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含风电接入多端直流输电系统的建模仿真

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第39卷第2期㊀东北电力大学学报Vol.39,No.22019年4月Journal Of Northeast Electric Power University Apr,2019收稿日期:2018-12-15基金项目:国家自然科学基金联合项目(U186601);吉林省教育厅科技项目(JJKH20180444KJ)第一作者:李㊀硕(1985-),男,在读硕士研究生,主要研究方向:多端柔性直流输电通讯作者:钟㊀诚(1985-),男,博士,副教授,主要研究方向:电力电子化电网稳定性分析与柔性控制电子邮箱:610535466@(李硕);zhongcheng@(钟诚);1393836527@(黄路恒);25875222904@ (郑雷);2506809648@(高玉喜)DOI:10.19718/j.issn.1005-2992.2019-02-0039-08含风电接入多端直流输电系统的建模仿真李㊀硕,钟㊀诚,黄路恒,郑㊀雷,高玉喜(1.东北电力大学电气工程学院,吉林吉林132012;2.南京南瑞继电保护有限责任公司,江苏南京211100)摘㊀㊀㊀要:阐述了风电入网的多端柔性直流输电系统的运行及建模,介绍了如何运用闭环控制器实现多端直流输电系统的稳定运行,功率输出端接入风电机组,加入了风速变化及功率补偿研究系统波动时的稳定性.在PSCAD /EMTDC 平台上建立了四端的柔性直流系统,其中两端为发送端,由一个电压源端口以及一个风电机组端口组成,两端为受端电网,每个端口通过模块化多电平变流器完成电流交直流的转换,汇入直流电网.各个换流站接收站级控制和系统控制的调控指令实现整个电网的协调运行,达到风电接入电网稳态运行的目的.关键词:双馈风机;模块化多电平变流器;多端直流;新能源并网中图分类号:TM721㊀㊀㊀㊀文献标识码:A基于电压源换流器(Voltage Source Converter,VSC)的多端高压直流输电(Multi -High Voltage Direct Current,HVDC)技术凭借其全控器件发展,体现出了传统输电模式所不具备的优点[1~2].各个端口可以独立控制有功功率和无功功率的输出,达到实时维持电网电压功率稳定的效果.在故障穿越能力上,多端柔性直流输电系统也可依靠灵活和经济的特点,完成各端口的互动,保证可靠输出以及可靠供电.随着技术的进步,VSC -MTDC 系统被广泛认可为最具潜力的电力传输方式[3].对于风电接入多端柔性直流输电的研究已经有二十余年的成果积累.文献[4~5]通过模块化多电平换流器的结构及组成研究其并入大规模电网的可行性;文献[6~7]研究了VSC -MTDC 通过监控直流电压偏差控制电压,维护电网电压稳定的方法;文献[8~9]研究了将风电场当作无源网络,将电压设为定值来解决多端柔性支流的波动问题;文献[10~14]提出了分布式控制的方法,基于并网模式获得控制信息,综合调节下垂控制,提高系统稳定性;文献[15]通过高斯-赛德尔法修正参数,然后利用蒙特卡洛算法对风力发电的随机风速进行模拟,建立WTG 的出力模型.采用以自动隔离装置与手动隔离装置为边界的分块算法对IEEE RTS BUS 6系统的主馈线F4分块,然后对其进行可靠性评估,同时考虑了开关可靠性和风机的穿透率对配电网可靠性的影响,并采用全概率公式对接入风电机组后孤岛内负荷点的可靠性指标进行计算.在多能源供电以及多落点受电中,接入风电能源后对系统造成的影响,这种影响通过何种方式解决,是本文的研究重点.根据国家对风力发电的要求,近年来对于柔性支流多端输电技术(Voltage Source Converter Based High Voltage Direct Current System,VSC -HVDC)的研究已经投入试验研究阶段,包括广东南澳三端直流输电工程,浙江舟山海岛多端柔性直流工程,大连跨海柔性直流输电工程等建设投运的工程等.本文构建了四端MMC -MTDC 多端柔性直流输电系统,共两个功率发送站,一端为风机电站,另一端为稳定交流源,两个功率接收站为模拟的交流负荷电网.每个端口通过站级控制的MMC 换流站,根据参考值提升功率接入电网.在PSCAD /EMTDC 上设计并仿真系统,在稳态运行的同时模拟了风机输出波动时系统的状态及加入功率补偿后系统的运行情况,验证了风电并网的多端柔性直流输电系统的稳定性.1㊀四端MMC -MTDC 整体结构本文使用的多端直流输电系统结构,如图1所示.风机端由双馈风力发电机模型组成,产生的能量由双馈风机中的变流器调控加载到额定有功标准后导通启动传输,经过端级控制的模块调制出额定的有功功率后在MMC 换流站进行变流,变为直流电后进入系统传输至交流电网侧.每个MMC 换流站的输出根据输入的参考值做出调整后连入电网.每个端级接口都连接两个MMC 换流器,是为了保证电网连接的真双极特性,有助于换流站出现故障时维持端口运行.图1㊀风机并网多端柔性直流输电系统结构图对于图1的多端系统,为维持系统稳定,需要对各个端口进行控制量的选择,使得每个端口可以根据运行的特点制定控制方式,本文应用端级控制中的闭环控制器对端口的输出进行控制.闭环控制器的原理,如图2所示.图2㊀端级闭环控制原理图闭环控制器由两部分组成,外环控制器和内环控制器.其中外环控制器根据端口的功能选择参考值,通过控制参考量控制该端口的常量稳定.外环控制器根据控制量的不同分为有功类控制与无功类控制,每个端口控制一个有功量和一个无功量.在本文的VSC -MTDC 中,外环控制器控制原理为将控制参04东北电力大学学报第39卷考量与被控制量输入PI 调节器,将参考值与实际值的偏差量通过比例积分组合成控制量,从而控制实际值逼近参考值.在VSC -MTDC 输电系统中出于维持系统直流电压稳定性的考虑,必须有一个换流站采用定直流电压控制,起到维持系统电压稳定,承担系统波动的作用.风机电站应用的是定频率控制,风机电站作为功率输出,需提供稳定的交流输出和频率,使得传输功率稳定,因此定频率控制可以维持全网频率稳定.交流电网端采用定有功功率控制,保证端口有功功率稳定.各端口根据控制方式的不同将相应的整合值输入内环控制器,内环控制器的作用为将传入的带有耦合效应的交流电流参考值解耦.由图2可得根据控制方法的不同,通过解耦实现i d ,i q 对输入的有功量㊁无功量的分离控制,从而实现对输入的参考量的直接控制,将解耦后得到的直流电压数据转化为对MMC 控制的调制比和相移角,从而实现控制端级系统的功能.2㊀风电机组模型双馈风力发电机通过其输出平稳,控制灵活的优点广泛使用,本文选择双馈风力发电机作为风机模型.双馈风力发电机经由定子侧,转子侧与电网相连,其中定子侧直接与电网相连,转子侧通过两个变流器连接电网.通过控制转子侧变流器的转差频率实现发电机的运行同时不影响定子侧的恒频输出.图3㊀双馈风力发电机结构图双馈风机主要由风力机部分,变流器部分和发电机部分构成.模型框架如图3所示.风力机以风速㊁风轮㊁传动系统为运行的主要模块.风力机的主要功能为实现能量转换,通过从叶片提取的风能转换为机械能,经传动系统输送至电机中.通过风机的研究可以得出风力机的输出功率与环境风速立方为正比关系,转速与风速成正比,风力机产生的风能随风速变化而改变.风力机的输出主要由风速㊁桨距角和风力机叶尖速度比决定.风力机输出功率与风速的关系为P W =0.5ρπR 2C P (β,λ)V 3,(1)λ=ω㊃R /V .(2)对应的输入机械转矩方程为T w =0.5ρπR 3C P (β,λ)V 2,(3)公式中:ρ为空气密度;R 为风机叶片半径;β为风机桨距角;λ为风机叶尖速度比;ω为风机旋转角速度;V 为实际作用在叶片的风速;C P 为风机的风能利用系数.风力机的输出功率与风速㊁风力发电机的机械参数㊁风力机旋转角速度和风能利用系数有关.其中桨距角,风机叶尖速度比与风能利用系数C P 的关系为C P (β,λ)=0.22116λi -0.4β-5æèöøe -12.5λi .(4)传动系统的作用为将发电机的机械转矩传输至发电机,由三阶电机提供机械能并入电网.14第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀李㊀硕等:含风电接入多端直流输电系统的建模仿真3㊀MMC 变流器建模3.1㊀MMC 变流器基本结构与原理MMC 变流器的模块拓扑结构,变流单元㊁级联桥臂以及三相MMC 变流器结构如图4所示.MMC 变流器的基本单元类似于链式变流器结构,是由一个半桥变流组成,如图4(a)所示;多个变流单元级联至一条线路构成一个换流桥臂,如图4(b)所示;6组级联换流桥臂组合在一起构成了三相MMC 变流器系统结构,如图4(c)所示.如果直流电容电压为V c ,每个换流单元输出只有0和V c 两种状态,则N 个桥臂输出电压的状态将为0,V c ,2V c , ,NV c 之间变化,有N +1个电平状态.图4㊀MMC 变流器结构图变流单元运行状态,如图5所示.单个变流单元含有两个开关器件S 1,S 2,在正常运行时两个器件的开关处于互补状态,即为如图的四种状态.图5㊀S 1和S 2在不同开关状态下变流单元交流端口电压Vx 的状态图5(a)㊁图5(b)所示为S 1开通㊁S 2关断时的状态,当电流方向为流出时经过S 1的正向导通二极管,当电流方向为流入时是通过S 1的续流二极管,输出电压V x 等于直流电容的电压V c .图5(c)㊁图5(d)所示为S 1关断㊁S 2开通时的状态,当电流方向为流出时经过S 2的续流二极管,当电流方向为流入是经过S 1的正向开关,交流端口总是相对于被短路,因此输出电压V x 总是等于0.由此可得变流单元在不同状态下的导通情况如下:S x =1,当S 1=1,S 2=0,S x =0,当SS 1=0,S 2=1.{(5)变流单元的输出电压满足的条件为V x =S x V C .(6)24东北电力大学学报第39卷3.2㊀换流器的开关状态通过对单个SM 模块的研究可得MMC 换流器单相开关状态为该相上下桥臂所有变流模块开关状态的差值.单个桥臂所有变流单元端口的电压之和为直流母线电压V d ,为了维持直流母线电压的稳定,上下桥臂变流单元开关状态的和受到直流母线电压V d 约束,即(ðn i =1S api +ðn i =1S ani )V c =V d .(7)为了最大的灵活有效的利用换流器的输出能力,对子模块通断的约束为ðn i =1S api +ðn i =1S ani =N ,(8)V d =NV C .(9)上桥臂(或下桥臂)开关状态和为0~N 之间的数,所以也可以得到相开关状态S a ,S b ,S c 为-N /2-N /2,-(N -1)/2, -1/2,0,1/2, ,(N -1)/2,N /2序列中的数值,也就是有N +1个电平数目.4㊀四端MMC -MTDC 系统仿真分析4.1㊀仿真数据及稳态运行仿真系统中包含一个风电端口A,由750MW 双馈风电机组组成;包含一个额定电压源B,功率为1500MW.交流电网C 站装机容量为1500MW,交流电网D 装机容量为750MW.750MW 风机参数为:定子绕组电阻为0.022,转自绕组电阻为0.027,励磁电感为12.9,定子漏感为0.28,转子漏感为0.31,转动惯量为1.58s.系统中风机站A ~电压源B 线路长度约49km;电压源B ~负荷网C 线路长度约189km;负荷网C ~负荷网D 距离约177km;风机站A ~负荷网D 线路长度约207km.系统经过1.5s 的启动阶段后开始传输功率,风机A 端在1.5s ~2.5s 阶段缓慢提升功率,至2.5s 时达到满功率输出.系统换流器模块参数及VSC -MTDC 网侧参数,分别如表1和表2所示.表1㊀换流器模块参数风机站A电压源B 负荷网C 负荷网D 桥臂电抗器(mH)40404040直流电抗器(mH)200200200200额定阻抗(%)0.150.150.150.15阀最大暂态电流(kA)6666子模块稳态电压(kV)3.788 3.788 3.788 3.788子模块数/桥臂132132132132表2㊀VSC -MTDC 网侧参数风机站A电压源B 负荷网C 负荷网D 额定电压(kV)500kV 500kV 500kV 500kV 换流额定容量(MVA)17008501700850源侧/网侧变压器变比110/515110/515220/515220/515额定直流电流(kA)3 1.53 1.5取风速恒定12m /s,系统各站启动及稳态运行各参数仿真图,如图6~图9所示.34第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀李㊀硕等:含风电接入多端直流输电系统的建模仿真图6㊀各站直流电流仿真结果图7㊀各站直流电压仿真结果图8㊀各站有功功率仿真结果图9㊀各站无功功率仿真结果㊀㊀如图6~图9所示建立了直流电压500kV的四端柔性直流输电网络.系统在启动阶段有一定的波动,在进入稳态时电压质量良好,各换流站输出功率稳定.5.2㊀风速波动及波动补偿在稳态运行中加入了风速波动环节,在4s~5s时风速由12m/s匀速波动至9m/s,风机端功率输出降低,负荷端做出响应.由于负荷网C端㊁D端分别为定直流电压控制㊁定功率控制,当功率降低时定功率控制端不响应波动,定直流电压控制端功率相应降低,承受波动.下面为风速波动时各端电流㊁有功功率波动仿真.图10㊀风速波动下各端直流电流仿真结果图11㊀风速波动下各端有功功率仿真结果㊀㊀由仿真结果可得,4s~5s期间功率发生波动,至5.5s时系统逐渐进入稳态,此时风机端A减少200MW有功输出,定电压控制的负荷网C减少200MW有功输入,其余系统稳定.只有定直流电压控制的负荷C端波动,其余端口不受影响,保证了定功率端口的系统稳定性.为了维持负荷C端功率稳定,在5.5s调整压源B端增加200MW输出,同时调整其参考值至1700 MW,模拟出的系统状态,如图10~图14所示.44东北电力大学学报第39卷图12㊀加入压源补偿的各端电流仿真结果图13㊀加入压源补偿的各端无功功率仿真结果图14㊀加入压源补偿的各端有功功率仿真结果㊀㊀如仿真结果所示5.5s 提升功率后,负荷C 端功率迅速提升至风速波动前的参考值,在风速波动下可以通过补偿压源B 端的功率平衡定电压端的输出,会产生小范围的无功波动,随后迅速实现稳定,实现系统新的动态稳定.4㊀结㊀㊀论本文在PSCAD 下建立含风机接入的四端VSC -MTDC 电磁仿真模型.该建模应用MMC 换流器实现交直流的转换,通过闭环系统控制MMC 换流器实现系统输出的稳定.四个端口控制模式针对多端系统中不同端口的功能设定,从而实现单端的独立输出调节,使系统可以控制全网频率和站级电压的稳定.在风速波动下,也可以通过调整其余端口的输出维持系统保持正常运行.参㊀考㊀文㊀献[1]㊀汤广福,贺之渊,庞辉.柔性直流输电工程技术研究㊁应用及发展[J].电力系统自动化,2013,37(15):3-14.[2]㊀梁旭明,张平,常勇.高压直流输电技术现状及发展前景[J].电网技术,2012,36(4):1-9.[3]㊀孙文博,徐华利,付媛,等.应用于大型风电基地功率外送的多端直流输电系统协调控制[J].电网技术,2013,37(6):1596-1601.[4]㊀唐庚,徐政,刘昇,等.适用于多端柔性直流输电系统的新型直流电压控制策略[J].电力系统自动化,2013,37(15):125-132.[5]㊀刘昇,徐政,李文云,等.用于改善交流系统暂态稳定性的VSC -HVDC 交流电压-频率协调控制策略[J].中国电机工程学报,2015,35(19):4879-4887.[6]㊀邹朋,王渝红,李兴源,等.适合风电接入的直流输电辅助频率控制策略[J].中国电机工程学报,2016,36(21):5750-5756.[7]㊀刘巨,姚伟,文劲宇,等.大规模风电参与系统频率调整的技术展望[J].电网技术,2014,38(3):638-646.[8]㊀任敬国,李可军,刘合金,等.基于改进定有功功率控制特性的VSC -MTDC 系统仿真[J].电力系统自动化,2013,37(15):133-139.[9]㊀程丽敏,李兴源.多区域交直流互联系统的频率稳定控制[J].电力系统保护与控制,2011,39(7):56-62.[10]汤广福,罗湘,魏晓光.多端直流输电与直流电网技术[J].中国电机工程学报,2013,33(10):8-17.[11]朱红萍,罗隆福.直流调制策略改善交直流混联系统的频率稳定性研究[J].中国电机工程学报,2012,32(16):36-43.[12]李和明,张祥宇,王毅,等.基于功率跟踪优化的双馈风力发电机组虚拟惯性控制技术[J].中国电机工程学报,2012,32(7):32-39.[13]朱晓东,周克亮,程明,等.大规模近海风电场VSC -HVDC 并网拓扑及其控制[J].电网技术,2009,33(18):17-24.[14]周密,徐箭,孙元章.多端柔性直流电网平抑风电波动的协调控制策略[J].电力自动化设备,2016,36(12):29-35.[15]王秀云,张琳琳,李阳,等.计及风电波动影响的配电网可靠性评估[J].东北电力大学学报,2018,38(5):23-30.54第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀李㊀硕等:含风电接入多端直流输电系统的建模仿真64东北电力大学学报第39卷Modeling and Simulation of Multiterminal HVDC TransmissionSystem with Wind Power Transmission NetworkLi Shuo1,Zhong Cheng1,Huang Luheng2,Zeng Lei2,Gao Yuxi2(1.Electrical Engineering College,Northeast Electric Power University,Jilin Jilin132012;2.NARI Relays Co.Ltd.,Nanjing Jiangsu211100)Abstract:This paper expounds the operation and modeling of the flexible DC transmission system,and intro-duces how to realize the rapid response and real-time monitoring of the multiterminal HVDC system through multi-level coordination control.At the same time,the wind power unit is connected to the wind turbine and the response of the wind power and network system is studied by simulating the start and operation of the wind tur-bine.On the PSCAD platform,a flexible DC system with four ends is set up,in which both ends are the sending end wind turbines,both ends are the receiving end grid,and the current is converted through two modularized multilevel converters on each port,and the control commands of each converter station receiving station level control and system level control realize the coordinated operation of the whole power grid.The wind power is connected to the steady state of the power grid.Key words:Double-fed induction generator(DFIG);Modular multilevel converter(MMC);Multiterminal high voltage direct current(VSC-MTDC);Clean energy into the internet。

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风能发电系统的建模与仿真

风能发电系统的建模与仿真

风能发电系统的建模与仿真随着对可再生能源的需求日益增长，风能发电作为一种环保、高效的能源来源受到了广泛关注。

为了更好地发展和优化风能发电系统，建模与仿真成为了不可或缺的工具。

通过建立一个准确的模型，并进行仿真分析，可以帮助我们深入了解风能发电系统的性能特点，优化系统配置，并为系统的实际运行提供参考。

首先，风能发电系统的建模是指根据系统的物理特性和工作原理，利用数学方程和模型描述系统的各个部分，并建立它们之间的关系。

常见的风能发电系统包括风力发电机、风轮、发电装置等。

对于风力发电机的建模，可以采用机械力平衡方程和电磁特性方程来描述其工作原理。

机械力平衡方程考虑了风力和机械转动阻力之间的关系，电磁特性方程描述了转动部件与发电机之间的能量转换过程。

通过对这些方程进行求解，可以得到风力发电机的转速、转矩等关键参数。

对于风轮的建模，可以考虑风轮受到的风力和转动部件的质量、惯性等因素的影响。

风力的影响可以由风力模型来描述，包括风速、风向等参数。

转动部件的影响可以通过质量和惯性的计算来体现。

综合考虑这些因素，可以得到风轮的转速、转矩等性能指标。

发电装置的建模是为了研究风能发电机的发电输出。

这一部分的建模主要关注风力发电机与发电设备之间的能量转换过程。

通过建立电气特性方程，可以计算风力发电机的输出电流、电压等关键参数。

而发电设备的模型则可以考虑电功率变换、电压变换等过程。

在建模的基础上，进行仿真分析可以帮助我们更加深入地理解风能发电系统的性能特点，并提出系统优化的方案。

通过改变模型中的参数和条件，我们可以研究不同风速、转速等条件下系统的响应情况，进而确定系统的最佳配置。

此外，仿真还可以帮助我们评估系统的可靠性、稳定性等指标，为系统的实际运行提供参考。

在进行仿真分析时，需要注意一些关键的参数和条件的选择，以确保结果的准确性。

首先，选择合适的风速范围和变化规律，以模拟实际工作环境中的风力情况。

其次，需要合理选择风能发电系统的组件参数，以保证模型的可靠性和准确性。

风电场中电气系统的建模与仿真

风电场中电气系统的建模与仿真

风电场中电气系统的建模与仿真风能作为一种清洁、可再生的能源形式，受到了越来越多人的关注。

为了更好地利用风能资源，风电场被建设起来。

然而，风电场的电气系统在设计和运行过程中可能会遇到一些问题，因此对其进行建模与仿真是非常必要的。

电气系统是风电场的核心组成部分，它包括风机、变流器、变压器、电缆等。

在建模与仿真过程中，首先要对这些组件进行分析与建模。

在风机的电气模型中，需要考虑到风速、风轮等因素对风机输出功率的影响，以及风机与电网之间的耦合关系。

变流器的模型中，需要考虑到其控制算法、滤波器等因素对电能输出的影响。

而变压器的模型中，需要考虑到电压传输、损耗等因素。

电缆的模型中，则需要考虑到电阻、电感、电容等因素。

通过对这些组件进行建模，可以更加准确地分析风电场的电气系统。

建模与仿真的过程中，还需要考虑到风电场的运行状态和外部环境因素。

对于风电场的运行状态，可以通过获取实际运行数据进行分析，从而得到风场的负载特性、风机的功率曲线等信息。

对于外部环境因素，需要考虑到风速、温度、湿度等因素对风机输出功率的影响。

通过考虑这些因素，可以更加真实地模拟风电场的运行情况。

在建模与仿真的过程中，还需要考虑到风电场的安全与稳定性。

风电场的安全与稳定性是建设过程中需要特别关注的问题。

在建模与仿真中，可以通过考虑风电场系统的故障情况，模拟不同故障下的系统响应，从而评估风电场的安全性。

同时，还可以通过考虑系统的稳定性，分析系统的阻尼特性、振荡频率等因素，以评估风电场的稳定性。

建模与仿真的结果可以帮助我们更好地理解风电场的电气系统，为设计和运行过程中的决策提供依据。

首先，通过建模与仿真，可以评估风电场的输出功率，并预测未来的发电量。

这对于风电场的规划与管理非常重要。

其次，通过建模与仿真，可以评估不同电气组件的性能，从而指导设备的选型和配置。

此外，建模与仿真还可以帮助我们优化风电场的运行策略，提高发电效率，降低运行成本。

在建模与仿真过程中，需要使用相应的软件工具。

含风电场的多直流送出电网电磁暂态仿真建模

含风电场的多直流送出电网电磁暂态仿真建模

第43卷第23期电力系统保护与控制V ol.43 No.23 2015年12月1日Power System Protection and Control Dec. 1, 2015 含风电场的多直流送出电网电磁暂态仿真建模丁茂生1，王 辉1，舒兵成2，吴 琴2，钟 庆2，周鹏鹏3，王 伟3(1.国网宁夏电力公司，宁夏 银川 750001；2.华南理工大学电力学院，广东 广州 510641；3.许昌开普检测技术有限公司，河南 许昌 461000 )摘要：为准确分析含风电场的多直流送出的新型电网继电保护和谐波特性问题，针对宁夏电网宁东-浙江特高压直流输电投运后的2016年冬大运行方式，给出了基于PSCAD/EMTDC建立其电磁暂态仿真模型的方法。

根据宁夏电网的特点，将仿真模型进行模块划分和接口定义，将整个电网划分为交流电网、风力发电和直流输电三大独立模块，定义了各模块之间的接口。

分别对三大模块进行详细建模，给出了交流电网建模的分层分块原则。

通过模块之间的接口将模块连接，构成宁夏电网全网的电磁暂态仿真模型。

将仿真模型的稳态运行以及短路电流仿真结果与PSASP的计算结果比较，验证了模型的正确性。

仿真结果表明，电磁暂态仿真模型能详细分析风电场和多回直流输电系统的暂态响应特性，能准确反映含风电场的多直流送出电网运行特性和故障特性，对研究该类型新型电网的继电保护和谐波传递问题具有重要意义。

关键词：直流输电；风力发电；电磁暂态仿真；PSCAD/EMTDCElectromagnetic transient simulation model of multi-send HVDC system with wind plantsDING Maosheng1, W ANG Hui1, SHU Bingcheng2, WU Qin2, ZHONG Qing2, ZHOU Pengpeng3, W ANG Wei3(1. Ningxia Electric Power Company, Yinchuan 750001, China; 2. School of Electric Power, South China University ofTechnology, Guangzhou 510641, China; 3. Xuchang KETOP Testing Technology Co., Ltd., Xuchang 461000, China)Abstract: In order to analyze the problems of protections and harmonics in the multi-send HVDC system with wind plants, which is a novel power grid, an approach to establish the electromagnetic transient simulation model by PSCAD/EMTDC is presented. After the ±800 kV Ningdong-Zhejiang UHVDC is put into operation, Ningxia grid will be this novel power grid. The winter peak operation mode of Ningxia grid in 2016 is studied. The simulation model is divided into three modules: AC grid, HVDC systems and wind plants. The interfaces between modules are defined. The simulation models of three modules can be established independently. The principle to divide the AC grid into different levels and modules is presented. With interfaces defined, the whole Ningxia grid is connected with the modules. The simulation results of the static performances and fault currents are compared with PSASP, and the validness of the simulation model is testified. The simulation results show that the transient performance of the wind power plants and HVDC/UHVDC can be analyzed in detail. The electromagnetic transient simulation model of the grid is very important to study the problems of protections and harmonics in such grid.This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51367002).Key words: HVDC; wind plant; electromagnetic transient simulation; PSCAD/EMTDC中图分类号：TM72 文章编号：1674-3415(2015)23-0063-080 引言由于我国能源布局与经济发展的不平衡，为满足全国节能减排的需要，“西电东送”战略的实施是基金项目：国家自然科学基金项目(51367002)；国家电网公司科技项目(GWFWZTP-NX-291429)；国家科技支撑计划课题(2013BAA01B02) 至关重要的。

直流汇集型海上风电场设计与建模仿真

直流汇集型海上风电场设计与建模仿真

直流汇集型海上风电场设计与建模仿真直流汇集型海上风电场是指在海上建设的风力发电场，通过直流电缆将多个风机的电能集中传输到陆地上的变电站，再转换为交流电并送入电网。

该设计模型的目的是为了优化风电场的布局、减少能量损失和提高整个系统的效率。

本篇文章将从如下几个方面来探讨直流汇集型海上风电场的设计与建模仿真。

首先，风电场的布局是直流汇集型海上风电场设计的关键一步。

布局的合理性直接影响到风机的相互之间的阻挡和遮挡、电缆长度和损失等方面。

因此，在设计阶段，可以通过仿真软件进行风电场的布局优化。

仿真软件可以模拟风场、风机和电缆之间的相互作用，进而预测不同布局下的风机间的能量损失和系统效率。

通过这样的仿真分析，可以选择最佳布局方案，提高风电场的整体效益。

其次，风电场中的风机是直流汇集型海上风电场模型中的核心组成部分。

在建模仿真时，可以采用正则方格化的风机分布模式，将风场划分为数个小区域，每个小区域内均匀放置多个风机。

通过仿真软件模拟风机叶片动力学、转动功率以及发电机转化效率等参数，进而预测风机产生的风能和电能输出。

通过对风机参数的调整，可以优化风机的性能，提高系统的整体效率。

第三，在直流汇集型海上风电场建模仿真中，电缆的设计与布置也是非常重要的一步。

电缆的长度和负载对整个系统的能量损失和传输效率有直接影响。

在仿真中，可以通过构建电缆模型，模拟电缆的电阻、电感和电容等特性，然后分析电缆传输过程中的能量损失。

通过仿真模拟，在不同参数下对电缆进行优化设计，从而降低能量损失。

此外，还可以考虑电缆的布置方式，如何降低电缆之间的干扰以及避免其与其他设备的交叉干扰，从而提高整个电力系统的稳定性和可靠性。

最后，在直流汇集型海上风电场设计与建模仿真中，还可以考虑一些其他因素，如风速和电网负荷的波动等情况。

通过对风速随时间变化的仿真分析，可以评估风电场的稳定性和可靠性。

而对电网负荷波动的仿真分析，可以优化系统的调度方案和负荷分配，提高整个系统的灵活性和效率。