2019風(fēng)電場電氣仿真模型建模及驗證規(guī)程

FORMTEXT風(fēng)電場電氣仿真模型建模及驗證規(guī)程

目??次TOC\o"1-2"\h\z\u前言 III1范圍 12規(guī)范性引用文件 13術(shù)語和定義 14總則 25風(fēng)電場電氣仿真模型 26風(fēng)電場電氣仿真模型驗證 57風(fēng)電場電氣仿真模型報告主要內(nèi)容 7參考文獻 9風(fēng)電場電氣仿真模型建模及驗證規(guī)程范圍本標準規(guī)定了電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析計算用的風(fēng)電場電氣仿真模型的建模及驗證。本標準適用于接入110(66)kV及以上電壓等級電力系統(tǒng)的風(fēng)電場電氣仿真模型建模。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T19963-2011風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定NB/TXXXX風(fēng)電機組低電壓穿越建模及驗證方法NB/TXXXX風(fēng)電場低電壓穿越建模及驗證方法術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本標準。風(fēng)電場windfarm由一臺或多臺風(fēng)電機組（包括機組單元變壓器）、匯集線路、升壓變壓器、風(fēng)電場控制及其他輔助設(shè)備組成的發(fā)電站。風(fēng)電機組額定功率ratedpower(forwindturbines)風(fēng)電機組連續(xù)穩(wěn)定運行在額定工況時輸出的有功功率。風(fēng)電場有功功率activepowerofwindfarm風(fēng)電場輸入到并網(wǎng)點的有功功率。風(fēng)電場無功功率reactivepowerofwindfarm風(fēng)電場輸入到并網(wǎng)點的無功功率。風(fēng)電場無功電源reactivepowersourceofwindfarm風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)電機組、匯集線路（充電功率）和并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、靜止無功補償器、靜止無功發(fā)生器、同步調(diào)相機等無功補償裝置。風(fēng)電場無功容量reactivepowercapacityofwindfarm風(fēng)電場內(nèi)全部無功電源的無功容量總和，可分為容性無功容量和感性無功容量?？倓t本標準中的風(fēng)電場電氣仿真模型建模主要用于穩(wěn)定性研究、短路計算。風(fēng)電場電氣仿真模型應(yīng)根據(jù)風(fēng)電場實際電氣結(jié)構(gòu)和參數(shù)建模。風(fēng)電場電氣仿真模型應(yīng)包含風(fēng)電場穩(wěn)態(tài)運行和故障過程中對風(fēng)電場并網(wǎng)性能有明顯影響的部件及控制系統(tǒng)，包括風(fēng)電機組、變壓器、無功補償裝置、場內(nèi)匯集線路和風(fēng)電場控制系統(tǒng)等模型。典型風(fēng)電場組成如圖1所示。圖1風(fēng)電場典型組成風(fēng)電場電氣仿真模型風(fēng)電機組模型風(fēng)電機組模型結(jié)構(gòu)風(fēng)電機組可分為四類進行建模?！?型：定速風(fēng)電機組——2型：滑差控制變速風(fēng)電機組——3型：雙饋變速風(fēng)電機組——4型：全功率變頻風(fēng)電機組風(fēng)電機組模型結(jié)構(gòu)可參考圖2，參數(shù)解釋說明如表1。不同類型風(fēng)電機組，可根據(jù)實際風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)對模型進行調(diào)整。圖2風(fēng)電機組模型結(jié)構(gòu)圖風(fēng)電機組模型參數(shù)符號單位說明IWTTp.u.風(fēng)電機組機端電流UWTTp.u.風(fēng)電機組機端電壓Vwm/s風(fēng)速a）1型風(fēng)電機組1型風(fēng)電機組的主要電氣、機械部件的連接方式如圖3所示。1）1型風(fēng)電機組還可以分為故障期間具有變槳控制能力的1型風(fēng)電機組和故障期間不具備變槳控制能力的1型風(fēng)電機組兩種類型。2）電氣設(shè)備包括：異步發(fā)電機、無功補償裝置、并網(wǎng)開關(guān)、變壓器等。3）控制系統(tǒng)模型可根據(jù)風(fēng)電機組的控制方式及其對并網(wǎng)性能的影響調(diào)整或簡化。4）對在風(fēng)電機組外加裝設(shè)備以實現(xiàn)低電壓穿越功能的風(fēng)電機組，應(yīng)根據(jù)實際情況建立該加裝設(shè)備仿真模型。 圖中：WTR——風(fēng)力機風(fēng)輪；AG——異步發(fā)電機； VC——可變電容器組； TR——箱變； GB——齒輪箱；FC——固定電容器組； CB——斷路器；WTT——風(fēng)電機組端口。圖31型風(fēng)電機組接線方式b）2型風(fēng)電機組2型風(fēng)電機組的主要電氣、機械部件的接線方式可參考圖4。1）電氣設(shè)備包括：異步發(fā)電機、無功補償裝置、并網(wǎng)開關(guān)、變壓器等。2）控制系統(tǒng)模型應(yīng)包含滑差控制系統(tǒng)模型。3）對在風(fēng)電機組外加裝設(shè)備以實現(xiàn)低電壓穿越功能的風(fēng)電機組，應(yīng)根據(jù)實際情況建立該加裝設(shè)備仿真模型。圖中：WTR——風(fēng)力機風(fēng)輪； WRAG——繞線式異步發(fā)電機； FC——固定電容器組；CB——斷路器； WTT——風(fēng)電機組端口。 GB——齒輪箱； VRR——可變轉(zhuǎn)子電阻；VC——可變電容器組；TR——箱變；圖42型風(fēng)機接線方式c）3型風(fēng)電機組3型風(fēng)電機組的主要電氣、機械部件的接線方式可參考圖5。1）電氣設(shè)備包括：異步發(fā)電機、變流器、并網(wǎng)開關(guān)、變壓器等。2）控制系統(tǒng)模型應(yīng)包含風(fēng)電機組主要控制系統(tǒng)模型。 圖中：WTR——風(fēng)力機風(fēng)輪； WRAG——繞線式異步發(fā)電機； LSC——網(wǎng)側(cè)變流器； CH——chopper電路； L——電抗器；TR——箱變；GB——齒輪箱； GSC——機側(cè)變流器； Crowbar——Crowbar電路；C——直流電容；CB——斷路器；WTT——風(fēng)電機組端口。圖53型風(fēng)機接線方式d）4型風(fēng)電機組4型風(fēng)電機組的主要電氣、機械部件的接線方式可參考圖6。1）電氣設(shè)備包括：同步/異步發(fā)電機、變流器、并網(wǎng)開關(guān)、變壓器等。2）控制系統(tǒng)模型應(yīng)包含風(fēng)電機組主要控制系統(tǒng)模型。圖中：WTR——風(fēng)力機風(fēng)輪； SG/AG—同步/異步發(fā)電機； LSC——網(wǎng)側(cè)變流器； CH——chopper電路； CB——斷路器； GB——齒輪箱；GSC——機側(cè)變流器； C——直流電容；L——電抗器；TR——箱變；WTT——風(fēng)電機組端口。圖64型風(fēng)機接線方式風(fēng)電機組子模塊模型空氣動力學(xué)模型風(fēng)力機空氣動力模型用于模擬風(fēng)電機組獲取的風(fēng)功率。應(yīng)用于穩(wěn)定性研究時一般可假設(shè)風(fēng)速恒定，但在特別情況下當風(fēng)速對于系統(tǒng)輸出功率有顯著影響時，應(yīng)當考慮風(fēng)速的變化。傳動鏈模型傳動鏈模型應(yīng)能準確反應(yīng)其動態(tài)特性，推薦采用兩質(zhì)量模塊，模型基本結(jié)構(gòu)可參考NB/TXXXX《風(fēng)電機組低電壓穿越建模及驗證方法》?？刂葡到y(tǒng)主要包括最大功率追蹤、變槳控制、有功/無功功率控制及動態(tài)無功控制以及坐標變換等。保護模型風(fēng)電機組的過/欠壓、過/欠頻、低/超速保護等須能正確反映風(fēng)電機組保護特性，應(yīng)根據(jù)實際風(fēng)電機組保護控制準確建模。風(fēng)電場匯集系統(tǒng)模型升壓變壓器模型 風(fēng)電場的升壓變壓器模型可采用雙繞組或三繞組變壓器，應(yīng)包含以下參數(shù)：——原邊額定電壓——副邊額定電壓——短路電壓——銅耗——空載電流——鐵耗——原副邊接線形式——變壓器分接頭位置電力傳輸線模型電力傳輸線模型可選擇Π形等值電路或T形等值電路模型，應(yīng)包含以下參數(shù)：——額定電壓——額定電流——線路類型——單位長度電阻值——單位長度電抗值——單位長度電容值——單位長度電導(dǎo)值——線路長度無功補償裝置模型固定投切無功補償裝置模型固定投切無功補償裝置建?？蓞⒖紙D7，參數(shù)解釋說明見表2。圖7固定投切無功補償模型固定投切無功補償裝置參數(shù)說明符號單位說明Cinitp.u.投切電容容量Linitp.u.投切電感容量ωnp.u.電力系統(tǒng)額定頻率連續(xù)可調(diào)無功補償裝置模型連續(xù)可調(diào)無功補償裝置模型應(yīng)能準確反映其動態(tài)響應(yīng)特性。連續(xù)可調(diào)無功補償裝置建模可參考圖8，參數(shù)解釋說明見表3。圖8連續(xù)可調(diào)無功補償裝置模型連續(xù)可調(diào)無功補償裝置參數(shù)說明符號單位說明ωnp.u.電力系統(tǒng)額定頻率Xcompp.u.連續(xù)可調(diào)的容性或感性無功補償容量風(fēng)電場控制系統(tǒng)模型風(fēng)電場無功功率控制風(fēng)電場無功控制策略風(fēng)電場無功控制的主要目的是為維持并網(wǎng)點的電壓穩(wěn)定。風(fēng)電場的無功控制過程可分為兩層實現(xiàn)，即風(fēng)電場無功需求整定和風(fēng)電場無功功率分配。通過檢測風(fēng)電場的輸出功率以及控制點電壓，實時計算風(fēng)電場無功功率輸出參考值。風(fēng)電場要充分利用風(fēng)電機組的無功容量及其調(diào)節(jié)能力，將風(fēng)電場無功功率需求參考值按一定原則分配到場內(nèi)每臺風(fēng)電機組，從而改變控制點電壓以實現(xiàn)整個風(fēng)電場的無功電壓閉環(huán)控制，具體模型可參考圖9并結(jié)合實際風(fēng)電場無功控制策略建模；當風(fēng)電機組無功容量無法滿足系統(tǒng)無功調(diào)節(jié)需求時，剩余無功調(diào)節(jié)量可通過風(fēng)電場無功補償裝置實現(xiàn)。圖9風(fēng)電場無功補償控制無功需求整定風(fēng)電場無功需求整定值推薦根據(jù)控制點電壓通過PI調(diào)節(jié)方法計算獲取，如圖10所示，其中限幅環(huán)節(jié)應(yīng)同時考慮風(fēng)電場最大無功輸出約束與風(fēng)電場功率因數(shù)約束。圖中：——控制點參考電壓；——控制點測量電壓；——慣性時間常數(shù)?！狿I調(diào)節(jié)參數(shù)；——無功需求整定值；圖10無功需求整定環(huán)節(jié)風(fēng)電機組無功功率分配風(fēng)電機組無功分配推薦采用無功容量比例分配方法，具體實現(xiàn)為：設(shè)第i臺風(fēng)電機組的無功容量為Qi，則求取第i臺風(fēng)電機組輸出無功功率的初始分配因子為：式中：QW——風(fēng)電場的總無功功率。利用上述功率分配因子，求取無功功率調(diào)整量Q在第i臺風(fēng)電機組的分配量：對各風(fēng)電機組的調(diào)節(jié)余量進行校驗，若滿足調(diào)節(jié)條件，則方案通過；若有風(fēng)電機組無功調(diào)節(jié)余量不足，則需修正方案，具體方法如下：設(shè)調(diào)節(jié)余量不足的風(fēng)電機組集合為LACK，其數(shù)量為n，其中，該集合中各風(fēng)電機組的無功功率調(diào)整量為：式中：QjN——第j風(fēng)電機組的最大輸出無功功率。修正后的LACK集合風(fēng)電機組的無功功率補償量分配系數(shù)為：，其它風(fēng)電機組的無功功率補償量分配系數(shù)為：，經(jīng)修正后的各風(fēng)電機組無功功率補償量為：如此反復(fù)可確定調(diào)節(jié)余量匱乏和充裕的風(fēng)電機組無功功率調(diào)整量的分配系數(shù)或分配量。風(fēng)電場無功控制系統(tǒng)建模風(fēng)電場無功控制系統(tǒng)模型通常應(yīng)包含風(fēng)電場無功需求整定模塊和無功功率分配模塊，但具體建模時應(yīng)考慮風(fēng)電場實際無功控制系統(tǒng)的情況。風(fēng)電場有功功率控制風(fēng)電場有功控制策略風(fēng)電場有功功率控制系統(tǒng)應(yīng)能自動執(zhí)行調(diào)度部門遠方發(fā)送的有功功率控制指令，并根據(jù)指令控制其有功輸出，確保風(fēng)電場最大輸出功率及功率變化率不超過調(diào)度指令。風(fēng)電場有功功率輸出值的確定，須按實際風(fēng)電場有功控制模式確定。風(fēng)電場有功需求整定當風(fēng)電場當前最大可發(fā)有功功率小于系統(tǒng)調(diào)度指令時，場內(nèi)各風(fēng)電機組按照最大功率追蹤方式運行；當風(fēng)電場當前最大可發(fā)有功功率大于系統(tǒng)調(diào)度指令時，則需要調(diào)節(jié)風(fēng)電機組輸出有功功率至調(diào)度指令值。風(fēng)電機組有功功率分配風(fēng)電場應(yīng)具備有功功率調(diào)節(jié)能力，風(fēng)電機組有功分配方法推薦使用固定比例分配算法或變比例分配算法實現(xiàn)。a）固定比例分配算法根據(jù)風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機組的額定容量，按照額定容量大的機組分配有功多的原則進行指令分配，分配方法為：式中：——第i臺風(fēng)電機組有功指令；Pei——第i臺風(fēng)電機組的額定容量；Pe——風(fēng)電場總額定容量；——風(fēng)電場待分配有功指令。b）變比例分配算法根據(jù)實時風(fēng)速預(yù)測風(fēng)電機組最大輸出功率，按照最大輸出功率大的機組分配有功多的原則進行指令分配，分配方法為：式中：——第i臺風(fēng)電機組有功指令；——第i臺風(fēng)電機組預(yù)測最大輸出功率；——風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)電機組最大輸出功率之和；——風(fēng)電場待分配有功指令。風(fēng)電場有功控制系統(tǒng)建模風(fēng)電場有功控制系統(tǒng)模型通常應(yīng)包含風(fēng)電場有功需求整定模塊和有功功率分配模塊，但具體建模時應(yīng)考慮風(fēng)電場實際有功控制系統(tǒng)的情況。風(fēng)電場等值模型可根據(jù)實際風(fēng)電場風(fēng)電機組裝機容量進行風(fēng)電場詳細建模或者等值建模。若采用風(fēng)電場等值建模，應(yīng)能正確反映風(fēng)電場的暫態(tài)運行特性。對風(fēng)電場內(nèi)同一饋線上的同機型風(fēng)電機組可用一臺風(fēng)電機組等值，等值后風(fēng)電機組容量是該饋線上所有風(fēng)電機組容量之和；對于同一饋線上的不同機型風(fēng)電機組，宜按照機型分別等值。對于同機型、機端電壓和風(fēng)速等外部條件相近的多臺風(fēng)電機組等值時，可使用容量倍乘法或者容量加權(quán)等值方法，同時，被等值風(fēng)電機組間的傳輸線路應(yīng)進行等值，等值后的線路損耗應(yīng)與實際線路損耗相同。容量加權(quán)等值法模型為：設(shè)風(fēng)電場有N臺風(fēng)電機組，其容量加權(quán)系數(shù)δi：式中：Si——風(fēng)電場第i臺風(fēng)電機組的容量。風(fēng)電場容量加權(quán)單機等值方法的電氣參數(shù)下標采用agg表示，等值模型表示為：式中：Sagg——風(fēng)電場等值視在功率；Pmagg——風(fēng)電場等值機械功率；Peagg——風(fēng)電場等值電氣功率；Xi——風(fēng)電場內(nèi)第i臺風(fēng)力發(fā)電機某一電氣參數(shù)；Xagg——風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機組對應(yīng)的電氣參數(shù)；Ai——風(fēng)電場內(nèi)第i臺風(fēng)力機掃風(fēng)面積；Cpi——風(fēng)電場內(nèi)第i臺風(fēng)力機風(fēng)能利用系數(shù)；Vwi——風(fēng)電場內(nèi)第i臺風(fēng)力機風(fēng)速。風(fēng)電場短路計算模型風(fēng)電場短路電流計算為風(fēng)電場并網(wǎng)點發(fā)生三相短路故障時風(fēng)電場輸出的最大電流，主要用于電氣設(shè)備的選型、導(dǎo)線的選擇、繼電保護參數(shù)的整定和校驗。風(fēng)電場短路電流計算時，首先應(yīng)對整個風(fēng)電場的組件進行合理的等值成為可供計算的電路模型，推薦應(yīng)用短路容量法計算風(fēng)電場的等值電流。風(fēng)電場內(nèi)各組件的短路容量計算分別為：a）風(fēng)電機組的短路容量式中：——風(fēng)電機組的額定電壓(kV)；——風(fēng)電機組額定電流(kA)；——風(fēng)電機組等效短路阻抗的模值（Ω）。b）升壓變壓器的短路容量式中：——變壓器短路阻抗百分數(shù)；——變壓器額定容量（MVA）。c）電力傳輸線的短路容量式中：——短路處額定電壓（kV）；——線路阻抗的模值（Ω）。以S1、S2分別表示兩個組件的短路容量，S1,2表示總的短路容量，則組件串聯(lián)時：組件并聯(lián)時：風(fēng)電場三相短路電流等于風(fēng)電場并網(wǎng)點短路容量與并網(wǎng)點額定電壓的比值：風(fēng)電場電氣仿真模型驗證驗證基本原則a）應(yīng)保證風(fēng)電場電氣仿真模型建模測試用數(shù)據(jù)的充分性和準確性。b）宜采用風(fēng)電場并網(wǎng)點采樣數(shù)據(jù)作為風(fēng)電場建模測試用數(shù)據(jù)。c）根據(jù)實際電氣結(jié)構(gòu)和參數(shù)建立的風(fēng)電場電氣仿真模型中，除功率控制系統(tǒng)外，在風(fēng)電場穩(wěn)態(tài)運行和故障過程中對風(fēng)電場并網(wǎng)性能有明顯影響部件的模型驗證參考NB/TXXXX《風(fēng)電機組低電壓穿越建模及驗證方法》等相關(guān)標準。功率控制系統(tǒng)需通過測試驗證。驗證內(nèi)容風(fēng)電場有功控制分別設(shè)置不同的風(fēng)電機組有功功率參考值用于驗證風(fēng)電場有功響應(yīng)特性，觀測并網(wǎng)點有功功率輸出曲線。有功功率設(shè)置值變化曲線可參考圖11，以0.2pu的步長將有功功率的設(shè)置值從1.0pu變化至0.2pu，每個功率設(shè)置值保持至少2分鐘。圖11有功功率設(shè)置值風(fēng)電場無功控制風(fēng)電場無功容量涉及到感性無功最大值和容性無功最大值，分別設(shè)置不同的風(fēng)電機組無功功率參考值用于驗證風(fēng)電場無功響應(yīng)特性。無功功率設(shè)置值變化曲線可參考圖12，觀測并網(wǎng)點無功功率輸出曲線，此時，有功功率的設(shè)置值為0.5pu。圖12無功功率設(shè)置值驗證結(jié)果評價數(shù)據(jù)處理為保證測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)對比的有效性，所有數(shù)據(jù)應(yīng)采用相同的格式