风电场多机等值建模研究探讨

风电场多机等值建模研究探讨

蔡振华

湖南城市学院 湖南省益阳市 413000

摘要：随着风电场规模的扩大，风电机组数目急剧增加，对风电场进行等值建模能在保证风电场建模精度的同时有效减少风电场仿真时间，有利于大型风电场并网特性的研究，本文针对大规模风电场的等值建模，探讨了风电场多机等值建模四个基本建模步骤，为风电场的等值研究提供借鉴性依据。

关键词：风电机组，风电场仿真时间，等值建模

引言：风力资源是我国发展潜力最大的可再生能源之一，我国海上风电机组装机容量占总装机容量的比重将从2019年的0.244%提升到2030年的10%左右。风电机组以风电场为单位提供电力能源能有效降低用地面积，高效利用风能，带来可观的经济效益。风力发电、送出和消纳问题的研究都需对风电场进行有效的等值建模，风电机组等值建模可分为单机等值方法和多机等值方法，单机等值方法将风电场表征为一台等值风电机组进行建模，而多机等值方法将风电场表征为多台等值机组。研究表明，多机表征模型相对于单机表征模型，更能精确模拟风电场的暂态、动态特性。

正文：

本文针对风电场的多机等值建模^[1][2]，提出一般性建模的四个基本步骤，即：风电场的聚类分群、同群风机的参数聚合、集电网络等值和风电场等值建模评价指标选取。

风电场的聚类分群是指依据选取的分群指标将风电场内相似特性的机组划分为一群，将该群机组用一台等值风电机组代替^[3]，因此，整个风电场可由几台等值机组表征。聚类分群的优劣取决于机组分群指标的选取及聚类算法的优劣，分群指标有机组的风速，有功，无功功率，机组距离母线的阻抗等指标。考虑风电场尾流效应的机组分群指标选取也有广泛的应用，由于风电场规模的限制，相邻的前后机组间存在叶片对风速的湍流作用，背风机组受风速波动明显，因此，首先选择适合大规模海上风电的尾流效应模型—Jensen 模型，依据风速对该模型进行分析，得出尾流效应的影响范围以及对其影响范围内的影响程度进行分级，求得适合机组分群的尾流效应影响因子也是实用的分群指标。一般而言，多个不同类型的指标之间总存在相互耦合关系，对这些指标进行解耦能剔除相互间的交互影响规律，将解耦后的输出量作为聚类指标更能体现机组间的临近关系。另外，聚类算法的优劣影响风电机组分群的精度，聚类算法中的精度影响因素有距离评价指标的采用及算法的收敛精度，智能聚类算法较传统聚类如K-means聚类算法更优。

同群风机的参数聚合是指将每一群中的机组用一台等值机组替代^[4]，包括动力（风速、风轮及传动链）、电气（发电机）和控制部分（变桨和变流控制器）在内的参数聚合，这些参数聚合方法一般采用加权方法，机组的等值参数能反映该群机组的静态及动态有功无功特性。

集电网络等值是指对风电机组外的参数如线路，馈线，箱式变压器等进行等值^[5]。该等值基于等值后电网公共连接点的电位保持不变原理，采用网络解耦算法，将辐射性网络等值为并联网络，再依据串并联等值方法，将同群机组的并联电路等效为等值机组的串联电路。

风电场等值建模评价指标是对等值后的风电场与原有详细风电场进行精度等的比较^[6]，主要是在正常及故障情况下的有功，无功功率，电压等电气量的比较，采用最大偏移量及误差平方和指标能反映等值后的整体特性。

参考文献

[1] 张元,郝丽丽,戴嘉祺.风电场等值建模研究综述[J].电力系统保护与控制,2015,43(06):138-146.

[2] 李先允,陈小虎,唐国庆.大型风力发电场等值建模研究综述[J].华北电力大学学报,2006(01):42-46.

[3] 宋才华,邓乾.基于人工智能方法的电力系统动态等值的应用研究[J].微型电脑应用,2020,36(01):134-137.

[4] 林俐,赵会龙,陈迎,李丹.风电场建模研究综述[J].现代电力,2014,31(02):1-10.

[5] 孙超强,潘学萍,潘生云,李威,朱玲,陈舒蕴.风电场集电网络等值模型结构分析及参数辨识[J].电力自动化设备,2020,40(10):85-91.

[6] 方力,陆宇烨.基于聚类分析的直驱永磁风电场动态等值研究[J].智慧电力,2019,47(02):29-36.

作者简介：蔡振华，出生年 1985，性别，男，籍贯，湖南益阳，职称：工程师，学位：硕士，研究方向：新能源建模与控制。

本文由湖南省教育厅科学研究项目资助（项目编号18C0856） .