基于桨距角动作情况的双馈机组风电场动态等值建模方法

摘要

基于桨距角动作情况的双馈机组风电场动态等值建模方法，它涉及风力发电技术领域。它解决了现有等值建模方法中所存在的精度低和难以实现的问题。首先，采集待建立模型的风电场中的所有双馈风电机组故障前的有功功率、机端电压和风速；其次根据上述参量提取反映桨距角动作的特征向量输入支持向量机分类器，并将其分成三个机群；最后把三个机群分别等效成三台等值双馈风电机组，并计算每台机组的各参数以及等值电缆参数，从而得到一个风电场等值模型。它是一种等值风电机组数目较少、实现较方便、更能准确地反映风电场并网点动态特性的建模方法。适用于大容量风电场的动态等值建模以及大容量风电场对电力系统的影响分析，具有重要的工程应用价值。

主权项

1.基于桨距角动作情况的双馈机组风电场动态等值建模方法，其特征在于它的步骤如下：步骤一：采集待建立模型的风电场中的所有双馈风电机组的故障前有功功率、故障前机端电压和故障前风速；步骤二：根据待建立模型的风电场中的所有双馈风电机组的故障前有功功率、故障前机端电压和故障前风速提取反映桨距角动作的特征向量输入支持向量机分类器，并对所有双馈风电机组进行动态机群分类；将所有双馈风电机组分成三个机群，第一机群为故障前桨距角已动作的双馈风电机组；第二机群为故障前桨距角不动作，且故障期间桨距角动作的双馈风电机组；第三机群为故障前和故障期间桨距角都不动作的双馈风电机组；步骤三：把三个机群分别等效成三台等值双馈风电机组，并计算出每台等值双馈风电机组的各参数以及等值电缆参数，从而得到一个表征三台等值双馈风电机组的风电场等值模型；步骤二中的提取反映桨距角动作的特征向量；桨距角动作，即通过轴系的运动方程得到：公式一公式一中，H为惯性时间常数；T_m、T_e分别为风力机的机械转矩和发电机的电磁转矩；ω_r为风力机转速；由公式一得故障期间的转速为公式二式中，ω_r0为初始转速；下面分别求出初始转速ω_r0、风力机的机械转矩T_m以及发电机的电磁转矩T_e；首先根据步骤一中的故障前的有功功率可得初始转速ω_r0；其次根据步骤一中的故障前风速计算得到风力机的机械转矩T_m，风力发电机组空气动力学模型为：T_m＝0.5ρπR²v_w³C_p(λ，β)/ω_r                  公式三公式三中，ρ为空气密度；R为风机叶轮半径；v_w为故障前风速；λ为叶尖速比；β为桨距角；C_P为叶片的风能利用系数；最后根据步骤一中的故障前的机端电压获得发电机的电磁转矩T_e， 发电机的电磁转矩T_e与输出有功功率的关系为公式四公式四中，s为转差，ω₁为同步转速；p_n为极对数；p_s为输出有功功率；p_e为电磁功率；Ω_r为转子机械角速度；故障期间定子电流A相电流为公式五公式五中，a为定子直流分量的衰减系数；D为电压跌落系数；为短路时的相位角；U_m0为故障前电压幅值；x_s为定子电抗；x_s′为定子暂态电抗；T_r′为转子的瞬态时间常数；发电机的输出功率为p_s＝Du_AOi_A+Du_BOi_B+Du_COi_C                    公式六公式六中，u_AO、u_BO和u_CO分别为故障前A相、B相和C相电压，其中B相、C相的电压和电流可由A相经角度变换得出；＝步骤三所述的每台等值双馈风电机组的各参数包括六个参数，所述六个参数的计算具体过程为；第一个参数，发电机参数公式七公式七中，m为等值前同群的双馈风电机组台数；下标eq表示等值后；S为发电机容量；x₁、x₂分别为发电机定子电抗和转子电抗；r₁、r₂分别为发电机定子电阻和转子电阻；x_m为发电机励磁电抗；第二个参数，轴系参数，H_{g_eq}＝mH_g，H_{t_eq}＝mH_t，K_{s_eq}＝mK_s                公式八公式八中，H_t、H_g分别为风力机和发电机的转子惯性时间常数；K_s为轴系刚度系数；第三个参数，变压器参数，公式九公式九中，S_T为变压器容量；Z_T为变压器阻抗；第四个参数，控制参数，有功功率和无功功率测量模块的等值基准容量为S_eq＝mS                            公式十第五个参数，无功功率控制参考值，公式十一公式十一中，Q_ref为双馈风电机组的无功功率控制参考值；第六个参数，等值风速，第一机群的双馈风电机组等值风速为公式十二第二机群和第三机群的双馈风电机组等值风速均为公式十三公式十三中，f为风速功率曲线的拟合函数；v_i为风速；步骤三中所述的等值电缆参数的计算过程为：风电场有两种结构，分别是干线式接线结构和放射式接线结构；其中放射式接线结构下的等值电缆参数为：若双馈风电机组的功率因数接近1，可得U_k与母线之间的电压差为公式十五式中，U为风电场公共连接点的电压；Z_k为第k条电缆阻抗；P_k为第k台双馈风电机组的输出功率；等值双馈风电机组是由等值前所在机群的第一台到第m台双馈风电机组合并而来，等值前m台双馈风电机组的加权平均电压差为公式十六等值双馈风电机组与母线B之间的电压差为 公式十七由等值前后可得等值电缆的阻抗为公式十八干线式接线结构下的等值电缆参数为：等值双馈风电机组是由等值前所在机群的第一台到第M台双馈风电机组合并而来，等值前M台双馈风电机组的加权平均电压差为公式十九ΔU_k为等值前第K台双馈风电机组与母线B之间的电压差，其计算公式为公式二十等值双馈风电机组与母线B之间的电压差同公式十七由等值前后可得等值电缆的阻抗为公式二十一