華北電力大學-電力行業(yè)：風電場聚合等值模型在振蕩研究中的保真度評價

風電場聚合等值模型在振蕩研究中的保真度評價2023年5月匯報提綱3結(jié)論第2頁共32頁風電、光伏等新能源快速發(fā)展。截至2022年底，我國風電新增裝機容量37.63GW,累計裝機容量365GW,占全球風機裝機全球及中國累計風電裝機容量■煤電；■氣電；■核電；生物質(zhì)發(fā)電；■常規(guī)水電；■風電；■太陽能發(fā)電；■新型儲能；■抽水蓄能零碳情景下2020-2060年電源裝機結(jié)構(gòu)[1]第3頁共32頁以風電場為例，近年來次/超同步以及高頻振蕩現(xiàn)象頻發(fā)，造成新能源脫網(wǎng)、多樣化電力電子設(shè)備交互作用時間地點風電場振蕩現(xiàn)象第4頁共32頁第5頁共32頁合理聚合等值是大規(guī)模風電場振蕩機理分析的關(guān)鍵合理聚合等值是大規(guī)模風電場振蕩機理分析的關(guān)鍵二拗線路30MW等值風電機組電纜架空線2主變壓器240MVA,230/37.SkV12線路14線路#16線路單臺直驅(qū)風機結(jié)構(gòu)冀北某風電場拓撲(238臺風機)鏈路鏈路鏈路風電場內(nèi)部尾流效應(yīng)鏈路鏈路鏈路風電場內(nèi)部尾流效應(yīng)聚合等值模型能否保留原系統(tǒng)的振蕩特征空間分布導(dǎo)致不同風電場片區(qū)的風功率存在差異；尾流效應(yīng)導(dǎo)致同一片區(qū)內(nèi)不同機組風功率存在差異；機組供應(yīng)廠商不同導(dǎo)致機組型號、控制系統(tǒng)存在差異；■220kV型22_第6頁風機分群聚類：基于風功率分群、基于排列地理位置分群等。等值風機風速：擬合出實測風速-功率曲線，以等值前后功率相等等值風機參數(shù)：最常用的方法是容量加權(quán)法，以風機容量為權(quán)重，第7頁共32頁1.3保真度評價思路根據(jù)研究對象對風電場進行不同詳細程度的等值提取振蕩的主導(dǎo)因素選取評價指標對等值模型進行保真度評價保真度保真度第8頁共32頁匯報提綱3結(jié)論第9頁共32頁第10頁共32頁第11頁共32頁交灌系統(tǒng)游陷等值機組鏈路3鏈路。等值機組等值機組等值機等值機組交灌系統(tǒng)游陷等值機組鏈路3鏈路。等值機組等值機組等值機等值機組直驅(qū)風電場次同步振蕩影響因素②詳細風電場模型旌略?等值機組等值線路4機聚合模型單機聚合模型解決思路解決思路第12頁共32頁(1(1)風功率差異性對聚合模型次同步模態(tài)特征的影響案例1:尾流效應(yīng)使得不同鏈路上風機功率存在差異聚合模型次同步模態(tài)根軌跡。同一鏈路風機功率相同第13頁共32頁(1)風功率差異性對聚合模型次同步模態(tài)特征的影響(1)風功率差異性對聚合模型次同步模態(tài)特征的影響案例1:尾流效應(yīng)使得不同鏈路上風機功率存在差異基于根軌跡曲線得到頻率和阻尼比特征，采用數(shù)值和趨勢相似度分別對其進行評價。風功率差異頻率相似度%數(shù)值趨勢綜合單機模型2機模型4機模型6機模型(基準)風功率差異數(shù)值趨勢綜合單機模型2機模型4機模型16機模型(基準)結(jié)論：考慮鏈路間尾流效應(yīng)導(dǎo)致的功率差異時，等值模型次同步模態(tài)頻率、阻尼比保真度較高。(1)風功率差異性對聚合模型次同步模態(tài)特征的影響案例2:尾流效應(yīng)使得同一鏈路上風機功率存在差異風功率差異頻率相似度%數(shù)值趨勢綜合風功率差異阻尼比相似度%數(shù)值趨勢綜合2機模型4機模型16機模型(基準)97.5297.52第15頁共32頁不同鏈路控制參數(shù)依次增大外環(huán)參數(shù)差異數(shù)值趨勢不同鏈路控制參數(shù)依次增大外環(huán)參數(shù)差異數(shù)值趨勢綜合單機模型2機模型4機模型16機模型(基準)案例3:直流電壓外環(huán)參數(shù)差異性對等值模型保真度的影響外環(huán)參數(shù)差異數(shù)值趨勢綜合單機模型2機模型4機模型16機模型(基準)98.3498.6899.25第16頁共32頁鎖相環(huán)參數(shù)差異阻尼比相似度%數(shù)值趨勢綜合單機模型98.2874.63鎖相環(huán)參數(shù)差異阻尼比相似度%數(shù)值趨勢綜合單機模型98.2874.6386.462機模型4機模型16機模型(基準)(2(2)控制參數(shù)差異性對聚合模型次同步模態(tài)特征的影響案例4:鎖相環(huán)、電流內(nèi)環(huán)參數(shù)差異性對等值模型保真度的影響考慮不同鏈路風機控制參數(shù)依次增大△Kp。參數(shù)差異△Kp從0逐漸增大到50%初始參數(shù)。頻率相似度%鎖相環(huán)參數(shù)差異數(shù)值趨勢綜合單機模型2機模型4機模型16機模型(基準)內(nèi)環(huán)參數(shù)差異單機模型2機模型4機模型16機模型(基準)內(nèi)環(huán)參數(shù)差異數(shù)值趨勢綜合數(shù)值趨勢綜合單機模型2機模型4機模型16機模型(基準)內(nèi)環(huán)參數(shù)差異對等值模型保真度的影響實軸第17頁共32頁數(shù)值趨勢綜合數(shù)值趨勢綜合數(shù)值趨勢綜合數(shù)值趨勢綜合單機模型2機模型4機模型16機模型(基準)數(shù)值趨勢綜合數(shù)值趨勢綜合數(shù)值趨勢綜合數(shù)值趨勢綜合單機模型2機模型4機模型16機模型(基準)99.1299.8099.9998.51 聚合模型下次同步模態(tài)的阻尼比保真度低于頻率保真度；不同鏈路風機參數(shù)不一致時，多條鏈路等值后控制參數(shù)差異對保真度的影響要高于尾流效應(yīng)，其中直流電壓外環(huán)、鎖相環(huán)比例系數(shù)影響較大。第18頁共32頁第19頁共32頁第20頁共32頁2.2等值模型在高頻振蕩研究中的保真度評價D-Team雙饋風電場模型雙饋風電場模型A振蕩現(xiàn)象。LlW43WI44Wr45T8ls?lsTsTn1;I7uInWTsoWT53WTs4WTs54W?WT6Wi49第21頁共32頁在研究集電線路、濾波器、控制參數(shù)等對等值高頻阻抗特性保真度的影響時，鏈路1中15臺風機均建模，其余三條鏈路分別等值為1臺30MW風電機組。在研究不同等值/分群方法對保真度的影響時，對4條鏈路60臺風機均建模。線路(電纜)高頻振蕩現(xiàn)象。由于功率外環(huán)和電壓外環(huán)的控制帶寬一般低于100Hz,對于高頻影響很小，由于風電場內(nèi)集電線路小于5公里，在滿足精度需求下，集電線路采用單個π互聯(lián)系統(tǒng)(SVG+交流)掃頻與理論阻抗對比第22頁共32頁第23頁共32頁案例案例 第24頁共32頁濾波器電感/mH濾波器電感/mH(2)濾波器與控制參數(shù)的影響(2)濾波器與控制參數(shù)的影響單一參數(shù)及多參數(shù)存在偏差的影響控制鏈路延時為200μs,考慮±10%以內(nèi)服從正態(tài)分布的偏差；濾波電感為0.4mH,考慮±0.2%~±0.5%以內(nèi)服從正態(tài)分布的偏差；濾波電容為501.3μF,考慮-5%~10%以內(nèi)服從正態(tài)分布的偏差；設(shè)置鏈路1中15臺風電機組電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)存在偏差。風電機組編號第25頁共32頁第26頁共32頁相位()相位()(2)濾波器與控制參數(shù)的影響(2)濾波器與控制參數(shù)的影響 案例忽略風電機組間集電線路考慮風電機組間集電線路振蕩頻率相對誤差高頻段相位RMSE振蕩頻率相對誤差高頻段相位RMSE在高頻振蕩研究中，風電機組間集電線路對等值阻抗特性的保真度影響較大，等值需考慮集電線路的影響；風電機組之間的控制延時、電流內(nèi)環(huán)比例系數(shù)、濾波器參數(shù)差異對風電場等值高頻阻抗特性的保真度影響較小。[1]甘繁欣，郭春義，程浩，譚尚晨，杜東冶.雙饋風電場等值阻抗模型在高頻振蕩研究中的適用性分析與評價[J/OL].中國電機工程學報：1-14[2023-05-05].第27頁共32頁擺第28頁共32頁(4)不同分群聚類方法對高頻阻抗特性保真度的影響風速設(shè)置情況分群結(jié)果機群2機群3 機群1機群2機群31~4、16~20、31~34、46~475~9、21~24、35、48~5110~11、25~27、36~40、52~5512~15、28~30、41~45、56~60機群1機群2機群346~60第29頁共32頁2.2等值模型在高頻振蕩研究中的保真度評價D-(4)不同分群聚類方法對高頻阻抗特性保真度的影響CC電場高頻阻抗特性誤差相對較大。第30頁共32頁匯報提綱第31頁共32頁3結(jié)論[1]針對不同的研究問題，聚合等值需考慮不同的主導(dǎo)因素