacity of 2 MW, which possess the same parameters, and corresponding equivalent model are built, and the output characteristics of the two models during stochastic wind speed and under power grid faults are respectively compared and analyzed by simulation results. Simulation results show that the equivalent aggregated model obtained by the proposed method possesses high accuracy and suits to the modeling of the wind farm composed of DFIG units with same parameters. KEY WORDS: wind power generation; doubly fed induction generator; wind farm; equivalent modeling; aggregated model 摘要：提出了一种风电场内输入风速不同的多台风电机组的单机等值建模方法。在机组参数相同的条件下，以风电场的有功功率及无功功率输出、动能的变化率、传动链损耗保持不变为原则，对机组的风轮、传动链、发电系统及主控系统进行等值变换，给出了相关参数的计算方法，同时给出了等值风速的计算方法。以“在公共连接点短路阻抗相等”为原则，对风电场内的电力网络进行单阻抗等效。建立了包 基金项目：国家863高技术基金项目(2011AA05A103)。 The National High Technology Research and Development Program of China(863 Program)(2011AA05A103).含4台参数相同的2 MW双馈风电机组风电场详细模型和 相应的等值模型，通过仿真分析分别对比这2种模型在随机 风速和电网故障情况下的输出特性。结果表明，该方法得到 的等值聚合模型具有很高的精度，适用于具有相同参数双馈 风电机组的风电场建模。 关键词：风力发电；双馈风电机组；风电场；等值建模；聚 合模型 DOI：10.13335/j.1000-3673.pst.2015.07.018 0 引言 随着并网风电容量的增加，风电场的动态特性将对电力系统产生较大影响。为了研究包含大规模并网风电的电力系统的动态特性，需要建立合适的风电场模型。目前，风电场的建模方法主要有 2大类[1]：1）详细模型，即由各台风电机组模型和风电场内输电线路和变压器等组成的全仿真模型。2）风电场聚合模型，即在电力系统研究中用单台风电机组来等效整个风电场，使其外特性一致。详细模型由于包含了风电场内所有的风电机组以及大量的输电线路等，因此其阶数及时域仿真所需时间将随着机组数量的增加而增加。而风电场聚合模型则是将风电场看成一个整体，用单台等值模型来模拟风电场的稳态和动态特性，可降低风电场模型的阶数及仿真的计算量。 目前风电场聚合模型的建模方法主要有分群法和单机等值法[2-4]。分群法是按照一定的准则对风电场内的机组进行分群，然后对同群机组进行聚合等值，最后可得到由多台机组等值的风电场模型。分群法包括基于支持向量机对具有相近风速的机组进行分群的方法、基于马尔可夫链统计学的同调机组分群法、基于变桨距风电机组的桨距角分群法、基于三维相关系数的矩阵分群法等[2-3]。上述分群法
风电场动态无功补偿装置性能分析与比较 牛若涛 (北京京能新能源有限公司内蒙古分公司,内蒙古呼和浩特 010070) 摘 要:近年来,随着风力发电接入电网规模的逐步扩大,风电场无功补偿装置的补偿能力和响应时间等参数越来越受到各方重视。同时,随着电力电子技术的快速发展,应用于风电无功补偿装置的新材料新工艺也不断涌现。文章简要介绍风电场无功补偿装置的发展历史,重点介绍目前常用的各种风电场无功补偿装置的工作原理和系统组成,对各种补偿装置的运行特性、主要参数进行了详细的分析与比较。 关键词:静止型动态无功补偿;SVC;T CR;SVG 中图分类号:T M7 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0095—03 2011年是我国陆上风电产业继续发展的一年,仅内蒙古地区就增加吊装容量3736.4M W,累计容量17594.4M W。随着区域性风电场开发容量的逐渐扩大,风电机组并网对系统造成的影响越来越明显。国内目前的风电场大多采用感应式异步发电机,并入电网运行时需要吸收系统的无功功率。在风电场集电线路母线安装无功补偿设备则可以提供异步发电机所需的无功功率,降低电网因输送无功功率造成的电能损耗,改善电网的运行条件。 本文结合目前风电场广泛使用的不同类型无功补偿装置的运行维护经验,从无功补偿装置的原理、系统组成及功能特性等方面进行了对比分析,得出了风电场最优的无功补偿配置方案。 1 无功补偿装置发展 风力发电机组多数是异步发电机组,输出有功功率的同时,需要从电网吸收一定的无功功率,容易引起并网点的电压波动,通常采用在风电场集电线路母线上安装静止型无功补偿装置SVC(Static V ar Compensator)的方式进行治理。SVC的发展历程大体可分为如下三个阶段: 第一阶段:早期的并联电容器组静态补偿装置,用电容器补偿容性无功。后来的磁阀式可控电抗器(M CR),采用直流助磁原理,利用附加直流励磁磁化铁心(自耦电抗器),改变铁心磁导率,实现电抗值的阶段性连续调整。这两种补偿方式调节能力差,目前已经基本淘汰。 第二阶段:晶闸管控制电抗器(TCR——Thy ristor Co ntro lled Reactor)与固定电容器(FC——Fixed Capacitor)配合使用的静止型动态无功补偿装置(TCR+FC),是目前风电场广泛采用的比较成熟的无功补偿方式,能够跟踪负荷变化,实现实时补偿。 第三阶段:基于电压源型逆变器原理的静止型动态无功发生器SVG(Static v ar g enerato r),国际上又称STAT COM(静止同步补偿器——Static Sy nchr ono us Compensato r,简称ST ATCOM),是近年推出的新型无功补偿装置,关键部件采用大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT——Insulated Gate Bipo lar T ransistor)可实现双向补偿,既能输出感性无功又能输出容性无功。 2 各种无功补偿装置原理简介 2.1 TCR型SVC 原理 图1 T CR型SVC原理图与波形图 如图1所示,U为负荷侧交流电压,Th1、T h2为两个反并联可控硅,在一定范围内控制其导通,则可控制电抗器流过的电流i。 i= 2 V (cos -cos t) 为Th1和Th2的触发角。 i的基波电流有效值为: 95 2012年第23期 内蒙古石油化工
风电场动态等值建模研究 摘要：针对风电场内各机组间尾流的相互影响，提出了一种新的风电场等值建模方法。该方法是通过K-means聚类分析法对某风电场的实测数据进行合理处理，取相同时刻的同类机组风速的均值作为该类机组在此时刻的风速模型，同类机组功率的均值作为该类机组在此时刻的功率模型，将风电场内33台UP77-1.5MW风电机组聚成四类。最后，数值分析及仿真计算表明了该方法的有效性和精确性。 关键词：风电场；动态建模；聚类分析法；电力系统 0 引言 随着风电场装机容量的不断增加，大规模风电场的接入会对电力系统的安全稳定运行产生一定的影响[1-4]。为此，研究含风电场的电力系统稳定性一直是广大学者关注的焦点。然而大型风电场内往往有数十甚至上百台风电机组，若对每一台风电机组进行详细建模，会极大地增加电力系统模型的复杂度，导致仿真时间过长，不仅难以满足电力系统运行计算的要求且没有必要。对于大型互联电力系统，有必要研究大型风电场的动态等值方法，以减少含风电场电力系统分析规模和仿真时间[5-6]。 如果在大型互联电力系统动态仿真中，对大型风电场采用详细的模型（即对每一台风力发电机组单独建模），就会把多台小额定容量的发电机、升压变压器、无功补偿电容器以及大量的引出线都加入到电力系统模型中，这将极大地增加电力系统的分析规模和仿真时间，同时还会带来许多严重的问题，例如模型的有效性、数据的修正等[7]。 为此，风电场动态等值建模也是近些年学者研究的热点。针对风电场内各机组间尾流的相互影响，本文提出一种K-means聚类分析法，将风电场的机组聚类，然后对聚类后的机组进行等值建模。 1 K-means聚类算法 K-means算法是一种非常典型的基于距离的聚类算法，整个聚类过程采用距离作为相似性的评价标准，也就是认为两个对象之间的距离越近，它们之间的相似度就越大。这种算法认为簇就是由距离比较接近的对象所组成的，所以把得到独立且紧凑的簇作为最终聚类目标[8-9]。 k个初始类聚类中心点的选择对聚类结果具有很大的影响，因为在该算法的第一步中是随机的选取k个对象作为最初的聚类中心，初始地代表一个簇。这种算法在每次迭代过程中对数据集内剩余的每个对象，根据其与各个簇中心的距离把每个对象重新赋给最近的簇。当考察完所有的样本数据对象后，一次迭代运算结束，新的聚类中心就被计算出来。如果在一次迭代的前后，聚类中心的值没有发生变化，则说明算法已经收敛。
风力发电系统建模与仿真 摘要：风力发电作为一种清洁的可再生能源利用方式，近年来在世界范围内获得了飞速的发展。本文基于风力机发电建立模型，主要完成了以下工作：（1）基于风资源特点，建立了以风频、风速模型为基础的风力发电理论基础； （2）运用叶素理论，建立了变桨距风力机机理模型； （3）分析了变速恒频风力发电机的运行区域与变桨距控制的原理与方法，并给出了机组的仿真模型，为风力发电软件仿真奠定了基础； （4）搭建了一套基于PSCAD/EMTDC仿真软件的风力发电系统控制模型以及完整的风力发电样例系统模型，并且已初步实现风力机特性模拟功能。 关键词：风力发电；风频；风速；风力机；变桨距；建模与仿真 1 风资源及风力发电的基本原理 1.1 风资源概述 （1）风能的基本情况[1] 风的形成乃是空气流动的结果。风向和风速是两个描述风的重要参数。风向是指风吹来的方向，如果风是从东方吹来就称为东风。风速是表示风移动的速度即单位时间内空气流动所经过的距离。 风速是指某一高度连续10min所测得各瞬时风速的平均值。一般以草地上空10m高处的10min内风速的平均值为参考。风玫瑰图是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。 风能的特点主要有：能量密度低、不稳定性、分布不均匀、可再生、须在有风地带、无污染、分布广泛、可分散利用、另外不须能源运输、可和其它能源相互转换等。 （2）风能资源的估算 风能的大小实际就是气流流过的动能，因此可以推导出气流在单位时间内垂直流过单位截面积的风能，即风能密度，表示如下： 3 ω= (1-1) 5.0vρ 式中, ω——风能密度(2 W)，是描述一个地方风能潜力的最方便最有价值的量； /m ρ——空气密度(3 kg)； /m
PSCAD 电力系统仿真 ——从风机到风电场建模
目录 A部分：引言............................................................. - 2 - 1.介绍............................................................... - 2 - 2.PSCAD部件......................................................... - 2 - 3.仿真建模结构....................................................... - 3 - 4.仿真执行........................................................... - 3 - B部分：建模............................................................. - 4 - 5.从风到同步发电机................................................... - 4 - 5.1风源......................................................... - 5 - 5.2风力发电机组件............................................... - 6 - 5.3风力发电机的调速器组件....................................... - 9 - 5.4同步发电机.................................................. - 12 - 5.5涡轮发电机连接：在额定负载下的模拟.......................... - 15 - 6.AC/DC/AC：电源和频率转换.......................................... - 17 - 6.1二极管整流器................................................ - 17 - 6.2过电压保护.................................................. - 19 - 6.3 DC母线..................................................... - 20 - 6.4 6-脉冲晶闸管逆变器.......................................... - 23 - 6.5与电网的连接................................................ - 29 - 7.配电网............................................................ - 31 - 7.1定义网络.................................................... - 31 - 7.2潮流仿真.................................................... - 34 - C部分：仿真............................................................ - 36 - 8. 恒风速研究....................................................... - 36 - 8.1架构完整模型................................................ - 36 - 8.2恒风研究.................................................... - 37 - 9.故障分析.......................................................... - 38 - 9.1默认在节点3 ................................................. - 38 - 9.2默认在节点2 ................................................. - 41 - 9.3结论........................................................ - 43 - 10.变风速研究....................................................... - 44 - 10.1动态变桨控制............................................... - 44 - 10.2被动变桨控制仿真........................................... - 47 - 10.3比较被动和动态的桨距控制................................... - 48 - 11.风电场........................................................... - 50 - 11.1从一个单一风力发电机到风电场............................... - 50 - 11.2 PWM调节驱动器............................................. - 53 - D部分：附录............................................................ - 64 - 12. 参考文献........................................................ - 64 -
风电场等值模型的研究 发表时间：2017-11-21T15:58:25.447Z 来源：《电力设备》2017年第19期作者：刘文卿 [导读] 摘要：论文基于双馈风力发电机组自身运行特性，建立了风电场等值模型，以单台等值机组等效整个风电场，简化了仿真模型中风电场的规模，并与全模型进行了仿真对比。 （上海勘测设计研究院有限公司上海 200434） 摘要：论文基于双馈风力发电机组自身运行特性，建立了风电场等值模型，以单台等值机组等效整个风电场，简化了仿真模型中风电场的规模，并与全模型进行了仿真对比。 关键词：双馈异步发电机组；控制策略；等值模型 1．引言 随着风电技术的发展，风机单机容量日益扩大，风电场装机容量也在增加，风电逐渐成为电网电源中的重要组成部分。由于风的波动性以及受电网结构、控制方式的影响，风电场的输出功率存在周期性的波动。在风电接入系统的研究中，一般不需要把关注点放在风电场内部机组之间复杂的联系上，往往将风电场的整体特性简化处理，利用等值的降解模型进行风电场并网运行的分析和计算。因此研究简化的风电场等值模型对于评估风电接入对电网影响有着重要的实际意义。 2．双馈机组风电场的等值问题 风电场等效主要包括：风能分布模型、等值机群的划分和发电机组等值模型。其中，风能分布模型和机群的划分表现了风电场在外部风速扰动情况下风电场内各单台机组对外扰的响应情况，并以此为依据确定可以表征整个风电场的功率变化特性等值风速，输入到等值机组；而精确的发电机组和风电场内部等值模型可以更好的模拟含风电场电力系统内部故障情况下，风电场的动态特性。本文主要侧重含双馈机组风电场内部机组和电网的等值方法研究。 对于双馈机组风电场，其功率输出特性综合了风电场中各台机组不同注入风速下的运行工况，包含了各机组的有功、无功输出和有功损耗等状态信息。因此利用风电场最大风能追踪特性、无功输出以及线路电压降来求取风电场动态模型的等效量，能够提高等值模型的精度。在机群注入风速不同的情况下，本文建立了风电场等值模型，最后在 PSCAD软件平台中对等值机组的运行特性和控制性能进行仿真验证。 3．建立风电场等值数学模型 3.1 双馈风力发电机组的功率函数 提高风电场等值模型在各类运行工况下的仿真精度需要先从风电场功率输出特性入手。双馈风力发电机组所发功率与发电机转速及控制系统的控制方式密切相关，因此用发电机转子转速代替风速导出功率函数：
含风电场的电网潮流计算 王林1，杨佳俊2，陈红3，卢怡含4，刘晓亮1 （1.国网潍坊供电公司，山东潍坊261000；2.国网莱芜供电公司，山东莱芜271100； 3.山东大学电气工程学院，山东济南250061； 4.国网昌邑供电公司，山东昌邑250022） 摘要：研究风电并网后的电力系统潮流计算方法，有利于确定风电场的并网方案，并为进一步研 究其对系统稳定性、可靠性等方面的工作提供基础。在异步风电机组的传统RX 模型基础上将风电机组无功功率表示为电压的函数，消去转差的影响，避免传统RX 模型算法中的两个迭代过程，牛顿迭代法仍平方收敛，结合已有潮流计算确定风机并网的潮流计算模型，计算分析了不同风机模型对系统潮流的影响。 关键词：潮流计算；风电机组；RX 模型；牛顿迭代法 Power Flow Calculation of Wind Power Integrated Systems WANG Lin 1，YANG Jiajun 2，CHEN Hong 3，LU Yihan 4，LIU Xiaoliang 1 （1.Weifang Power Supply Company ，Weifang 261000，China ；https://www.doczj.com/doc/409933430.html,iwu Power Supply Company ， Laiwu 271100，China ；3.Shandong University ，Jinan 250061，China ； 4.Changyi Power Supply Company ，Changyi 250022，China ） Abstract:The study of power flow calculation method after integration of wind power is helpful in determining integration scheme of wind farm and in providing foundation for the further study in such aspects as system stability and reliability etc.Based on the traditional RX model of asynchronous wind power unit,reactive power of the wind power unit is expressed as the function of voltage so to eliminate the influence of rotation tolerance and to avoid the two iteration process in the conventional RX model algorithm and retain the quadratic convergence speed of Newton iteration method.The power flow calculation model of wind farm integration is defined with combination of existed power flow calculation and the influence of different wind farm model on the system flow is calculated and analyzed.Keywords:power flow ；wind turbine ；RX model ；Newton iteration method —————————————————————————————————————————————————— 收稿日期：2014-06-24 0引言 随着传统化石能源的日趋枯竭，发展新能源和 可再生能源已成为全球共识；风电作为可再生能源，其无污染、清洁又环保的特性使得其在新能源的开发和利用中占据了优先且主导的地位［1-3］。但由于其随机性等不确定性的特点使得风电随着并网容量的增大出现了很多问题，其中包括电力系统潮流计算，能够得到精确可靠的潮流结果对今后的电力系统定量分析和后续研究都有重大意义。 目前，在含风力机的潮流计算中，主流的等值模型有RX 模型［4-5］、PQ 模型［6-8］和PZ 模型［9］。RX 模型能够较为详细地阐述风力发电机自身和输出功 率特性，是将感应电机的转差表示成端电压、有功和简化支路阻抗的函数，称为RX 模型，通过转差率和风速的初始值计算风力机的机械功率和风电机组的电功率，不断迭代直至收敛，但是用该模型进行潮流计算时需要两个迭代过程：常规潮流计算和转差计算，两个迭代过程可能引起的是计算精度下降；PQ 模型结合风电场的额定有功和功率因数可推算出风电场吸收的无功功率，并在潮流计算中作为普通PQ 节点处理，但是用这种方法进行潮流计算是很粗略的，由于无功功率与转差率有关，Q 不能事先确定［6］。PZ 模型也是一种简化的PQ 模型，也没有考虑转差的影响，实际的仿真结果表明，PQ 模型需要的迭代步骤较小，其结果同样满足要求，而RX 模 DOI:10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2015.01.011 第36卷第1期：0049-00532015年2月电力电容器与无功补偿 Power Capacitor &Reactive Power Compensation Vol.36，No.1：0049-0053 Feb.2015 49··
风电场无功补偿计算 摘要：电力系统的无功平衡和无功补偿是保证电压质量的基本条件之一，是保证系统安全稳定运行和经济运行的重要保障。随着风力发电在电力能源中所占比例增大，大规模风电场并网运行后，其无功补偿对局部电网的调教作用将更加明显。本文分析了影响风电场无功平衡的几个重要因素，虑影根据某风电场风机出力情况，计算风电场升压站的无功缺额，提出了无功配置建议。 关键词：风电场、无功补偿 1、引言 近年来我国风电产业取得了巨大进步，随着风电技术的日益成熟，风电已从过去的自发自用、独立运行的小型风力发电机发展成为多机联合并网运行的大型风力发电场。然而，风能的随机性和不可控性决定了风电机组的出力具有波动性和间歇性的特点：且风机大多为异步发电机，其运行特性与同步机有本质的区别。因此，大风电接入系统和远距离输送，往往存在无功平衡、电压稳定、输电通道允许的送电容量问题，有时会制约风电的发展【1、2】。风机为异步机，需吸收无功来发出有功。现大风机多为交流励磁双馈电机，采用恒功率因素控制模式的双馈电机能够提供一定动态无功支持，但其无功调节能力有限【3】。交流励磁双馈电机变速恒频风力发电技术是目前最有前景的风力发电技术之一，已成为国内、外该领域研究的热点。此方案最大的优点是减小了功率变换器的容量，降低了成本，且可以实现有功、无功的独立灵活控制。但其核心技术掌握在国外制造商手中，出厂风机的功率因素固定，不易在运行中进行调整，现阶段风电场的功率因素调节一般都为机组停机后进行调节，因此有必要对风电场的无功补偿计算，以确定风电场的无功补偿配置。 2、无功配置容量计算 风电场的无功容量平衡一般考虑有，风机的发出无功、电缆的充电功率、升压变的无功损耗、需向主网提供的无功功率。 1）风机的无功出力 风力发电机在向系统送出有功的同时，一般也同时送出无功，由于风机类型的限制，功率因素不易在运行中进行调整，其中出厂功率因素一般整定在1，或者0.98。若发出的功率，风机的无功出力为，其值为：
电力自动化设备 Electric Power Automation Equipment Vol．33No．1Jan.2013 第33卷第1期2013年1月 0引言 随着风电的发展，风电在系统容量中所占比例 不断增大，风电场对电力系统稳定性的影响也日趋明显。在电力系统仿真模型中考虑风电场对系统的影响显得越来越重要。而目前的风电场通常是由众多机组组成，如果在仿真时考虑各台机组的详细模型会增大仿真计算量，使仿真时间大幅增加。所以建立风电场的等值简化模型成为进行电力系统仿真必须面临的问题。 双馈风电机组（DFIG ）由于具有有功功率和无功功率解耦控制的特性，成为目前风电场中应用最为广泛的风电机组。目前国内外很多文献对含有该机组的风电场的等值问题进行了探讨［1-10］。很多等值模型为了简化等值过程，多是假设风电场所有风电机组风速相同来进行等值处理的。由于风电场规模一般较大，各台机组风速不同，所以有文献取风电场的平均风速作为等值机组的输入风速，但风电机组的功率输出与其输入风速并非线性关系，所以该等值方法误差较大。为了减小等值误差，文献［11-13］利用风电机组风速功率关系，计算出每台机组在各自风速下的有功输出，然后将输出功率叠加，倒推风速。该方法计算结果相对较准确，但计算量大。 文献［14］根据风轮机机械特性曲线，将风电机组按照转子转速分为3组，然后进行等值。但该等值方法的前提是要计算出各台机组的转子转速，从而增加了分类的计算量。 本文根据风电机组输入风速与输出功率的关系，在分析影响输出功率的各个因素的基础上，提出了考虑风电机组的风能利用系数而进行风速等值的新方法。 1风电场风速等值 忽略风电机组损耗，根据风力发电原理，风电机 组输出功率为： P =1C p ρAv 3 （1）C p =c 1c 2i -c 3β-c 4 e -c 5 λ i +c 6λ1i =1-0.035其中，λ=ωr R ／v 为叶尖速比，R 为叶片的扫风半径，ωr 为风轮机转速；P 、C p 、v 分别为机组的输出功率、风 能利用系数和机组轮毂高度处风速，最大风能利用系数C pmax =0.48；ρ为空气密度；A 为风电机组叶轮扫风面积；β为风轮机叶片桨距角；c 1=0.5176，c 2= 116，c 3=0.4，c 4=5.0，c 5=21.0，c 6=0.0068［15］。 风电场总的输出功率为（假设各机组型号相同）： P 鄱=鄱i ＝1n P i =鄱i ＝1n 12C p i ρAv 3i =12ρA 鄱i ＝1 n C p i v 3i （2） 其中，n 为机群机组总数。 由等值前后风电机组总的额定功率不变，设机组i 的额定功率为P i e ，由于同一风电场一般采用额定功率相同的机组，所以有P i e =P e ，P e 为机组的额定功率，即： P e 鄱=鄱i ＝1 n P i e =nP e （3） 所以，有： P 鄱=12ρA 鄱i ＝1n C p i v 3i =n 2 ρAC peq v 3 eq （4）其中，v eq 为风电场等值风速，C peq 为等值风能利用 系数。 则可得： v 3eq = 鄱i ＝1 n C p i v 3i nC peq =1n 鄱i ＝1n C p i C peq v 3i （5） 摘要：基于对风电场输出功率与输入风速关系的分析，提出了考虑风速的风电场等值方法。该方法考虑了风电机组在不同风速情况下风能利用系数不同的特点，将风能利用系数描述为风速的分段函数并将其作为权值对风速加权等值。对所提等值方法与传统的不考虑风能利用系数差异的等值方法进行了仿真比较，结果表明所提等值方法较传统等值方法等值误差更小。 关键词：风速；等值；双馈风电机组；风能利用系数；风电场 中图分类号：TM 614文献标识码：A DOI ：10.3969／j.issn.1006-6047.2013.01.023 考虑风速的风电场等值方法 李洪美1，2，万秋兰1，向昌明3 （1.东南大学电气工程学院，江苏南京210096；2.徐州师范大学电气工程及自动化学院， 江苏徐州221116；3.江苏方天电力技术有限公司，江苏南京211102） 收稿日期：2012－01－27；修回日期：2012－11－16