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隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，大型風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)可具有數(shù)百臺(tái)風(fēng)電機(jī)組（Wind Turbine Generator, WTG），WTG之間互聯(lián)后產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)交互作用可能會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)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(duì)風(fēng)電場(chǎng)小干擾穩(wěn)定性進(jìn)行檢驗(yàn)。

而由于風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，如果直接對(duì)所有WTG采用詳細(xì)模型，所建立的風(fēng)電場(chǎng)模型階數(shù)高，求解計(jì)算量大、效率低。因此，目前常采用風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)等效模型對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行小干擾穩(wěn)定性檢驗(yàn)。建立風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)等效模型的常用方法可分為單機(jī)等效法和多機(jī)等效法兩類(lèi)。

單機(jī)等效法以一臺(tái)等效WTG代表風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有WTG，并將風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的集電網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)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(fēng)電場(chǎng)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(shí)法（Parameter Identification）確定。

容量加權(quán)平均法以風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各WTG的額定容量與風(fēng)電場(chǎng)額定容量的比值作為權(quán)重，計(jì)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(fēng)電場(chǎng)單機(jī)等效模型，計(jì)算量低；但是將等效模型用于風(fēng)電場(chǎng)小干擾穩(wěn)定性檢驗(yàn)，所得結(jié)果的準(zhǔn)確性仍有待證明。

參數(shù)辨識(shí)法將等效WTG參數(shù)的計(jì)算轉(zhuǎn)換為一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)為：相同工況或外部擾動(dòng)下，等效WTG與風(fēng)電場(chǎng)在輸出功率等動(dòng)態(tài)響應(yīng)上的誤差最??；待求量為等效WTG的參數(shù)。由于參數(shù)辨識(shí)法涉及非線性?xún)?yōu)化問(wèn)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(jìn)算法等。因此，參數(shù)辨識(shí)法在提高風(fēng)電場(chǎng)單機(jī)等效模型準(zhǔn)確度的同時(shí)，也增加了等效模型參數(shù)求解的計(jì)算量。

而在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃階段，典型工況或外部擾動(dòng)下，風(fēng)電場(chǎng)輸出功率等動(dòng)態(tài)響應(yīng)難以實(shí)測(cè)獲取，需進(jìn)行非線性仿真。在多種場(chǎng)景下對(duì)風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行仿真分析，并將仿真結(jié)果用于參數(shù)辨識(shí)，可在一定程度上提高等效模型的準(zhǔn)確度，但也會(huì)導(dǎo)致工作量的增加。

多機(jī)等效法首先根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)對(duì)WTG進(jìn)行聚類(lèi)，將風(fēng)電場(chǎng)劃分為幾個(gè)由運(yùn)行狀態(tài)相似的WTG構(gòu)成的風(fēng)電機(jī)群，聚類(lèi)分析常采用k均值聚類(lèi)、c均值聚類(lèi)和支持向量機(jī)等方法，聚類(lèi)指標(biāo)一般選用各WTG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、端電壓或輸入風(fēng)速等能夠反映WTG運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。然后，再對(duì)各風(fēng)電機(jī)群作單機(jī)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(shí)法。

由于考慮了各WTG運(yùn)行狀態(tài)的差異，多機(jī)等效法提高了等效準(zhǔn)確度；但是對(duì)WTG進(jìn)行聚類(lèi)時(shí)，需要WTG的運(yùn)行數(shù)據(jù)作為聚類(lèi)指標(biāo)。而在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃階段，若要獲取這些數(shù)據(jù)，需進(jìn)行非線性仿真。

綜上所述，容量加權(quán)平均法用于風(fēng)電場(chǎng)小干擾穩(wěn)定性檢驗(yàn)，所得結(jié)果的準(zhǔn)確性仍有待進(jìn)一步探討。參數(shù)辨識(shí)法或多機(jī)等效法則需要風(fēng)電場(chǎng)或WTG的實(shí)測(cè)或仿真數(shù)據(jù)的支持，才可建立風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)等效模型，用于風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃階段進(jìn)行小干擾穩(wěn)定性檢驗(yàn)也存在一定的局限性。

華北電力大學(xué)、四川大學(xué)的研究人員針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃中的小干擾穩(wěn)定性檢驗(yàn)，提出了一種降階模式計(jì)算方法。

首先，建立風(fēng)電場(chǎng)全階線性化狀態(tài)空間模型。然后，考慮風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃階段，可對(duì)所選型號(hào)的風(fēng)電機(jī)組（WTG）采用典型模型和參數(shù)，認(rèn)為各WTG動(dòng)態(tài)特性近似相同。通過(guò)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)線性化模型中的變量做等效變換，將N臺(tái)WTG構(gòu)成的風(fēng)電場(chǎng)等效為N個(gè)相互獨(dú)立的等效子系統(tǒng)。各等效子系統(tǒng)由一臺(tái)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(fēng)電場(chǎng)小干擾穩(wěn)定性檢驗(yàn)的降階模式計(jì)算方法，可有效降低規(guī)劃階段風(fēng)電場(chǎng)模式分析的計(jì)算量，且所得結(jié)果準(zhǔn)確。最后，通過(guò)仿真算例，驗(yàn)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(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“用于風(fēng)電場(chǎng)小干擾穩(wěn)定性檢驗(yàn)的降階模式計(jì)算方法”，作者為董文凱、杜文娟、王海風(fēng)。