《NB 風電機組電氣仿真模型建模導則送審稿》

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中華人民共和國能源行業(yè)標準

NB/TXXXXX—XXXX

風電機組電氣仿真模型建模導則

GuidelineforElectricalSimulationModelsofWindTurbines

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（送審稿）

本稿完成日期：2013年11月30日

201X-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

國家能源局發(fā)布

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I

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風電機組電氣仿真模型建模導則

1范圍

本標準規(guī)定了風電機組電氣仿真模型的分類、結構、子模塊實現(xiàn)以及模型驗證方法與步驟。

本標準適用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算用風電機組電氣仿真模型的建模和驗證。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。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風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定

NB/TXXXX風電機組低電壓穿越建模及驗證方法

NB/TXXXX風電機組低電壓穿越能力測試規(guī)程

3術語和定義

3.1

風電機組額定功率ratedpowerforwindturbines

風電機組連續(xù)穩(wěn)定運行在額定工況時輸出的有功功率。

3.2

電力系統(tǒng)穩(wěn)定powersystemstability

電力系統(tǒng)受到大擾動后，過渡到新的或恢復到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。

3.3

低電壓穿越LowVoltageridethrough

當電力系統(tǒng)事故或擾動引起風電場并網(wǎng)點電壓或頻率變化時，在一定的電壓、頻率變化范圍和時間

間隔內(nèi)，風電機組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。

3.4

電壓跌落發(fā)生裝置voltagedipgenerator

在低電壓穿越測試中，使測試點產(chǎn)生滿足測試要求電壓跌落的試驗設備。

3.5

電壓跌落幅值depthofvoltagedip

電壓跌落期間線電壓最小值與額定值的比值，以標幺值或百分比表示。

3.6

1

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穩(wěn)態(tài)區(qū)間steady-staterange

風電機組并網(wǎng)運行時，機端電壓不發(fā)生瞬時突變，保持穩(wěn)定運行的過程區(qū)間。

3.7

暫態(tài)區(qū)間transient-staterange

風電機組并網(wǎng)運行時，機端電壓發(fā)生瞬時突變，風電機組由一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一穩(wěn)定狀態(tài)的過

渡過程區(qū)間。

3.8

基波正序分量positivesequencecomponentofthefundamental

三相系統(tǒng)的基波分量中，三個對稱相序分量之一，它存在于對稱的和不對稱的正弦量三相系統(tǒng)中，

由下列復數(shù)表達式定義:

12()

X1XL1XL2XL3………1

3

式中：α是120°運算因子，而XL1、XL2和XL3是有關相量的復數(shù)表達式，其中X表示系統(tǒng)電流或

電壓的相矢量。

3.9

基波負序分量negativesequencecomponentofthefundamental

三相系統(tǒng)的基波分量中，三個對稱相序分量之一，它僅存在于一個不對稱的正弦量三相系統(tǒng)中，由

下列復數(shù)表達式定義:

12()

X2XL1XL2XL3………..…………….2

3

式中：α是120°運算因子，而XL1、XL2和XL3是有關相量的復數(shù)表達式，其中X表示系統(tǒng)電流或

電壓的相矢量。

4符號、代號和縮略語

下列符號適用于本標準：

β葉片槳距角

βcmd主控制系統(tǒng)槳距角指令

ωgen發(fā)電機角速度

ωref風力機初始角速度

ωWTR風力機角速度

ωWTRn風力機額定角速度

UWTTG風電機組發(fā)電機變流器系統(tǒng)端電壓

UWTT風電機組機端電壓

VW風速

PWTref穩(wěn)態(tài)運行有功功率參考值

2

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QWTref穩(wěn)態(tài)運行無功功率參考值

VWTref穩(wěn)態(tài)運行電壓參考值

ρ空氣密度

csh傳動鏈軸系阻尼系數(shù)

cp風能轉(zhuǎn)換效率系數(shù)

fWTT風電機組機端電壓頻率

F1變流器保護觸發(fā)標志

F2風電機組保護觸發(fā)標志

HWTR風力機慣性時間常數(shù)

Hgen發(fā)電機慣性時間常數(shù)

IWTTG風電機組發(fā)電機變流器系統(tǒng)端電流

IWTT風電機組機端電流

In風電機組額定電流

IQ風電機組無功電流

Ir發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流

ksh傳動鏈軸系剛度系數(shù)

P風電機組機端有功功率

Pn風電機組額定功率

Paero風電機組捕獲的風功率

Pgen發(fā)電機有功功率

Q風電機組機端無功功率

Qcmd風電機組無功功率指令

R風力機葉輪半徑

Tcmd風電機組轉(zhuǎn)矩指令

Tinit風力機初始轉(zhuǎn)矩

TP變槳系統(tǒng)等效慣性時間常數(shù)

UG模型驗證用等效電網(wǎng)電壓

S1旁路開關

S2短路開關

電壓跌落發(fā)生裝置電網(wǎng)側接入點短路容量

Sk

Ψ電壓跌落發(fā)生裝置電網(wǎng)側接入點阻抗角

Z1限流阻抗

Z2短路阻抗

F1_IQ無功電流穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均偏差

F2_IQ無功電流暫態(tài)區(qū)間平均偏差

F3_IQ無功電流穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差

F4_IQ無功電流暫態(tài)區(qū)間平均絕對偏差

F5_IQ無功電流穩(wěn)態(tài)區(qū)間最大偏差

FAIQ無功電流A時段平均絕對偏差

FBIQ無功電流B時段平均絕對偏差

FCIQ無功電流C時段平均絕對偏差

FG_IQ無功電流加權平均絕對偏差

3

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F1_P有功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均偏差

F2_P有功功率暫態(tài)區(qū)間平均偏差

F3_P有功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差

F4_P有功功率暫態(tài)區(qū)間平均絕對偏差

F5_P有功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間最大偏差

FAP有功功率A時段平均絕對偏差

FBP有功功率B時段平均絕對偏差

FCP有功功率C時段平均絕對偏差

FG_P有功功率加權平均絕對偏差

F1_Q無功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均偏差

F2_Q無功功率暫態(tài)區(qū)間平均偏差

F3_Q無功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差

F4_Q無功功率暫態(tài)區(qū)間平均絕對偏差

F5_Q無功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間最大偏差

FAQ無功功率A時段平均絕對偏差

FBQ無功功率B時段平均絕對偏差

FCQ無功功率C時段平均絕對偏差

FG_Q無功功率加權平均絕對偏差

FU電壓穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差

5風電機組模型

5.1基本要求

5.1.1風電機組電氣仿真模型為機電暫態(tài)模型，應能反映故障下基頻正序響應特性，仿真步長宜為

1-10ms，適用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析。

5.1.2風電機組模型應包含對風電機組正常運行和故障運行下的并網(wǎng)性能有明顯影響的部件，包括機

械部件、電氣部件、控制、安全及故障保護等模塊。

5.2模型接口和初始化

5.2.1模型接口

風電機組模型與電網(wǎng)模型的接口如圖1所示，分為潮流計算和動態(tài)仿真兩個環(huán)節(jié)進行說明。

潮流計算環(huán)節(jié)，風電機組模型作為PQ節(jié)點或PV節(jié)點，電網(wǎng)模型將潮流計算結果提供給風電機組模

型。

動態(tài)仿真環(huán)節(jié)，風電機組模型采用機端電壓作為輸入，輸出機端電流提供給電網(wǎng)模型。

風電機組模型可接受來自風電場控制器的指令設定值，包括有功功率參考值、無功功率參考值或電

壓參考值。

4

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圖1風電機組模型和電網(wǎng)模型接口

5.2.2風電機組模型初始化

初始化用來提供動態(tài)仿真的穩(wěn)態(tài)工作點和初始值。

風電機組模型的初始化過程應與電網(wǎng)模型的初始化過程協(xié)同完成。風電機組模型和電網(wǎng)模型初始化

示意圖如圖2所示。初始化過程如下：

1）風電機組模型根據(jù)無功電壓控制策略的不同，可設置為PQ節(jié)點或PV節(jié)點提供給電網(wǎng)模型；

2）電網(wǎng)模型通過潮流計算進行初始化，并將潮流結果提供給風電機組模型。電網(wǎng)模型提供給風電

機組模型的潮流結果包括風電機組機端電壓和相角、有功和無功功率；

3）當風電機組輸出無功功率超出無功上下限約束時，自動轉(zhuǎn)為PQ節(jié)點；

4）完成潮流計算，確定風電機組機端電壓和相角、有功和無功功率；

5）風電機組模型根據(jù)潮流結果確定運行工作點；

6）風電機組進行控制模塊的初始化。

圖2風電機組模型和電網(wǎng)模型的初始化

風電機組模型初始化時，風電機組模型參數(shù)包括：

1)物理參數(shù)，如發(fā)電機轉(zhuǎn)動慣量、空氣動力學系數(shù)等；

2)運行模式，如電壓控制模式、功率因數(shù)控制模式、無功功率控制模式；

3)控制器參數(shù)，如控制器限幅等。

風電機組模型初始條件包括風速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速或風力機轉(zhuǎn)速、槳距角、風電場控制器指令（如有功

功率指令、無功功率指令）等。

5.3風電機組模型結構

5.3.1風電機組通用模型結構

風電機組可分為四類進行建模。

——1型：定速風電機組

——2型：滑差控制變速風電機組

——3型：雙饋變速風電機組

——4型：全功率變頻風電機組

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風電機組通用模型結構可參考圖3，參數(shù)解釋參考圖1。不同類型風電機組，可根據(jù)實際風電機組

結構對模型進行調(diào)整。

圖3風電機組模型結構圖

5.3.21型風電機組

1型風電機組包括的主要電氣、機械部件接線方式如圖4所示，電氣設備包括異步發(fā)電機、無功補

償裝置、并網(wǎng)開關、變壓器等。1型風電機組配置機械投切式電容器組時，采用固定電容器組模型；配

置可動態(tài)控制的可變電容器組時，應根據(jù)實際情況建立可變電容器組仿真模型。仿真模型包含箱變模型。

1型風電機組可以分為故障期間具有變槳控制能力和不具備變槳控制能力兩種型式。1型風電機組

變槳控制能力用于主動低電壓穿越控制，但該技術在實際工程未廣泛應用，因此從建立用于電力系統(tǒng)穩(wěn)

定分析的風電機組仿真模型角度，本標準中采用故障穿越期間固定槳距角型式。

圖中：

WTR——風力機風輪；GB——齒輪箱；

AG——異步發(fā)電機；FC——固定電容器組；

VC——可變電容器組；CB——斷路器；

TR——箱變；WTT——風電機組端口。

圖41型風電機組接線方式

1型風電機組模型結構如圖5所示，VWTref為采用可變電容器組時的電壓參考設定值?？諝鈩恿W

模型、傳動鏈、發(fā)電機和變流器系統(tǒng)、保護模塊以及電氣設備的子模塊模型可參見5.4。

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圖51型風電機組模型結構

5.3.32型風電機組

2型風電機組包括的主要電氣、機械部件接線方式如圖6所示，電氣設備包括異步發(fā)電機、無功補

償裝置、并網(wǎng)開關、變壓器等。2型風電機組在轉(zhuǎn)子繞組上串聯(lián)了可變電阻，通過可變電阻控制轉(zhuǎn)子電

流大小提高電機變速運行范圍。2型風電機組配置機械投切式電容器組時，采用固定電容器組模型；配

置可動態(tài)控制的可變電容器組時，應根據(jù)實際情況建立可變電容器組仿真模型。仿真模型包含箱變模型。

圖中：

WTR——風力機風輪；GB——齒輪箱；

WRAG——繞線式異步發(fā)電機；VRR——可變轉(zhuǎn)子電阻；

FC——固定電容器組；VC——可變電容器組；

CB——斷路器；TR——箱變；

WTT——風電機組端口。

圖62型風機接線方式

2型風電機組模型結構如圖7所示，VWTref為采用可變電容器組時的電壓參考設定值。2型風電機組

通常配置了槳距角控制系統(tǒng)，因此控制系統(tǒng)包含了可變轉(zhuǎn)子電阻控制和槳距角控制?？諝鈩恿W模型、

傳動鏈、發(fā)電機和變流器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、保護模塊以及電氣設備的子模塊模型可參見5.4。

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圖72型風電機組模型結構

5.3.43型風電機組

3型風電機組包括的主要電氣、機械部件接線方式如圖8所示，電氣設備包括異步發(fā)電機、變流器、

并網(wǎng)開關、變壓器等。3型風電機組發(fā)電機定子側直接與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子側通過一背靠背變流器與電網(wǎng)

相連，變流器系統(tǒng)包括機側變流器、網(wǎng)側變流器和直流電容。3型風電機組還可能包括轉(zhuǎn)子側Crowbar

保護電路以及與直流電容并聯(lián)的chopper保護電路，用于實現(xiàn)3型風電機組低電壓穿越。仿真模型包含

箱變模型。

圖中：

WTR——風力機風輪；GB——齒輪箱；

WRAG——繞線式異步發(fā)電機；GSC——機側變流器；

LSC——網(wǎng)側變流器；Crowbar——Crowbar電路；

CH——chopper電路；C——直流電容；

L——電抗器；CB——斷路器；

TR——箱變；WTT——風電機組端口。

圖83型風機接線方式

3型風電機組模型結構如圖9所示。3型風電機組模型結構中發(fā)電機變流器系統(tǒng)包含發(fā)電機模型和

變流器模型，控制系統(tǒng)包含槳距角控制、變流器控制?？諝鈩恿W模型、傳動鏈、發(fā)電機和變流器系統(tǒng)、

控制系統(tǒng)、保護模塊以及電氣設備的子模塊模型可參見5.4。

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圖93型風電機組模型結構

5.3.54型風電機組

4型風電機組包括的主要電氣、機械部件接線方式如圖10所示，電氣設備包括發(fā)電機、變流器、

并網(wǎng)開關、變壓器等。4型風電機組的發(fā)電機可能采用同步發(fā)電機或異步發(fā)電機，發(fā)電機通過全功率變

流器和電網(wǎng)隔離，變流器系統(tǒng)包括機側變流器、網(wǎng)側變流器和直流電容。4型風電機組還包括與直流電

容并聯(lián)的chopper保護電路，用于實現(xiàn)4型風電機組低電壓穿越。仿真模型包含箱變模型。

圖中：

WTR——風力機風輪；GB——齒輪箱；

SG/AG—同步/異步發(fā)電機；GSC——機側變流器；

LSC——網(wǎng)側變流器；C——直流電容；

CH——chopper電路；L——電抗器；

CB——斷路器；TR——箱變；

WTT——風電機組端口。

圖104型風機接線方式

4型風電機組模型結構如圖11所示。4型風電機組一般都配置了chopper保護電路防止直流電容過

電壓以保護變流器。對于具有chopper保護電路的4型風電機組，從建立用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的風電

機組仿真模型角度，機側變流器、發(fā)電機、傳動鏈、空氣動力學模塊和槳距角控制系統(tǒng)可簡化。模型結

構中控制系統(tǒng)包含網(wǎng)側變流器控制。發(fā)電機和變流器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、保護模塊以及電氣設備的子模塊

模型可參見5.4。

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圖114型風電機組模型結構

5.4子模塊模型

5.4.1空氣動力學模型

風力機空氣動力模塊模擬風能獲取，獲得的風功率可由式（3）表示：

PCR2V3……..……….…….…………..…………（3）

aero2pw

c

風能轉(zhuǎn)換效率系數(shù)p可根據(jù)葉片的氣動特性表，由葉尖速比和葉片槳距角查表得到?？諝鈩恿W

模型可采用如圖12所示的模型結構。

圖12空氣動力學模型

5.4.2傳動鏈

傳動鏈模型應能準確模擬該部分動態(tài)過程對風電機組電氣性能的影響，可采用如圖13所示的兩質(zhì)

量塊模型。

圖13傳動鏈兩質(zhì)量塊模型

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5.4.3發(fā)電機和變流器系統(tǒng)

4種類型風電機組的發(fā)電機變流器系統(tǒng)采用不同的仿真模型。

a)1型風電機組

1型風電機組中發(fā)電機模型可采用仿真軟件中的標準異步發(fā)電機模型，從建立用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分

析的仿真模型角度，發(fā)電機模型應反映轉(zhuǎn)子磁鏈暫態(tài)特性，可忽略定子磁鏈暫態(tài)特性。

b)2型風電機組

2型風電機組中發(fā)電機模型如圖14所示，可在標準異步發(fā)電機模型的轉(zhuǎn)子繞組上增加可變電阻進

行修正。發(fā)電機模型應反映轉(zhuǎn)子磁鏈暫態(tài)特性，可忽略定子磁鏈暫態(tài)特性。模型中的L、R、u、、i

分別表示電感、電阻、電壓、磁鏈和電流，下標d和q分別代表d軸和q軸分量，下標s和r分別代表

定子和轉(zhuǎn)子變量，Lm為勵磁電感，為同步轉(zhuǎn)速。

圖142型風電機組發(fā)電機模型

c)3型風電機組

3型風電機組中發(fā)電機和變流器系統(tǒng)的模型如圖15所示。發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組上模擬增加Crowbar電

阻，發(fā)電機模型應反映轉(zhuǎn)子磁鏈暫態(tài)特性，可忽略定子磁鏈暫態(tài)特性，機側變流器模型可被模擬為理想

的電壓源，網(wǎng)側變流器模型可被模擬為理想的電流源。圖中，發(fā)電機模型中的L、R、u、、i分別

表示電感、電阻、電壓、磁鏈和電流，下標d和q分別代表d軸和q軸分量，下標s和r分別代表定子

和轉(zhuǎn)子變量，Lm為勵磁電感，為同步轉(zhuǎn)速。

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圖153型風電機組發(fā)電機和變流器系統(tǒng)模型

d)4型風電機組

對于具有chopper保護電路的4型風電機組，發(fā)電機和變流器系統(tǒng)模型可簡化模擬，如圖16所示，

發(fā)電機和變流器系統(tǒng)可模擬為理想的電流源。

圖164型風電機組發(fā)電機和變流器系統(tǒng)模型

5.4.4控制系統(tǒng)

風電機組電氣仿真模型控制系統(tǒng)應根據(jù)實際控制策略準確建模。不同類型風電機組控制系統(tǒng)包含的

控制模塊不同?？刂葡到y(tǒng)典型控制模塊包括槳距角控制、有功功率控制、無功功率控制以及與低電壓穿

越相關的控制模塊等。

a)2型風電機組

控制系統(tǒng)包含槳距角控制和可變轉(zhuǎn)子電阻控制。

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槳距角控制如圖17所示。

對于低電壓穿越期間具有快速變槳功能的風電機組，應在槳距角控制模型中增加快速變槳功能的模

擬。

圖17槳距角控制模型

可變轉(zhuǎn)子電阻控制如圖18所示。

圖18可變轉(zhuǎn)子電阻控制模型

b)3型風電機組

控制系統(tǒng)包含槳距角控制、機側變流器控制和網(wǎng)側變流器控制。

1）槳距角控制

槳距角控制如圖17所示。對于低電壓穿越期間具有快速變槳功能的風電機組，應在槳距角控制模

型中增加快速變槳功能的模擬。

2）機側變流器控制

機側變流器控制模型如圖19所示，根據(jù)控制狀態(tài)判斷，機側變流器控制包括穩(wěn)定運行控制模塊、

故障穿越運行控制模塊兩部分。

圖19機側變流器控制模型

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穩(wěn)態(tài)運行時，機側變流器實現(xiàn)有功和無功解耦控制。通過有功功率控制實現(xiàn)最大功率追蹤，根據(jù)機

組運行模式不同，無功功率控制可以包括恒功率因數(shù)控制和恒電壓控制兩種模式。機側變流器穩(wěn)態(tài)運行

控制下，有功功率控制模型如圖20所示，無功功率控制模型如圖21所示。

圖20穩(wěn)態(tài)運行下有功功率控制模型

圖21穩(wěn)態(tài)運行下無功功率控制模型

故障穿越運行控制狀態(tài)通過檢測風電機組機端電壓并根據(jù)低電壓穿越曲線判斷。

故障穿越運行控制下，變流器電流輸出切換到故障穿越運行控制模塊的輸出。

故障穿越運行控制模塊主要包括故障穿越過程中逆變器輸出的有功電流和無功電流控制。無功電流

控制模型應能實現(xiàn)風電機組低電壓穿越期間對電網(wǎng)無功電流支撐能力的模擬。有功電流控制模型應能模

擬風電機組低電壓穿越結束后的功率恢復特性。

故障穿越運行狀態(tài)下，有功電流和無功電流應保證滿足公式（4）的關系：

22'2(4)

idiqImax………………

式中，'為變流器暫態(tài)過程中允許輸出的最大電流。

Imax

3）網(wǎng)側變流器控制

網(wǎng)側變流器典型控制模塊如圖22所示，有功電流分量用于控制直流電容電壓恒定，無功電流分量

一般設置為0。如果無功電流分量用于控制電網(wǎng)側變流器發(fā)出的無功功率，應在模型中增加該部分控制

功能的模擬。

圖22網(wǎng)側變流器控制模型

c)4型風電機組

對于具有chopper保護電路的4型風電機組，控制系統(tǒng)可以簡化模擬，主要包含網(wǎng)側變流器控制部

分，分別包括有功控制和無功控制模型。

4型風電機組有功控制模型分為穩(wěn)定運行狀態(tài)和故障穿越運行狀態(tài)兩部分，如圖23所示。

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圖234型風電機組有功控制模塊

4型風電機組無功控制模型分為穩(wěn)定運行狀態(tài)和故障穿越運行狀態(tài)兩部分，典型控制模塊與3型

風電機組機側變流器的無功控制模型相同。

5.4.5保護模塊

風電機組的過/欠壓保護、過/欠頻保護應準確建模，其它與低電壓穿越過程相關的保護如超速保護

等宜在模型中體現(xiàn)。對于3型風電機組，保護模塊應模擬Crowbar保護電路的動作特性。對于3型風電

機組和4型風電機組采用Chopper保護電路時，如果需要準確模擬直流電容電壓的動態(tài)，則Chopper

保護電路的動作特性需要模擬。

5.4.6電氣設備

電氣設備模型是指與風電機組機端連接的電氣設備，一般包括并網(wǎng)開關和箱式變壓器，對于1型和

2型風電機組，還包括在風電機組機端配置的無功補償設備。仿真模型中并網(wǎng)開關可設置瞬時動作。配

置機械投切式電容器組時可采用固定電容器組模型；配置可動態(tài)控制的可變電容器組時，應能準確反映

其動態(tài)響應特性應。變壓器模型可采用仿真軟件中的標準模型，應考慮以下參數(shù)的影響：

——原邊線圈電阻；

——原邊線圈漏抗；

——副邊線圈電阻；

——副邊線圈漏抗；

——線圈匝比；

——變壓器聯(lián)結組別；

——變壓器分接頭位置。

6模型驗證方法與步驟

6.1驗證基本原則

6.1.1模型驗證的主要內(nèi)容為電網(wǎng)電壓擾動工況下的模型仿真與測試數(shù)據(jù)的對比。

6.1.2模型驗證考核量包括電壓、有功功率、無功功率和無功電流。

6.1.3模型驗證選取風電機組箱式變壓器低壓側（或高壓側）數(shù)據(jù)開展模型驗證。

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NB/TXXXXX—XXXX

6.1.4基波正序分量的驗證應滿足本標準要求，對于不對稱故障情況下的基波負序分量的驗證可參考

本標準。

6.2驗證工況

依據(jù)Q/GDWXXXX《風電機組低電壓穿越測試規(guī)范》中規(guī)定的測試類別，分別在以下功率范圍、

故障類型和電壓跌落幅值的工況下驗證。

6.2.1功率范圍

依照風電機組低電壓穿越實際測試的功率范圍，模型驗證應分別在以下兩種有功功率輸出狀態(tài)下進

行。

d)大功率輸出狀態(tài)，P>0.9Pn；

e)小功率輸出狀態(tài)，0.1Pn≤P≤0.3Pn。

6.2.2故障類型

模型驗證的工況包括三相對稱故障和兩相不對稱故障。

6.2.3電壓跌落

模型驗證的電壓跌落工況應包括但不限于Q/GDWXXXX《風電機組低電壓穿越測試規(guī)范》中規(guī)

定的三相電壓跌落和兩相電壓跌落情況下電壓跌落幅值為0.75±0.05、0.50±0.05、0.35±0.05、0.20±0.05

四種。

6.2.4其他工況

除6.2.1、6.2.2和6.2.3條中規(guī)定的驗證工況外，為驗證風電機組模型保護模塊等仿真功能，可由

模型驗證方與模型提交方協(xié)商確定其他驗證工況。

6.3仿真與測試數(shù)據(jù)要求

6.3.1測試數(shù)據(jù)

模型驗證應采用該型風電機組按照Q/GDWXXXX《風電機組低電壓穿越測試規(guī)范》進行低電壓穿越

測試時的測試數(shù)據(jù)。風電機組低電壓穿越測試與模型驗證的結構圖如圖24所示。

圖24風電機組低電壓穿越測試與驗證示意圖

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NB/TXXXXX—XXXX

用于模型驗證的測試數(shù)據(jù)應包括測量點1的電壓和電流、測試期間風速。測量點2和測量點3的電壓

和電流以及發(fā)電機轉(zhuǎn)速、風力機轉(zhuǎn)速、槳距角等測試數(shù)據(jù)可根據(jù)模型驗證的需求選取。

6.3.2仿真數(shù)據(jù)

用于仿真建模的數(shù)據(jù)包括：

a)電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，包括但不限于：等效電網(wǎng)電壓UG、電壓跌落發(fā)生裝置電網(wǎng)側接入點短路容量

Sk及阻抗角Ψ或阻抗比X/R；

b)電壓跌落設備參數(shù)，包括：限流阻抗Z1的電阻和電抗值、短路阻抗Z2的電阻和電抗值，以及

開關S1和S2的動作時序。

6.3.3測試信息

模型驗證中需要的低電壓穿越測試信息按照附錄A的格式提供。

6.4模型驗證步驟

6.4.1模型仿真

模型驗證前校核并調(diào)整電網(wǎng)參數(shù)，包括電壓、等效阻抗、短路容量。

依據(jù)風電機組實際測試情況，設置模型為6.2節(jié)規(guī)定的驗證工況，進行模型仿真，得到風電機組變

壓器低壓側（或高壓側）電壓、電流和功率仿真結果。

6.4.2數(shù)據(jù)處理

計算測試與仿真數(shù)據(jù)的線電壓、電流、無功電流、有功功率和無功功率的基波正序分量。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)應采用相同的量綱，時標，分辨率格式。測試與仿真數(shù)據(jù)的

時間序列應同步。故障過程分段以測試數(shù)據(jù)為依據(jù)進行。

6.4.3故障過程分區(qū)

以實際測試數(shù)據(jù)為依據(jù)，對故障過程進行分區(qū)，分區(qū)方法見附錄B，即：

a)根據(jù)測試電壓數(shù)據(jù)，將測試與仿真的數(shù)據(jù)序列分為A（故障前）、B（故障期間）、C（故障

后）三個時段；

b)根據(jù)有功功率和無功電流的響應特性，將B、C時段分為暫態(tài)區(qū)間和穩(wěn)態(tài)區(qū)間，其中B時段分

為B1（暫態(tài)）和B2（穩(wěn)態(tài)）區(qū)間，C時段分為C1（暫態(tài)）、C2（穩(wěn)態(tài)）區(qū)間。

6.4.4偏差計算

通過計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)之間的偏差，考核模型的準確程度。測試與仿真偏差計算的電氣量是：

a)電壓U；

b)有功功率P；

c)無功功率Q；

d)無功電流IQ。

用XS和XM分別表示以上電氣量的仿真數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)基波正序分量的標幺值。KStart和KEnd分別

表示計算偏差時第一個和最后一個仿真、測試數(shù)據(jù)的序號。

計算有功功率、無功功率和無功電流仿真數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)的偏差，包括平均偏差、平均絕對偏差、

最大偏差以及加權平均絕對偏差。其中，各時段暫態(tài)區(qū)間分別計算平均偏差和平均絕對偏差，穩(wěn)態(tài)區(qū)間

分別計算平均偏差、平均絕對偏差和最大偏差。計算電壓仿真數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差。

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NB/TXXXXX—XXXX

偏差計算方法如下：

a)穩(wěn)態(tài)區(qū)間的平均偏差

在穩(wěn)態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的算術平均，并取其絕對值，用F1表

示。

KEnd

(XM(i)XS(i))

iKStart（）

F1………….…………..…………5

KEndKStart1

b)暫態(tài)區(qū)間的平均偏差

在暫態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的算術平均，并取其絕對值，用F2表

示。

KEnd

(XM(i)XS(i))

iKStart（）

F2……………….………………..6

KEndKStart1

c)穩(wěn)態(tài)區(qū)間的平均絕對偏差

在穩(wěn)態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的絕對值的算術平均，用F3表示。

KEnd

(XM(i)XS(i))

iKStart（）

F3……….……….7

KEndKStart1

d)暫態(tài)區(qū)間的平均絕對偏差

在暫態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的絕對值的算術平均，用F4表示。

KEnd

(XM(i)XS(i))

iKStart（）

F4…………….…8

KEndKStart1

e)穩(wěn)態(tài)區(qū)間的最大偏差

在穩(wěn)態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的絕對值的最大值，用F5表示。

FmaxX(i)X(i)………….………………（9）

5i=KStart...KEndMS

f)加權平均絕對偏差

分別計算有功功率、無功功率、無功電流在A、B、C時段的平均絕對偏差，以FAP、FBP、FCP、

FAQ、FBQ、FCQ、FAIQ、FBIQ、FCIQ表示。

以B時段有功功率的平均絕對偏差FBP為例，KStart和KEnd分別表示B時段數(shù)據(jù)序列第一個和最后

一個數(shù)據(jù)的序號。計算如下：

KEnd

(PM(i)PS(i))

iKStart（）

FBP……10

KEndKStart1

將各時段的平均絕對偏差進行加權平均，得到整個過程的加權平均絕對偏差。三個區(qū)間的權值分別

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是：

a)A（故障前）：10%

b)B（故障期間）：60%

c)C（故障后）：30%

以有功功率為例計算加權平均絕對偏差如下：

FG_P0.1FAP0.6FBP0.3FCP……………（11）

每個驗證工況按照附錄C表C.1的格式記錄驗證結果。全部工況驗證完成后，按照附錄C表C.2的格式

記錄驗證結果，表中電壓跌落幅值根據(jù)實際開展模型驗證工況選擇的電壓跌落幅值填寫。

6.5驗證結果評價

偏差計算結果應滿足以下條件：

a)所有工況的穩(wěn)態(tài)區(qū)間電壓平均絕對偏差不超過0.05。

b)所有工況穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)區(qū)間的有功功率、無功功率和無功電流平均偏差、平均絕對偏差，穩(wěn)態(tài)區(qū)

間的最大偏差以及加權平均絕對偏差應不大于表1中的偏差最大允許值。

表1偏差最大允許值

電氣參數(shù)F1maxF2maxF3maxF4maxF5maxFGmax

有功功率，

0.070.200.100.250.150.15

ΔP/Pn

無功功率，

0.050.200.070.250.100.15

ΔQ/Pn

無功電流，

0.070.200.100.300.150.15

ΔI/In

其中，

F1max——穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均偏差最大允許值；

F2max——暫態(tài)區(qū)間平均偏差最大允許值；

F3max——穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差最大允許值；

F4max——暫態(tài)區(qū)間平均絕對偏差最大允許值；

F5max——穩(wěn)態(tài)區(qū)間最大偏差最大允許值；

FGmax——加權平均絕對偏差最大允許值。

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AA

附錄A

（資料性附錄）

風電機組模型驗證用測試數(shù)據(jù)格式

1.風電機組詳細信息

風電機組制造商

風電機組型號

額定功率Pn（kW）

額定電壓Un（V）

風電機組測試地點

其它設備（測試

附加設備）型號

2.測量點3電網(wǎng)信息

額定電壓Un（V）

短路容量Sk（MVA）

阻抗角/阻抗比Ψ（°）/

X/R

3.測試信息

測試序號12345678910111213141516

測試文件號

故障類型

（對稱/不對稱）

跌落持續(xù)時間t(ms)

電壓跌落幅值U/Un

Z1阻抗RL（Ω）

（限流阻抗）XL（Ω）

Z2阻抗RK（Ω）

(短路阻抗)XK（Ω）

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BB

附錄B

（規(guī)范性附錄）

故障過程分區(qū)方法

B.1總則

在進行偏差計算前，根據(jù)測試數(shù)據(jù)對故障前后及故障期間進行分區(qū)，以實現(xiàn)對各區(qū)段分別計算仿真

數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)的偏差。

B.2A、B、C時段判定

以測試電壓數(shù)據(jù)為依據(jù)，將測試與仿真的數(shù)據(jù)序列分為三個時段：

a)A——故障前；

b)B——故障期間；

c)C——故障后。

各時段針對有功功率、無功功率和無功電流測試數(shù)據(jù)在電壓跌落過程中的特性，分為暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)區(qū)

間，如圖B.1所示。

圖B.1驗證過程分區(qū)

判定A、B、C時段的開始和結束時刻方法如下：

a)電壓跌落前1s為A時段開始；

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b)電壓跌落至0.9Un時刻的前20ms為A時段結束，B時段開始；

c)故障清除開始時刻的前20ms為B時段結束，C時段開始；

d)故障清除后，風電機組有功功率開始穩(wěn)定輸出后的1s為C時段結束。

B.3暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)區(qū)間判定

B.3.1A時段

A時段均為穩(wěn)態(tài)區(qū)間，如圖B.1中的A1區(qū)間。

B.3.2B時段

B時段分為暫態(tài)區(qū)間和穩(wěn)態(tài)區(qū)間。電壓瞬時跌落階段為暫態(tài)區(qū)間，跌落后的穩(wěn)定運行階段為穩(wěn)態(tài)區(qū)

間。

圖B.1中B1為暫態(tài)區(qū)間，B2為穩(wěn)態(tài)區(qū)間。按照有功功率和無功電流的特性，B1和B2區(qū)間分別

判定。B1_a表示有功功率的暫態(tài)區(qū)間，B2_a表示有功功率的穩(wěn)態(tài)區(qū)間。B1_r表示無功功率和無功電流

的暫態(tài)區(qū)間，B2_r表示無功功率和無功電流的穩(wěn)態(tài)區(qū)間。

B.3.3C時段

C時段分為暫態(tài)區(qū)間和穩(wěn)態(tài)區(qū)間。電壓瞬時恢復階段為暫態(tài)區(qū)間，恢復后的穩(wěn)定運行階段為穩(wěn)態(tài)區(qū)

間。

圖B.1中C1為暫態(tài)區(qū)間，C2為穩(wěn)態(tài)區(qū)間。按照有功功率和無功電流的特性，C1和C2區(qū)間分別

判定。同B時段，有功功率、無功功率和無功電流各區(qū)間分別為C1_a，C2_a，C1_r，C2_r。

B.3.4B、C時段暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)區(qū)間判定方法

B、C時段根據(jù)有功功率和無功電流的響應特性，分為暫態(tài)區(qū)間和穩(wěn)態(tài)區(qū)間。暫態(tài)區(qū)間為電壓瞬時

大幅波動引起的電流、有功功率和無功功率的波動區(qū)間。穩(wěn)態(tài)區(qū)間為正常運行和電壓波動后穩(wěn)定運行的

區(qū)間。暫態(tài)開始時刻即為上一穩(wěn)態(tài)結束時刻，暫態(tài)結束時刻即為下一穩(wěn)態(tài)開始時刻。對電壓恢復引起的

暫態(tài)區(qū)間，功率和電流的波動進入該時段平均值的±10%范圍內(nèi)的后20ms為暫態(tài)過程的結束。

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附錄C

（資料性附錄）

模型驗證結果

表C.1模型驗證工作表

時

區(qū)間區(qū)間平均偏差區(qū)間平均絕對偏差時段平均絕對偏差權值加權平均絕對偏差穩(wěn)態(tài)區(qū)間最大偏差

段

FAIQ/FAP/FAQ/

區(qū)間F1_IQ/F1_P/F1_Q/F3_IQ/F3_P/F3_Q/

描述FUFBIQ/FBP/FBQ/FG_IQFG_PFG_QF5_IQF5_PF5_Q

名F2_IQF2_PF2_QF4_IQF4_PF4_Q

FCIQFCPFCQ

AA1穩(wěn)態(tài)0.1

B1暫態(tài)

B0.6

B2穩(wěn)態(tài)

C1暫態(tài)

C2穩(wěn)態(tài)

C0.3

C3暫態(tài)

C4穩(wěn)態(tài)

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