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  • 頭條華電、川大學者提出用于風電小干擾穩(wěn)定性檢驗的降階模式計算方法
    2021-10-21 作者:董文凱 杜文娟 王海風  |  來源:《電工技術(shù)學報》  |  點擊率:
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    導語考慮到在大型風電場規(guī)劃階段,如果對所有方案采用全階模型進行小干擾穩(wěn)定性檢驗,會導致工作量大、效率低,不利于尋求最優(yōu)方案。對此,新能源電力系統(tǒng)國家重點實驗室(華北電力大學)、四川大學電氣工程學院的研究人員董文凱、杜文娟、王海風,在2021年第7期《電工技術(shù)學報》上撰文,提出一種降階模式計算方法,可有效降低規(guī)劃階段風電場模式分析的計算量,且所得結(jié)果準確。

    隨著風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與廣泛應用,大型風電場內(nèi)可具有數(shù)百臺風電機組(Wind Turbine Generator, WTG),WTG之間互聯(lián)后產(chǎn)生的動態(tài)交互作用可能會對風電場小干擾穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。因此,有必要在規(guī)劃階段,對風電場小干擾穩(wěn)定性進行檢驗。

    而由于風電場規(guī)模的擴大,如果直接對所有WTG采用詳細模型,所建立的風電場模型階數(shù)高,求解計算量大、效率低。因此,目前常采用風電場動態(tài)等效模型對風電場進行小干擾穩(wěn)定性檢驗。建立風電場動態(tài)等效模型的常用方法可分為單機等效法和多機等效法兩類。

    單機等效法以一臺等效WTG代表風電場內(nèi)所有WTG,并將風電場內(nèi)部的集電網(wǎng)絡(luò)等效為一個外部阻抗。集電網(wǎng)絡(luò)等效常采用恒功率損耗法。等效WTG容量為風電場額定容量,參數(shù)常采用容量加權(quán)平均法(Capacity Mean Value Method)或參數(shù)辨識法(Parameter Identification)確定。

    容量加權(quán)平均法以風電場內(nèi)各WTG的額定容量與風電場額定容量的比值作為權(quán)重,計算所有WTG參數(shù)的加權(quán)平均值作為等效WTG的參數(shù)。采用容量加權(quán)平均法建立風電場單機等效模型,計算量低;但是將等效模型用于風電場小干擾穩(wěn)定性檢驗,所得結(jié)果的準確性仍有待證明。

    參數(shù)辨識法將等效WTG參數(shù)的計算轉(zhuǎn)換為一個優(yōu)化問題,目標函數(shù)為:相同工況或外部擾動下,等效WTG與風電場在輸出功率等動態(tài)響應上的誤差最小;待求量為等效WTG的參數(shù)。由于參數(shù)辨識法涉及非線性優(yōu)化問題的求解,一般需采用智能優(yōu)化算法,如粒子群算法、遺傳算法,以及基于它們提出的改進算法等。因此,參數(shù)辨識法在提高風電場單機等效模型準確度的同時,也增加了等效模型參數(shù)求解的計算量。

    而在風電場規(guī)劃階段,典型工況或外部擾動下,風電場輸出功率等動態(tài)響應難以實測獲取,需進行非線性仿真。在多種場景下對風電場動態(tài)響應進行仿真分析,并將仿真結(jié)果用于參數(shù)辨識,可在一定程度上提高等效模型的準確度,但也會導致工作量的增加。

    多機等效法首先根據(jù)運行狀態(tài)對WTG進行聚類,將風電場劃分為幾個由運行狀態(tài)相似的WTG構(gòu)成的風電機群,聚類分析常采用k均值聚類、c均值聚類和支持向量機等方法,聚類指標一般選用各WTG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、端電壓或輸入風速等能夠反映WTG運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。然后,再對各風電機群作單機等效,等效方法常采用容量加權(quán)平均法,也有少量研究中采用參數(shù)辨識法。

    由于考慮了各WTG運行狀態(tài)的差異,多機等效法提高了等效準確度;但是對WTG進行聚類時,需要WTG的運行數(shù)據(jù)作為聚類指標。而在風電場規(guī)劃階段,若要獲取這些數(shù)據(jù),需進行非線性仿真。

    綜上所述,容量加權(quán)平均法用于風電場小干擾穩(wěn)定性檢驗,所得結(jié)果的準確性仍有待進一步探討。參數(shù)辨識法或多機等效法則需要風電場或WTG的實測或仿真數(shù)據(jù)的支持,才可建立風電場動態(tài)等效模型,用于風電場規(guī)劃階段進行小干擾穩(wěn)定性檢驗也存在一定的局限性。

    華北電力大學、四川大學的研究人員針對風電場規(guī)劃中的小干擾穩(wěn)定性檢驗,提出了一種降階模式計算方法。

    首先,建立風電場全階線性化狀態(tài)空間模型。然后,考慮風電場規(guī)劃階段,可對所選型號的風電機組(WTG)采用典型模型和參數(shù),認為各WTG動態(tài)特性近似相同。通過對風電場線性化模型中的變量做等效變換,將N臺WTG構(gòu)成的風電場等效為N個相互獨立的等效子系統(tǒng)。各等效子系統(tǒng)由一臺并網(wǎng)WTG構(gòu)成。根據(jù)等效子系統(tǒng)線性化狀態(tài)空間模型的構(gòu)建方式,提出一種用于風電場小干擾穩(wěn)定性檢驗的降階模式計算方法,可有效降低規(guī)劃階段風電場模式分析的計算量,且所得結(jié)果準確。最后,通過仿真算例,驗證了所提方法的有效性。

    本文編自2021年第7期《電工技術(shù)學報》,論文標題為“用于風電場小干擾穩(wěn)定性檢驗的降階模式計算方法”,作者為董文凱、杜文娟、王海風。