基于结构保持模型的大型风电场的等值方法_李洪美

大型风电场的等值模型及其改进研究李芸;王德林【摘要】随着风电场规模的日趋扩大,其随机变化功率对接入电网的影响也越来越受到重视.风电场并网的仿真研究中,通常将数十台甚至上千台风力发电机等值简化为由几台风电机组成的风电场模型.因此,如何在多方面因素的影响下建立符合实际情况的风电场等值模型极为重要.本文分析了风电场风速的实际状况,运用同调等值法,结合风速产生的尾流效应和时滞效应,对大型风电场中不同型号的双馈风力发电机(DFIG)进行了区域划分,将同一区域的风电机等值为一台风电机.最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证了在不同风速情况、故障情况下的等值效果,证实了本文等值方法的正确性,为风电场并网研究提供了一种可靠的参考模型.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2014(033)007【总页数】7页(P11-17)【关键词】双馈风力发电机;风电场等值;尾流效应;时滞效应【作者】李芸;王德林【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM910.6由于风速随机性、间歇性和波动性的特点导致风力发电场的输出功率不稳定，风电并网电力系统稳定性分析和控制技术成为当今最主要的问题之一。

该问题由于受到实际生产安全的制约，仅限于在大型电力系统软件中进行仿真实验分析，故风电场仿真与实际情况必须有较强的吻合，需要综合考虑多方面因素的影响。

风电场通常由数十甚至上千的风力发电机构成，直接研究如此庞大的风电系统计算量会非常大。

因此需要根据研究问题不同将风电场等效为单台或若干台风力发电机，从而简化复杂程度，缩短计算时间。

近年来，风电场等值建模的研究有着很大进展。

文献［1-3］总结了近些年风电场等值问题的研究现状，并提出这方面的研究还需要创新与改进。

在参数优化问题上，目前利用最小二乘法和单纯形法［4，5］。

文献［6］验证了不同风向下风电场的模型简化，但没有考虑电力线路的等值方法。

基于模型预测控制的风力发电系统研究随着能源需求的不断增长，可再生能源逐渐受到人们的关注和追求。

风力发电作为一种广泛应用的可再生能源之一，在能源产业中具有越来越重要的地位。

然而，风力发电系统的控制和优化一直是研究的重要方向之一。

基于模型预测控制的风力发电系统研究，可以有效提高风电系统的性能和效率，提高风电发电量。

一、风力发电系统概述风力发电系统包括风力涡轮机、变速器、发电机、变流器、电网等组成。

风力涡轮机可以将风能转换为机械能，通过变速器将转速转化为适合发电机工作的电机转速，发电机将机械能转化为电能，经过变流器转换后，通过输电线路输送。

二、风力发电系统的控制风力发电系统的控制分为集中控制和本地控制两种，其中集中控制位于风电场公共控制中心，对整个风电场的风机进行控制和调度，本地控制则是由每一个风力发电机单独控制系统完成控制操作。

目前，基于模型预测控制的风力发电系统控制技术正逐渐成为研究的热点。

三、基于模型预测控制的风力发电系统研究基于模型预测控制的风力发电系统研究，是指以数学建模为基础，通过预测系统未来状态和输出，设计出最优的控制器来达到控制系统的最佳效果。

通过不断收集分析电力和气象数据，生成模型，并进行数学模型的优化设计，可以精确控制风力发电系统运行状态，提高其性能和效率。

四、基于模型预测控制的风力发电系统优点1. 精确预测风力发电机状态和输出基于模型预测控制的风力发电系统能够通过数学模型的建立和预测未来状态和输出，对系统运行状态进行准确掌握，提高了风电发电的精度和可靠性。

2. 反应速度快，控制效果好基于模型预测控制的风力发电系统，能够快速响应变化的条件，及时进行调整和优化，提高系统响应速度和稳定性，从而在保证安全性的基础上，提高风电发电量和效率。

3. 同时优化多参数，提高发电效率基于模型预测控制的风力发电系统，能够同时优化多个控制参数，如转速、扭矩、倾角等，从而提高风电发电效率和稳定性，确保最大限度利用风力资源，提供更为高效的发电服务。

双馈风电机组的建模仿真及其等值方法研究李智才;李凤婷【摘要】分析了双馈风力发电机组的教学模型及控制模型,基于PSCAD/EMTDC 仿真平台搭建了双馈风力发电机组仿真模型,以阵风和渐变风为例,对风力发电机组并网运行端口的稳态特性和故障特性做了仿真,能够实现定子侧有功、无功解耦控制及电压的恒定,验证了所建模型的正确性.在考虑尾流效应的情况下,研究了不同类型的双馈风电机组等值思路,搭建了等值模型,对其等值前后的稳态、暂态特性进行对比分析,结果表明了该等值方法的有效性,为大规模并网型双馈机组风电场进一步研究提供了有力条件.【期刊名称】《四川电力技术》【年(卷),期】2012(035)004【总页数】6页(P10-14,45)【关键词】双馈风力发电机组;风电场;建模;等值【作者】李智才;李凤婷【作者单位】新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047;新疆大学电气工程学院,新疆乌鲁木齐830047【正文语种】中文【中图分类】TM7430 引言双馈风力发电机与电网柔性连接，可以根据风速的变化最大限度地捕获风能，也参与电力系统的无功调节，实现有功、无功功率的灵活控制，而且与转子绕组相连的变频器容量小，成本较低，已成为风力发电的研究热点和市场主流［1］。

建立正确的双馈风机模型，正确模拟风机的端口特性是进行风机并网运行特性等后续研究的基础。

目前普遍采用的双馈风电机组的建模及控制目标为:通过控制转子侧变流器，实现双馈电机定子绕组有功功率和无功功率解耦;通过控制网侧变流器，保持变换器直流电压恒定，交流侧相电压和电流同相位，交流侧相电流为正弦波的控制目标［2］。

随着风电技术的快速发展，风电场容量逐渐增大，在大型风电场并网系统的仿真分析中，若对每台双馈风电机组及其控制系统进行详细建模，将导致计算时间长、资源利用率低。

因此，有必要对双馈机组风电场等效等值建模方法进行深入研究［3］。

这里在PSCAD/EMTDC仿真平台上进行双馈风力发电机组的建模，以阵风和渐变风为例，对风力发电机组并网运行的端口特性做了仿真分析，验证了模型的有效性。

本科毕业设计（论文）题目：风电场的等值分析与建模仿真研究风电场的等值分析与建模仿真研究摘要目前风力发电的研究已经成为一个重要的课题。

在考虑风电场的并网特性和对电力系统的影响时，如果对风电场内每台双馈风力发电机进行详细建模，计算机的工作量大并且效率低。

将风电场内具有相似工作特性的风电机组等值成一台风力发电机，将会大大减少仿真计算量、提高效率。

本文分析了双馈式风力发电机的基本工作原理和具体的数学模型，在此基础上以PSCAD/EMTDC软件为仿真平台，搭建了双馈风力发电机的动态数学模型。

以风速为分群指标采用改进的容量加权法对风机、双馈式发电机和控制系统分别进行等值建模，然后搭建了不同风电机组的详细模型和等值模型，仿真结果表明等值模型在稳定运行、风速波动和外部短路故障下的运行特性与风电机组的详细模型基本吻合,说明了其等值方法的正确性。

关键词：双馈式感应发电机；等值；容量加权法；PSCADThe equivalent analysis of wind farm and studies ofsimulation modelingAbstractNowdays the wind power generation has gradually become an important topic of research. If the model of each doubly-fed wind power generator in the wind farm was set up in detail, the computer will workload and have low efficiency. If make wind power generators which have similar features in the wind farm into an equivalent wind power generator, that will greatly reduce the simulation calculation and improve efficiency.This paper analyzes the basic principle and specific mathematical model of doubly-fed wind power generator, Set up a dynamic mathematical model of doubly-fed wind power generator based on the PSCAD/EMTDC software for the simulation platform. The modified capacity of the weighted method is adopted for wind turbine、doubly-fed generator、the control system’s modeling equivalent. Then set up the detailed model and equivalent model of wind turbines. The simulation results suggested that the equivalent model’s operation characteristics under stable operation or wind speed fluctuation or the external short circuit fault consistent with the detailed model of wind turbines, illustrating the validity of the equivalent value method.Keywords：Double-fed Induction Generator; Equivalence; Weighted method; PSCAD目录第1章引言 (1)1.1 选题背景和研究意义 (1)1.2 双馈式风力发电机等值建模的研究现状 (2)1.3 本文的研究内容 (3)第2章变速恒频双馈风力发电系统的数学模型 (4)2.1 双馈风力发电机的原理 (4)2.2 风机数学模型 (5)2.2.1 风能利用系数 (5)2.2.2 风机捕获功率 (6)2.2.3 风机驱动系统模型 (7)2.3 双馈风力发电机的动态数学模型 (7)2.3.1 感应发电机的传递公式 (7)2.3.2 双馈发电机的动态数学模型 (8)2.3.3 双馈发电机有功无功的解耦控制 (8)2.3.4 网侧控制系统的数学模型 (9)2.3.5 转子侧控制系统的数学模型 (9)2.4 本章小结 (10)第3章双馈风力发电机的等值研究 (11)3.1 双馈式风力发电机模型内部的等值参数计算 (11)3.1.1 视在功率和转矩的等值 (11)3.1.2 变换器直流环节的等值 (11)3.1.3 阻抗的等值 (12)3.1.4 比例系数和积分时间常数的等值 (13)3.1.5 转动惯量、扭转系数和阻尼系数的等值 (13)3.2 双馈式风力发电机的风速等值 (13)3.3 集电线路的阻抗的静态等值 (14)3.4 本章小结 (16)第4章风电场等值的仿真分析 (17)4.1 详细模型的搭建 (17)4.2 等值模型的搭建 (17)4.3 四种情况的风机等值及结果分析 (18)4.3.1 十台同风速同型号的风机等值结果 (18)4.3.2 十台不同风速同型号的风机等值结果 (21)4.3.3 六台同风速不同型号的风机等值结果 (23)4.3.4六台不同风速不同型号的风机等值结果 (26)4.4 对于不同功率的双馈式风力发电机不同风速下风能利用系数的测量 (28)4.5 本章小结 (29)第5章总结和展望 (30)致谢 (31)参考文献 (32)附录 (34)附录A风机参数 (34)附录B发电机参数 (34)第1章引言1.1 选题背景和研究意义改革创新以来，工业技术不断发展，能源枯竭问题日益恶化，利用风能这种无污染的新能源进行发电被广泛地应用到电力系统上，其中以双馈式风力发电机和直驱式风力发电机为代表。

专利名称：一种基于最优copula模型的多风电场出力聚类评估方法
专利类型：发明专利
发明人：王玉荣,杨若琳,汤奕
申请号：CN202010440044.1
申请日：20200522
公开号：CN111709454A
公开日：
20200925
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于最优copula模型的多风电场出力聚类评估方法，该方法包括以下步骤：(1)对采样的两风电场有功出力历史数据构建单一copula、混合copula模型；(2)对采样的两风电场有功出力历史数据进行变结构点诊断并构建变结构copula模型；(3)基于构建的单一copula、混合copula、变结构copula模型，评估模型精度并选择最优相关性拟合模型；(4)基于最优相关性拟合模型，利用模糊C均值聚类法对两风电场概率分布值组成的数据集聚类；(5)评估基于最优相关性拟合模型的聚类精度。

本发明可准确描述两风电场出力的相关性，实现可靠的聚类分析，对电力系统规划具有重要意义，同时本专利提出的变结构点诊断方法和聚类精度评估方法也广泛适用于各种具有相关性的时间序列。

申请人：东南大学
地址：210000 江苏省南京市玄武区四牌楼2号
国籍：CN
代理机构：南京经纬专利商标代理有限公司
代理人：罗运红
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基于实时数据的直驱风电场等值建模方法和装置随着可再生能源的快速发展，风电成为了世界各地最重要的清洁能源之一、然而，由于风速的持续变化以及风电场中风机的数量众多，如何准确建模和控制风电场成为了一个挑战。

为了解决这个问题，研究者们提出了基于实时数据的直驱风电场等值建模方法和装置，以实现对风电场的精确控制。

1.数据采集：通过在风电场中布置传感器和监控设备，采集与风速、风向、风机状态等相关的实时数据。

这些数据可以以时间序列的形式记录，并通过无线传输技术传送到控制中心。

2.数据处理：对采集到的数据进行预处理，包括去除异常值、平滑处理和数据插值等。

预处理的目的是消除数据的噪声和间断性，并恢复数据的连续性。

3.建模方法选择：根据风电场的实际情况和需要，选择适合的建模方法。

常用的建模方法包括回归分析、神经网络和支持向量机等。

这些方法可以根据实时数据的特点，建立风速到风机输出功率之间的关系模型。

4.模型训练：使用历史数据集对所选的建模方法进行训练，以调整模型参数和提高预测精度。

训练过程可以使用交叉验证和优化算法进行优化，以找到最佳的模型参数。

5.模型验证：使用未知数据集对所建立的模型进行验证，评估模型的预测精度和稳定性。

如果模型的预测结果符合预期，则可以将其应用于实时控制。

基于实时数据的直驱风电场等值建模装置是实现上述方法的硬件设备。

该装置主要包括风速传感器、风向传感器、风机状态监测装置、数据采集模块、数据处理模块、建模方法模块和控制模块等。

风速传感器和风向传感器用于监测风电场中的风速和风向，风机状态监测装置用于监测风机的工作状态。

数据采集模块负责采集实时数据，并将其传送到数据处理模块进行预处理。

建模方法模块则根据所选的建模方法，训练模型并对实时数据进行预测。

最后，控制模块根据模型的预测结果，实现对风电场的控制。

基于实时数据的直驱风电场等值建模方法和装置可以有效地预测和控制风电场的输出功率，提高风电场的运行效率和稳定性。

考虑风速的风电场等值方法李洪美;万秋兰;向昌明【摘要】Based on the analysis of the relationship between the output power of wind farm and the input wind speed,a method of wind farm equivalence considering wind speed is proposed,which,considering the wind power utilization coefficient of wind generator varies along with the wind speed, describes piecewise the wind power utilization coefficient as the function of wind speed and takes it as the weight of equivalent wind speed.' The proposed equivalence method is compared with the traditional equivalence method by simulation and result shows that the error of equivalence considering different wind power utilization coefficients is smaller.%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,结果袁明所提等值方法较传统等值方法等值误差更小.【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2013(033)001【总页数】4页(P121-123,159)【关键词】风速;等值;双馈风电机组;风能利用系数;风电场【作者】李洪美;万秋兰;向昌明【作者单位】东南大学电气工程学院,江苏南京210096;徐州师范大学电气工程及自动化学院,江苏徐州221116;东南大学电气工程学院,江苏南京210096;江苏方天电力技术有限公司,江苏南京211102【正文语种】中文【中图分类】TM6140 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。

大型风电场动态等值的改进支持向量聚类算法滕卫军;王锡凡;石文辉【摘要】针对风速波动性强与风电场多样性导致的风机聚类参数多样化的特点,提出了一种基于支持向量聚类(SVC)的大型风电场动态等值聚类算法.该算法应用遗传算法实现簇标定,采用分段多目标函数迭代求解,保证了聚类结果的精度与速度,克服了传统SVC簇标定抽样判决的不足.应用样本轮廓值修正聚类结果,保证聚类结果的合理性,根据等值前后风机机端电压不变原则建立了电缆等值模型.以实际风电场为算例进行仿真,结果表明,该算法单次聚类时间为SVC的4％左右,采用遗传算法能够实现不同精度的等值机台数优化,得到的等值机与簇内单机的有功功率、无功功率动态特性具有较高一致性,轮廓值修正能够保证聚类结果的样本轮廓值都大于0.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2015(049)005【总页数】7页(P94-99,115)【关键词】大型风电场;动态等值;支持向量聚类;遗传算法;分段多目标函数【作者】滕卫军;王锡凡;石文辉【作者单位】西安交通大学电气工程学院,710049,西安;西安交通大学电气工程学院,710049,西安;中国电力科学研究院,100192,北京【正文语种】中文【中图分类】TH-39随着风电大规模入网,大型风电场并网对电力系统的影响日益受到人们的关注[1-2]。

一般大型风电场包含数百台风机,进行电力系统动态特性研究时,建立风电场的详细模型会大大增加系统模型的复杂度和计算仿真时间[3-4],因此,有必要研究保证动态特性精度的大型风电场动态等值技术[5-6]。

目前,风电场动态等值方法主要有单机等值法和多机等值法[7-9]。

单机等值法假设风机输入风速相同,风电场等值为一台风机;多机等值法将运行点相近的风机等值为一台风机,风电场等值为多台风机。

受尾流效应和风机轴系的影响,为提高动态等值精度,风电场动态等值广泛采用多机等值法[10]。

目前已有较多的国内外文献对风电场动态等值技术进行了研究。

数据-模型混合驱动的风电场聚合等值建模方法
吴磊;晁璞璞;李甘;李卫星;李志民
【期刊名称】《电力系统自动化》
【年(卷),期】2022(46)15
【摘要】目前风电场等值建模方法主要针对全信息的情况,未考虑实际风电运行信息缺失的现状,且无法计及同群机组动态特性的差异。

针对这两个问题,提出基于神经网络匹配算法的机组级信息获取方法,以克服实际场站机组级实时出力信息缺失难题;根据风电机组全风速的响应特性,分析确定分群指标,提出了风电场最少等值机表征原理,发现了传统等值方法的误差来源于对同群机组动态特性差异的忽略,进而提出了基于等值机动态行为校正的两机聚合等值建模方法。

结果表明,提出的方法在不同的风速场景、电压跌落与故障持续时间下,均能够很好地模拟故障穿越响应特性。

【总页数】9页(P66-74)
【作者】吴磊;晁璞璞;李甘;李卫星;李志民
【作者单位】哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院;大连理工大学电气工程学院;国网四川省电力公司
【正文语种】中文
【中图分类】TM6
【相关文献】
1.基于实测数据的风电场稳态等值建模研究
2.基于实测数据的大型风电场稳态等值建模
3.基于单机等值与选择模态分析的风电场等值建模方法
4.模型-数据混合驱动的直驱风机VSC等效建模方法
5.综合模型聚合和参数辨识的风电场多机等值及参数整体辨识
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基于实测数据的大型风电场稳态等值建模吴秋兵【摘要】针对大型风电场仿真模型复杂、计算量大的缺点,提出一种利用实测数据建立大型风电场稳态等值模型的方法.对于实测风速数据中的各种干扰,通过粒子滤波算法进行滤除;同时采用聚类算法对反映风电机组风速差异性的特征风速进行提取.然后,以特征风速为输入,实测风电输出功率为输出,采用BP神经网络拟合风电场稳态等值模型.最后,利用不同季节不同日期的实测风速功率数据对稳态等值模型进行泛化能力分析和精度验证,仿真结果表明该建模方法合理,所建模型具有一定的准确性.【期刊名称】《山西电力》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】5页(P1-5)【关键词】风电场;实测数据;BP神经网络;稳态;等值建模【作者】吴秋兵【作者单位】国网太原供电公司,山西太原 030012;新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学),北京 102206【正文语种】中文【中图分类】TM614风能具有分布广泛、清洁环保、资源丰富等特点，是最具开发潜力的可再生能源。

近年来，随着化石燃料的日益枯竭，以及其带来全球环境问题的日益突出，风力发电得到了世界各国的广泛重视和大力发展。

然而，由于风力发电场的运行受风速变化的影响，具有间歇性和波动性，导致其输出功率的不可预期性和不可控性，不利于大规模风场并网的安全、稳定运行。

长期以来，国内诸多外学者在对风电接入系统安全稳定运行方面进行研究时，风电场的建模问题往往是其要解决的首要问题，而其中对风场每台风电机组的详细建模又是大型风电场建模的基础，但会大大增加仿真和计算的复杂度 [1]。

因此，为减少计算量和降低仿真的复杂程度，研究并构建更为合适的风场等值模型就显得尤为重要。

风电场等值模型是风电场的外特性模型，包括稳态等值模型和动态等值模型。

其中反映风电场风速与输出功率关系的数学模型即为稳态等值模型，因此，如何合理准确地反映风速与输出功率关系是大型风电场稳态建模的一个关键问题，同时也为进一步研究和构建风场动态等值模型提供一定的数学基础[1]。