基于改进模糊C均值聚类和MPSO的风电场等值研究

为了提高双馈风电场等值模型的精准度,提出了一种双馈风电场等值建模方法。首先选取能表征各个机组运行状态的特征状态变量矩阵作为分群指标,采用改进模糊C均值聚类算法进行机群划分;然后基于全局最优位置变异粒子群算法对等值机模型的参数进行辨识,将同群的机组等值成一台风机。利用DIgSILENT/PowerFactory平台进行仿真建模,对风电场发生风速阶跃变化和三相短路故障2种状态进行仿真,仿真结果表明,该等值模型与详细模型的动态特性基本一致,比传统的单机等值模型更适合表征双馈风电场的工况。     

计及Crowbar状态改进识别的双馈风电场等值建模方法

故障过程中双馈风机Crowbar投入与不投入的暂态响应特性差异明显,因而在风电场等值中场内机组Crowbar状态是一个良好的机群划分指标。然而,双馈风电场与单台机组间故障特性的差异性,使得现有采用单机模型来识别场内机组Crowbar状态的方法存在识别不准确的问题,从而降低风电场等值建模精度。为此,该文提出一种计及Crowbar状态改进识别的双馈风电场等值建模方法。通过分析风电场故障特性,构建Crowbar状态特征向量;收集风电场各工况下的样本数据,建立基于支持向量机(support vector machine,SVM)的识别模型。在新工况下,依次以Crowbar状态识别结果和输入风速为分群指标对场内机组进行机群划分,从而建立风电场等值模型。仿真算例结果表明,该文提出的基于SVM的Crowbar状态识别方法在各个故障场景下相较于传统方法均有较好的识别效果,所建立的等值模型与详细模型故障暂态特性十分吻合,等值方法合理有效。     

基于聚类算法的风电场动态等值

风电机组在实际运行时,受尾流效应等因素影响,运行状态并不相同。为提高风电场实际运行模型的精度,提出了一种适用于双馈式风力发电机的动态等值建模方法。它将风电机组的状态变量矩阵作为分群指标,利用聚类算法将矩阵中的数据进行分群,将同群的风电机组等值成为一台风力发电机,实现了风电场的动态等值。利用PSD/BPA平台,对系统侧故障与风速变化2种情况仿真,并与传统等值方法及风电场详细模型对比。仿真结果表明,采用仿真过程中的状态变量作为分群指标是合理的,该模型与详细模型的动态特性基本一致,可以用来描述风电场的实际运行状态。     

风电场等值建模研究综述

随着风电场规模的不断增大,对风电场中每台风机建模将造成计算量过大,不利于大型风电场的研究,需要对风电场进行等值化简。对双馈感应风机和直驱永磁同步风机两种当前热门机型的建模进行概述,同时介绍了潮流计算中风电场的处理方法,并对风电系统的等值进行了综述,包括风速的等值、风电场的分群、同群风机的等值方法、常用的参数优化算法及其对等值的影响。最后综述了含单一主流机型风电场通常采用的等值方法,并指出随着不同机型并存的大型混合风电场的增多,混合风电场等值建模研究的必要性及研究趋势。     

风电场等值建模研究综述

随着风电场规模的不断增大,对风电场中每台风机建模将造成计算量过大,不利于大型风电场的研究,需要对风电场进行等值化简.对双馈感应风机和直驱永磁同步风机两种当前热门机型的建模进行概述,同时介绍了潮流计算中风电场的处理方法,并对风电系统的等值进行了综述,包括风速的等值、风电场的分群、同群风机的等值方法、常用的参数优化算法及其对等值的影响.最后综述了含单一主流机型风电场通常采用的等值方法,并指出随着不同机型并存的大型混合风电场的增多,混合风电场等值建模研究的必要性及研究趋势.     

关于双馈风电场动态等值的认识和探讨

以双馈风电机组为例,对不同风速下机组的暂态响应特性进行了模拟分析,发现和解析了一些有意义的现象,并以此为基础对双馈风电场动态等值的相关问题进行了研究和探讨。研究表明:低风速机组在暂态过程中存在明显的有功消耗现象,使其在风电场动态等值中不宜忽略;工作于不同风速下的风电机组,其有功功率和电流暂态响应曲线在幅值大小、波动程度及响应速度方面呈现出非线性差异,导致分群数多但等值效果可能变差;工作于恒转速区和恒功率区的风电机组,其有功功率和电流暂态响应曲线的聚群特性,使其可以合为一群;大型风电场集电线路较长且接线复杂,基于功率损耗相等原则得到的等值阻抗,不能保证暂态过程中的一致性,因此应加强集电网络阻抗动态特性方面的研究。     

基于戴维南电路的双馈风电场动态等值方法

根据双馈感应发电机(DFIG)的3阶简化动力学模型,提出了基于戴维南电路的双馈风电场等值方法。首先,根据风电机组的功率—转速特性对含风电场的电力系统进行快速潮流计算,确定各DFIG的初始运行点,应用离线计算确定DFIG暂态内电势动态特性发生显著变化时所对应的风速上、下界,据此将DFIG分群;接着,通过理想变压器将同群DFIG戴维南等效电路中的暂态内电势节点移置到公共等效母线上,并借鉴同步发电机参数聚合方法求取等效风电机组电气参数,按照总机械功率不变的原则,在设定的等效风电机组功率—转速特性基础上,推导出等效注入风速及等效机转速;最后,进行网络化简,消去移相变压器及其他联络节点,得出等效DFIG与公共连接点之间的电气连接。对6机双馈风电场算例的仿真表明:单机等值方案稳态精度较好,但动态误差偏大;按照DFIG机电暂态特性分群的3机等值模型兼具较高的稳态与动态精度,能较好地适用于内部连接复杂且注入风速相差较大的风电场。     

基于尾流效应的双馈式风电场动态等值模型研究

针对风电机组间尾流效应对风电场并网点输出特性有较大的影响及常用的风电场单机等值模型误差大的问题,提出了考虑尾流效应的多机等值风电场动态等值模型。该方法计及Jensen模型作为风电场划分判据,将各组群进行独立等效。最后以电磁暂态仿真软件PSCAD／EMTDC为分析平台,搭建了双馈风电场详细模型和两种等值模型。通过比较风速波动情况下和故障情况下风电场等值模型与详细模型的并网点输出特性,验证了所提方法的准确性和适用性。     

基于DIgSILENT的风电场等值建模研究

本文针对实际风电场运行条件复杂、运行工况动态变化等特点,提出了一种基于马氏距离的模糊聚类算法对风电场进行等值建模的方法。以风电场在不同风况下、季节变化时间段内所采集的实测风速-功率数据作为分群指标进行机群聚类划分,将同群的风电机组等值成一台机组并在DIgSILENT和其Matlab接口下实现风电场的动态等值建模。仿真结果表明,该等值模型在风速波动时和高压侧线路故障的情况下,风电场并网点的有功、无功变化与实测数据曲线的动态变化基本一致,可用于含双馈风电机组的风电场接入电力系统时的稳定性分析。     

基于IGWO-K-means的风电场动态等值建模

风电场等值建模是分析风电系统的前提和基础,为了提高风电场动态等值建模精度,降低等值难度,本文基于风(风速和风向)、风机本体、风电输出效果和风机工作环境等4个方面,从内蒙古某风电场24台机组实际采样的运行数据中选取了14个变量作为分群指标,全面描述了风电场特性。其次提出了收敛因子非线性策略和动态参考率策略两个控制策略,改进了灰狼优化算法(GWO),并结合K-means聚类算法寻找最佳聚类中心,输出聚类结果,建立风电场动态等值模型。最后在MATLAB/Simulink平台上建立风电场聚类模型,验证该模型的可行性。结果表明,该方法提高了风电场等值建模的精度,能够更好地描述风电场的动态特性。     

计及风机不同控制方式的新能源场站等值建模研究*

大规模新能源场站的各台风机在实际运行中会受到尾流效应的影响,单独使用风速作为分群指标不能准确地表示新能源场站的运行特性。为此,提出一种适用于双馈风机和直驱风机构成的新能源场站的动态等值建模方法。选取能够表示双馈风机和直驱风机不同运行状态的风速、桨距角、有功功率和转速作为综合分群指标,提出采用PSO粒子群改进算法与DBSCAN相结合的优化聚类算法。利用PSCAD/EMTDC仿真软件,对波动风速和电网侧故障2种工况进行仿真,与单机等值模型和详细模型对比,随后与传统的K均值聚类算法对比,结果表明综合分群指标和优化聚类算法能更好地提升等值建模精度,可以用来表示新能源场站的实际运行特性。     

基于两步分群法的双馈机组风电场等值建模

为了在保证风机等值精度的基础上降低风电场仿真模型的复杂度,考虑到实际风电场内尾流效应及风机控制方式不同的情况,借鉴层次分析法的思想提出了两步分群法。该方法综合考虑了风机初始运行点以及动态特性。首先考虑风电机组间尾流效应计算输入风速,根据机组桨距角动作情况进行初次分群,通过转子电流受扰曲线识别动态特性相近的风机实现再次分群。然后在保证风电机组功率输出特性和电压差恒定的基础上,进行风机和集电线路参数等值,得到风电场多机等值模型。最后通过仿真验证了所述方法的合理性。     

主导模态保持的风电场站自适应等值方法

局部区域中风机密集并网导致模型稳定分析困难,而传统单机等值难以有效保留系统动态特性,针对这一问题,文中从小干扰稳定角度提出一种主导模态保持的风电场站自适应等值方法.首先,将机组的小干扰阻抗模型折算到外电网回路并解耦,以实现数学形式上机组动态的分离;其次,根据主导模态下设备侧特征根和单馈入系统对应特征值的大小关系,确定该模态下机组的分群与聚合;最后,计算等值参数,构建等值网络.该方法在不同频段下保留的机组数目不同,有效保持了等值前后系统主导模态不变,MATLAB/Simulink平台上的仿真结果验证了该等值方法的合理性.     

风电接入对继电保护的影响(二)——双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机(DFIG)风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD/EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。     

直驱式风电场并网动态等值研究

随着直驱式风力发电机在电网中的比例增加,研究其精确的动态等值模型越来越重要。根据直驱式风力发电机的输出特性,提出了基于风速分群的多机等值方法。在等值计算中,考虑了直驱式风电机组并网时变压器和集电线路对等值效果的影响,并计及了尾流效应对风机输入风速的影响。所提等值方法适合于直驱式风电场并网的分析计算,具有实际工程的应用价值。     

风电场同调动态等值研究

以往在对双馈风电机组进行同调判别时,常将发电机端口的有功功率及无功功率受扰轨线作为观测量。但由于有功功率及无功功率不是系统的状态量,将其作为同调判别的观测量可能带来一定误差。基于同步发电机及异步电动机的同调判别方法,指出应选择主导模式中参与因子较大的状态量作为观测量。即基于特征根技术,提出双馈风电机组的同调判别应以转子电流为观测量。同时,还提出综合风电机组初始运行点及动态特性的两步分群方法,即先根据风电机组的初始风速进行首次分群,然后基于风电机组的动态特性再次分群。该方法不仅能够较准确地估算等值机的等效风速,还可以使等值系统的动态特性与原系统尽可能一致。最后通过仿真算例验证了所提方法的可行性。     

电网短路故障对并网双馈风电场的影响

分析了电网发生短路故障对并网运行风电场的影响。从双馈风电机组的单机模型出发,研究了由双馈风电机组构成的风电场单机等值方法。在仿真软件EMTP-RV中搭建了包含双馈风电机组构成的风电场电力系统模型。分析了电网发生三相接地短路和单相接地短路故障时,风电场的有功功率和无功功率输出特性、并网公共连接点母线电压波动以及系统频率等暂态变化。研究结果对未来风力发电工程的建设有参考价值。     

双馈异步发电机风电场聚合模型研究

提出了一种风电场内输入风速不同的多台风电机组的单机等值建模方法。在机组参数相同的条件下,以风电场的有功功率及无功功率输出、动能的变化率、传动链损耗保持不变为原则,对机组的风轮、传动链、发电系统及主控系统进行等值变换,给出了相关参数的计算方法,同时给出了等值风速的计算方法。以“在公共连接点短路阻抗相等”为原则,对风电场内的电力网络进行单阻抗等效。建立了包含4台参数相同的2 MW双馈风电机组风电场详细模型和相应的等值模型,通过仿真分析分别对比这2种模型在随机风速和电网故障情况下的输出特性。结果表明,该方法得到的等值聚合模型具有很高的精度,适用于具有相同参数双馈风电机组的风电场建模。     

（二）双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机（DFIG）风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD／EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。（详见2013年第33卷第2期）     

（二）双馈式风电场电磁暂态等值建模研究

提出建立双馈式感应发电机（DFIG）风电场多机等值方案。考虑到DFIG风机短路故障条件下投入转子Crowbar保护后,短路电流与转子实时转速相关的特点,提出以短路故障前瞬间的风机转子转速值作为DFIG风机分群的指标,以准则函数E收敛后得到的值最小为分群标准,采用K-means算法将具有相近指标的机组分到同一机群中。针对单个机群中可能存在多种型号DFIG风机的情况,采用基于容量加权的参数聚合法,计算等值风电机组转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数和箱式变压器参数。在PSCAD／EMTDC平台上建立DFIG风电场详细模型及其等值模型,仿真结果表明在相同故障条件下,风电场等值模型的故障电流能够很好地拟合详细模型。（详见2013年第33卷第2期）