基于聚类分析的双馈机组风电场动态等值模型的研究
大型风电场的等值模型及其改进研究
大型风电场的等值模型及其改进研究李芸;王德林【摘要】随着风电场规模的日趋扩大,其随机变化功率对接入电网的影响也越来越受到重视.风电场并网的仿真研究中,通常将数十台甚至上千台风力发电机等值简化为由几台风电机组成的风电场模型.因此,如何在多方面因素的影响下建立符合实际情况的风电场等值模型极为重要.本文分析了风电场风速的实际状况,运用同调等值法,结合风速产生的尾流效应和时滞效应,对大型风电场中不同型号的双馈风力发电机(DFIG)进行了区域划分,将同一区域的风电机等值为一台风电机.最后,基于Matlab/Simulink仿真平台,验证了在不同风速情况、故障情况下的等值效果,证实了本文等值方法的正确性,为风电场并网研究提供了一种可靠的参考模型.【期刊名称】《电工电能新技术》【年(卷),期】2014(033)007【总页数】7页(P11-17)【关键词】双馈风力发电机;风电场等值;尾流效应;时滞效应【作者】李芸;王德林【作者单位】西南交通大学电气工程学院,四川成都610031;西南交通大学电气工程学院,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】TM910.6由于风速随机性、间歇性和波动性的特点导致风力发电场的输出功率不稳定，风电并网电力系统稳定性分析和控制技术成为当今最主要的问题之一。
该问题由于受到实际生产安全的制约，仅限于在大型电力系统软件中进行仿真实验分析，故风电场仿真与实际情况必须有较强的吻合，需要综合考虑多方面因素的影响。
风电场通常由数十甚至上千的风力发电机构成，直接研究如此庞大的风电系统计算量会非常大。
因此需要根据研究问题不同将风电场等效为单台或若干台风力发电机，从而简化复杂程度，缩短计算时间。
近年来，风电场等值建模的研究有着很大进展。
文献［1-3］总结了近些年风电场等值问题的研究现状，并提出这方面的研究还需要创新与改进。
在参数优化问题上，目前利用最小二乘法和单纯形法［4，5］。
文献［6］验证了不同风向下风电场的模型简化，但没有考虑电力线路的等值方法。
适合电力系统机电模式分析的双馈风电场等值
Ａｇ ｒ ｇ ｔ ｄ Ｍ ｏ ｅ ｆ ＤＦＩ Ｗ ｉ ｒ ｆ ｒ Ｃｒ ｔｃ ｌＥｌｃ ｒ ｍ ｅ ｈａ ｃ ｌ ｇ ｅ ａｅ ｄ ｌｏ Ｇ ｎｄ Ｆａ ｍ ｏ ｉｉ ａ ｅ ｔ ｏ ｃ ｎｉ ａ Ｍ ｏ ａ ｙ ｉ ｎ Ｐｏ ｒ Ｓ ｓ ｅ ｓ ｄｅ Ａｎ ｌ ｓ ｓ ｉ ｗｅ ｙ ｔ ｍ
第 ２ ３卷 第 ２期
２１ ０ １年 ４月
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报
Ｐｒ ｅ ｄｉ ｏｃ ｅ ｎｇｓ ｏ ｈｅＣＳＵ — ｆｔ ＥＰＳＡ
Ｖｏ ｜ ３ Ｎｏ ２ ｌ２ ．
Ａ ｐｒ ． ２０１ １
适 合 电 力 系统 机 电模 式 分 析 的双 馈风 电场 等值
ＨＡＯ ｅ — ａ ，ＹＵ — ｎ Ｚｈ ｎｇ ｈ ｎｇ Ｙｉｘｉ ，ＺＥＮＧ ａ Ｙｕ ｎ （ ． ｙ Ｌａ ｏ ａ ｏ ｙ Ｐｏ ｒ Ｓ ｔ ｍ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ａ １ Ｋｅ ｂ ｒ ｔ ｒ ｗｅ ｙｓ ｅ Ｓ ｍ ｌ ｔｏ ｎｄ Ｃｏｎ ｒ ｌｏ ｉ ｓ ｒ ｆＥｄ ａ ｉ ｎ， ｔ ｏ ＩＭ ｎｉｔ ｙ ｏ ｕｃ ｔｏ
模 型 和 详 细 模 型进 行 机 电 模 式 分 析 ， 者 分 析 结 果 接 近 ， 实 了所 提 等 值 方 法 的 有 效 性 。 二 证 关 键 词 ：电 力 系 统 ； 馈 感 应 发 电 机 ； 电场 等值 ； 扰 动 稳 定 ；低 频 振 荡 双 风 小
基于两步分群法的双馈机组风电场等值建模
基于两步分群法的双馈机组风电场等值建模徐玉琴;刘丹丹【摘要】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.%In order to reduce complexity of simulation model of wind farm while ensuring accuracy,and considering wake effect and different control methods in actual wind farm,a two-step clustering method based on Analytic Hierarchy Process is proposed.Both initial operating point and dynamic behavior are considered in this method.Firstly,the input wind speed is calculated under the influence of wake effect.The first step clusters the DFIGs according to pitch angle action situation,and the second step re-clusters the DFIGs by their dynamic characteristics according to disturbed curves of rotor current.Then parameters of equivalent wind turbine generators and collecting power lines are derived respectively to ensure power output characteristics and voltage difference constant.Thus a multi-machine equivalent model of wind farm is obtained.Finally the proposed equivalent method is validated by simulation results.【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】7页(P108-114)【关键词】双馈风电机组;风电场;两步分群;输入风速;动态特性【作者】徐玉琴;刘丹丹【作者单位】华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003;华北电力大学电气与电子工程学院,河北保定071003【正文语种】中文风电并网改变了系统潮流分布进而影响系统稳定，在风电场规划阶段对其并网造成的影响进行仿真分析尤为重要。
一种等值方法的摘要
一种含双馈风电机组的大型风电场动态等值方法,包括如下步骤：步骤a：读入各风机的输入数据,包括：风机的模型参数；风机的输入风速；风机的风功率特性；所研究的扰动信息：风速扰动或电气故障；步骤b：根据各风机输入风速的特性对风机进行分群,同群的风机被等值在一起,计算等值机的输入风速；步骤c：输出风电场动态等值的计算结果,包括：风机的分群信息；等值机的模型参数；等值机的输入风速曲线。
本发明的有益效果如下：本发明充分考虑了风机输入风速对等值计算的影响,并根据输入风速的特性来对风机进行分群,从而提高了等值计算的精度。
本发明公布一种基于机械及电气动态特性的变速双馈风电场分群等值方法。
首先,对含风电场系统进行快速初始化,确定初始运行点,根据选用双馈风电机的型号,通过离线计算确定风电机暂态电动势动态特性发生显著变化的风速上、下界,将风电机分为3群。
然后,将同群双馈风电机分别通过复变比变压器连接到一等效双馈风电机节点,将风电场中的联络母线、负荷母线、等值过程中增加的暂态内电势母线、移相变压器进行消去处理,得出等值网络。
接着,根据风电机等效电路的连接关系及输出机械功率不变的原则,推导出等效风电机参数及等效风速。
本发明综合考虑了双馈风力发电机的机电动态相似程度,特别适用于连接复杂、风速差异较大的风电场精确等值运算。
风速波动下定速风电机组风电场的变参数电容补偿等值建模方法。
它属风力发电技术领域。
它解决了风速波动下传统等值方法建立的等值模型存在无功功率误差的缺点,以及现有变参数补偿的方法的等值模型中变参数电容难以计算的问题。
本发明利用变参数电容补偿等值前后的无功功率误差,分别针对两种机端无功补偿方式,给出变参数电容的计算方法,将风速波动下风电场模型等值成一台定速风电机组。
适用于风速波动下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。
利用本发明得到的风电场等值模型可应用于风电场并网问题的研究,如风电功率凋度与平衡、风速波动下频率稳定问题、风电场静态电压稳定分析以及风电场接入系统的规划与设计本发明公开了一种考虑风电场输入风速、风向随机波动、风电机组间尾流效应及风电场内电网络等因素建立风电场随机模型的方法。
基于MATLAB的双馈风力发电机组动态特性分析
的双馈风力发电机组1 阵风风速下风电机组输出特性变化曲线设VWB为恒定风速，表示风速模型的平均速度，设为阵风风速，描述风速突然变化的特性，其数学模型如公式（1),t1G表示阵风的开始时间，tG的持续时间.VG max表示阵风的最大值，t时间，设VWR为渐变风速，描述风速的渐变特性，其数2 恒定风速下风电机组输出特性变化曲线故障运行时风电机组输出特性仿真采用失效模式设定了单相短路，设定1s路，1.2s内排除，模拟起始点0s，2s。
通过模拟单相短路故障时风电机组输出特性曲线可以看出，当发生电网单相故障时，风电机组的出口电压降低，出口电流增大，但是变化幅度都较小。
风电机组的输出有功功率和无功功率也会出现少许的波动。
故障清除后，风电机组为了使端电压恢复到给定值需要从电网中吸收无功功率，恢复速度相对较快。
采用模式中的失效模式设定三相的短路，设定1s内出现三相短路，3 单相短路故障时风电机组输出特性变化曲线4 单相短路故障时风电机组输出特性变化曲线总结分析在风速为常数的情况下，该双馈风电机组的输出电压及输出功率均为常数。
在双馈风扇机组中，在风速波动时，其输出电压几乎不变，而其输出功率则会随风速的改变而改变。
在电网发生单相干短路时，可使系统的输出电压下降，并使其具有较低的有功、无功等方面的功率变化，一旦排除了这些问题，就可以相对快速地回到原来的运行。
在网络发生三相短路时，风电场的输出电压会急剧下降，而其输出的有功也会随之减少，并且为电力系统输送了大量的无功，从而使风电场在排除了这些问题后，重新回到原来运行的时间要长一些。
MATLAB技术在双馈风力发电机组动态特性分析的方法分析首先，对风轮、传动系统、变桨执行机构、发电机进行了建模，建立了风轮、传动系统、变桨执行机构和发电机的数学建模，建立了系统的模型，通过。
基于改进型K-均值算法的双馈风电场暂态等值研究
摘 要 ：针对 ＤＦＩＧ风 电场单机等值精度较差问题 ，建立 了一种基 于改进型 Ｋ一均值算法 的多机暂态等值模 型 ，用来提高等值精度 。首先选取 能够 反映风机 暂态 运行 点的主导状态变量作 为划分指标 ，并依此进行 多机等 值 ；然后 ，运用加权容量法对 ＤＦＩＧ等值机相关参数进行计算 。最后 ，对 比了等值模 型与详细模 型在相 同故 障扰 动时的特性曲线 ，结果验证 了等值方案的有效 性。 关键词 ：风电场 ；ＤＦＩＧ；分群指标 ；改进型 Ｋ一均值算法 ；暂态等值 中图 分 类 号 ：ＴＫ８１ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １６７１—５２９２（２０１８）０５—０７１９—０７
０ 前言 随着 风 电技术 的发 展 ，电 网 中风 电 的渗 透 率
逐 渐升 高 。风 电的 不稳 定 性会 影 响 电力 系统 ，因 此 ，须要 搭 建 和 实际 风 电机 组 暂 态运 行 特 性 一 致 的详 细模 型Ｉ】１ｊ．『２１。
目前 ．风机暂 态过 程等值计算成为研究 热 点 。 由于 ＤＦＩＧ机组 中每 台风机 所 受 到 的风 速 不 相 同，因此 ．用一 台风机代替整个风 电场 的运行 状 态 ，其精 度不 高１４１。文 献［５卜［８］利用 单 一指标 （风 速 、转子 转 速 、桨 距角 及 尾 流效 应 ）对 机 组 进 行 多 机暂态等值 ，但单一状态量并不能准确反映 ＤＦＩＧ 机 组短 暂 的 电磁 暂 态过程 。文 献［９】提取 风机 暂态 运 行 时 的 １３个 状 态 变量 作 为 分群 指 标 进 行 多机 等值 ，此方法需要对风机运行 中的众多变量进行 大规模 运算 ，不 太适 用 于风 电场集 群 。文献 ［１Ｏ】利 用 谱 分析 聚类 法 ，对 某一 时 间段 内风 机 输 出 有 功 无 功 序 列 的相 似度 进 行 分群 ，计 算 方法 复 杂 ，不 具 有普 适性 。
基于RT-LAB的双馈风电场动态建模
基于RT-LAB的双馈风电场动态建模董建政;李征;蔡旭【期刊名称】《电力系统保护与控制》【年(卷),期】2015(000)007【摘要】风电场动态等值模型需要与风电场动态详细模型进行比较，以评估其等值效果。
RT-LAB 仿真平台具有强大的计算能力，能保证大规模风电场模型的仿真计算。
在RT-LAB仿真平台上建立了包含48台2 MW双馈机组的风电场动态详细模型，研究了双馈机组空载并网前后控制策略、电机模型及其切换。
对风电场按最大功率跟踪控制发电和按调度指令发电以及机组并网、解列的工况进行了仿真分析。
结果表明该模型能较好地反映风电场动态特性，对风电场动态等值模型的评估以及风电场控制器的开发具有重要意义。
%Wind farm dynamic equivalent model should be compared with its detailed model for effect evaluation. RT-LAB simulation platform with powerful computing capability can ensure simulation of large-scale wind farm. A dynamic detailed wind farm model consisting of 48 units of 2 MW doubly-fed induction generators (DFIG) is established on the platform. The motor models and control strategies for idle load grid-connection are studied. Wind farm operating scenarios such as maximum power point tracking (MPPT), power dispatching, grid-connection and cutting-off are simulated. The results show that the model can reflect the dynamic characteristics of the wind farm. It is useful for the evaluation of dynamic equivalent model and the development of wind farm controllers. This work is supported by National High-tech R & DProgram of China (863 Program) (No. 2011AA05A104) and Shanghai Science Fund (No. 11dz1200204).【总页数】7页(P83-89)【作者】董建政;李征;蔡旭【作者单位】上海交通大学风力发电研究中心，上海 200240;上海交通大学风力发电研究中心，上海 200240;上海交通大学风力发电研究中心，上海 200240; 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240【正文语种】中文【中图分类】TM614【相关文献】1.基于运行数据和支持向量机的风电场动态建模 [J], 詹仲强;陈洁;黄净;郭志;苏元鹏2.基于RT-LAB的双馈风电机组建模与仿真 [J], 王立强;曹斌;王琪;赵永飞;郭凯;张秀琦3.基于数据驱动的双馈风电场经VSC-HVDC并网次同步振荡影响因素分析 [J], 徐鑫裕;边晓燕;张骞;常喜强;黄阮明;孙开宁4.基于RTDS的风电场AVC系统动态建模研究 [J], 王浩5.基于主导变量阻尼控制的双馈风电场次同步振荡抑制 [J], 韩平平;王欢;王希;崔晓丹;吴家龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
双馈发电机简化动态模型及在风电系统中应用
%
引言
双馈发电机又称交流励磁发电机 ! 其结构与绕 线式异步电动机相同 & 双馈发电机可吸收和发出无 功功率 ! 为系统无功功率和电压调节提供有效手段 # 能 变 速 运 行!提 高 能 量 转 化 效 率#而 且 在 转 速 变 化 时 ! 输出电压和频率可维持不变 & 因此 ! 双馈发电机 在船用轴带发电 ! 风能发电 ’ 潮汐发电和余热发电有 很好的技术优势 )!!"*& 关于双馈电机动态数学模型方面 !主要包括 # 种 类型即 !!"!# 坐标系下的模型 #$ !%!% 坐标系下的模 型 #涉 及 " 种 坐 标 系 统 的 混 合 模 型 & 目 前 !国 内 学 者 研究分析 双 馈 电 机 所 采 用 的 动 态 模 型 一 般 为 $ ! %!% 坐标系统下的基本磁链方程和电压方程 )# )1*& 无 论采用那种坐标系统 ! 以基本磁链方程和电压方程 作为双馈电机动态模型 ! 分析其转速在一定范围内 变化的电机动态特性 ! 无疑数学模型都过于复杂 ! 不 利于仿真系统的实现 ! 同时 ! 随着双馈电机应用领域 的不断扩展 ! 包含双馈电机的大型相关系统的研究 迫切需要能正确反映双馈电机动态特性且比较简单 明了的动态数学模型 & 这方面 ! 国外学者已取得了 一些成果 & 文 献 )& * 从 电 机 运 行 机 理 出 发 ! 根 据 磁 链 ’ 电 势 ’ 电流关系和派克变换推导了 +$!%!% , 坐标系统的 双馈电机 # 阶机电暂态模型 & 该模型是建立在 $ 轴 超前 % 轴 0%* 的坐标系统中 !并以电机暂态电势为状
!" % 从电机基本原理出发 !在定子旋转磁场坐标下 ! 建立了由转子励磁电压双轴分量及发电机输 入的机械转矩为控制变量的双馈发电机简化 # 阶动态模型 & 该模型简洁 ’ 明确 ’ 能较准确地描述发 电机动态特性 ! 易于数字仿真的实现 & 同时 ! 根据所建模型及 )*+,*- 软件 ! 详细比较了双馈发电机
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机 组 风 电 场 并 网 点 的 动 态特 性 。
关 键 词 ：双 馈 风 力发 电机 ； 暂 态 电 压 ；风 电 ；聚 类 分 群 方 法 ；动 态等 值
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｍ６ １ ４ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ７— ２ ６ ９ １（ ２ ０ １ ３ ）Ｏ ３— ０ ０ ０ １ — ０ ５
ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ ． １ ０ ０ ７— ２ ６ ９ １ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ ０ １
基 于聚 类分 析 的双 馈 机 组风 电场 动 态 等 值 模 型 的研 究
徐 玉 琴 ，王 娜
（ 华 北 电力 大学 电气 与 电子 工 程 学 院 ，河 北 保 定 ０ ７ １ ０ ０ ３ ） 摘 要 ：针 对 大 型 双 馈机 组 风 电场 ，提 出一 种 新 的动 态等 效 建模 方 法 。 该 方 法是 一 种 基 于 双馈 风 力发 电 机 暂 态
电压 特 性 的 聚 类 分 群 方 法 ，即根 据 风 电场 内各 双 馈 发 电机 受 系统 故 障 影 响 程 度 的 不 同 ，识 别 出 电 压 的 动 态响
应 行 为相 近 的 风 力 发 电 机 ，并 对 分 群 后 的 双 馈 发 电机 及 其 电 气接 线 系统进 行 等值 聚 合 ， 实现 了双 馈 机 组 风 电 场 的 动 态 等值 多机 表征 。 利 用 电 力 系统 分 析 综 合 程 序 （ Ｐ Ｓ Ａ Ｓ Ｐ ６ ． ２ ） ，搭 建 了双 馈 机 组 风 电场 详 细模 型和 等值 模 型 ，并 与传 统 的 单机 等值 模 型 进 行 了比 较 分 析 。结 果 表 明 ，所 建 立 的 多机 等 值 模 型 能 够较 准 确 地 反 映 双 馈
第４ ０卷 第 ３期
２ ０ １ ３年 ５月
华 北 电 力 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｎｏ ｔ ｒ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ３ Ｍａ ｙ， ２ ０１ ３
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｗｉ ｎ ｄ ｆ ａ ｒ ｍｓ ｗｉ ｔ ｈ
ＤＦＩ Ｇ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｓ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ