基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，包括：獲取風電場和光伏電站并網點的實測電壓、頻率、有功功率和無功功率值；接著將實測電壓和頻率值分別作為快速反應發電機勵磁和調速系統的控制參考值，實現對外部電網的精確等值；然后通過數字仿真計算得到并網點的有功功率和無功功率值，與實測的有功功率和無功功率值進行比較，若一致，則證明風電場和光伏電站模型準確，反之則說明存在誤差；并且隨著實測等值點的進一步收縮，該方法可用于定位風電場和光伏電站模型誤差來源的具體位置。
【專利說明】
基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法
技術領域
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[0001]本發明涉及電力系統模型驗證領域，更具體涉及一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法。
【背景技術】
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[0002]隨著風電、光伏發電等新能源接入電網的規模不斷增大，其對電網的影響得到了廣泛關注和研究。新能源電站模型的準確度是研究其與電網相互影響的關鍵因素，然而尚未得到很好解決。目前，為得到準確的新能源發電單元和場站的模型參數，人們普遍采用設備現場測試的方法，并且需要多次試驗，然后通過調整模型參數來不斷擬合試驗曲線。設備測試會影響新能源電站的正常運行，導致經濟損失，且這樣的建模驗證方法往往只用于理想的單機無窮大系統，在用于實際復雜的互聯電力系統時，存在建模周期長、整體模型復雜易出錯、各種元件的模型參數不確定因素多、不能排除對實際電網建模的誤差影響、難以定位模型誤差的來源等問題，效果不佳。
[0003]近年來，隨著測量技術的快速發展，特別是廣域測量系統(WAMS)的不斷推廣應用，提供了具有統一時標的同步相量，使得大區電網中分布于各處的點可以在同一時間尺度下進行比較，為仿真模型驗證研究提供了新思路。如何利用寶貴的WAMS系統測量數據，建立新能源電站接入系統的故障端口特性模型，排除對電網進行建模的誤差的影響，實現對實際復雜互聯電力系統快速的仿真建模驗證，并基于WAMS系統實測數據注入的混合動態仿真方法，逐步縮小新能源電站內部建模誤差來源定位的范圍，進而完成新能源電站及其內部元件的模型驗證，是值得深入研究的問題。
【發明內容】
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[0004]本發明的目的是提供一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，依靠實測數據來精確等值外部電網，有效避免對外部電網系統建模的誤差。
[0005]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，包括:
[0006]測量風電場/光伏電站并網點的參數；
[0007]建立快速反應發電機，建立所述發電機勵磁和調速系統模型；
[0008]通過所述參數確定所述系統模型的控制參考值；
[0009]建立風電場和光伏電站接入系統模型；
[0010]在所述風電場和光伏電站接入系統模型中模擬某種現場擾動，得到該擾動下所述風電場和光伏電站并網點的有功功率和無功功率值；
[0011]確定所述有功功率和無功功率值與實測的有功功率和無功功率值各自的偏差量;
[0012]通過所述偏差量判斷所述風電場和光伏電站接入系統模型的準確性；
[0013]若所述風電場和光伏電站接入系統模型不準確，則進一步收縮實測等值點，定位誤差來源。
[0014]本發明提供的一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，將風電場和光伏電站并網點測量到的電壓和頻率值參數輸入到所述發電機勵磁和調速系統模型中，作為其控制參考值。
[0015]本發明提供的一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，在風電場和光伏電站接入系統模型中，其并網點以外部分用快速反應發電機代替。
[0016]本發明提供的另一優選的一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，若所述偏差值的絕對值小于各自對應的實測有功功率和無功功率值的5 %，則建立的所述風電場和光伏電站接入系統模型是準確的；若所述偏差量絕對值大于各自對應的實測有功功率和無功功率值的5%，則建立的所述風電場和光伏電站接入系統模型是不準確的。
[0017]本發明提供的再一優選的一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，若所述建立的風電場和光伏電站接入系統模型不準確，根據現場實際測量，將外部電網等值點收縮，用快速反應發電機代替新的等值點以外的電網模型，定位誤差來源處。
[0018]本發明提供的又一優選的一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，所述現場擾動包括短路故障擾動。
[0019]本發明提供的又一優選的一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，所述風電場和光伏電站接入系統模型包括風電場和光伏電站、升壓變壓器、線路、降壓變壓器和負荷。
[0020]本發明提供的又一優選的一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，所述參數包括電壓、頻率、有功功率和無功功率值。
[0021]本發明提供的又一優選的一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，所述風電場并網點包括風電場升壓站高壓側母線或節點；若所述光伏電站有升壓站，所述光伏電站并網點包括升壓站高壓側母線或節點；若光伏電站無升壓站，所述光伏電站并網點包括光伏電站的輸出匯總點。
[0022]和最接近的現有技術相比，本發明提供技術方案具有以下優異效果:
[0023]1、本發明提供的技術方案依靠實測數據來精確等值外部電網，有效避免對外部電網系統建模的誤差；
[0024]2、本發明提供的技術方案采用電壓幅值和頻率幅值實測數據，其獲取難度比電壓相角小，且一般也能滿足數據同時性的要求；
[0025]3、本發明提供的技術方案同樣適用于未安裝相量測量裝置(PMU)的場合；
[0026]4、本發明提供的技術方案降低了對電站正常運行的影響，減少經濟損失；
[0027]5、本發明提供的技術方案具備通用性，容易擴展應用至電力系統各元件模型的準確性驗證和誤差定位問題，應用前景廣闊；
[0028]6、本發明提供的技術方案通過控制發電機的勵磁和調速系統控制參考值來等值外部電網，物理概念清晰，簡便易用，便于不同知識層次的電力行業工程師和科研工作者掌握和使用。
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明的風電場/光伏電站接入系統算例結構示意圖；
[0030]圖2為本發明的采用快速反應發電機等值外部電網的風電場和光伏電站接入系統結構圖；
[0031]圖3為本發明的快速反應發電機的勵磁系統模型示意圖；
[0032]圖4為本發明的快速反應發電機的調速系統模型示意圖；
[0033]圖5為本發明的實測的風電場/光伏電站并網點電壓幅值和仿真得到的風電場/光伏電站并網點電壓幅值的對比圖；
[0034]圖6為本發明的實測的風電場/光伏電站并網點頻率幅值和仿真得到的風電場/光伏電站并網點頻率幅值的對比圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結合實施例對發明作進一步的詳細說明。
[0036]實施例1:
[0037]如圖1-6所示，本例的發明提供的一種基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，包括以下步驟:
[0038]步驟1:測量風電場/光伏電站并網點的電壓、頻率、有功功率和無功功率值；
[0039]步驟2:建立快速反應發電機及其勵磁和調速系統模型；
[0040]步驟3:將風電場/光伏電站并網點實測電壓和頻率值輸入到快速反應發電機勵磁和調速系統模型中，作為其控制參考值；
[0041 ] 步驟4:建立風電場/光伏電站接入系統模型，其中并網點以外部分用快速反應發電機代替；
[0042]步驟5:在電力系統數字仿真分析軟件中模擬某種現場擾動，得到該擾動下風電場/光伏電站并網點的有功功率和無功功率值；
[0043]步驟6:將步驟5得到的風電場/光伏電站并網點有功功率和無功功率值減去實測的有功功率和無功功率值，得到偏差量；
[0044]步驟7:判別步驟6得到的偏差量的大小，若其絕對值小于實測有功功率和無功功率值的5%，則認為在電力系統數字仿真軟件中建立的風電場/光伏電站模型是準確的；若偏差量絕對值大于實測有功功率和無功功率值的5%，則認為在電力系統數字仿真軟件中建立的風電場/光伏電站模型是不準確的；
[0045]步驟8:若步驟7得到的結論是所建立的風電場/光伏電站模型不準確，可根據現場實際測量情況，將外部電網等值點進一步收縮，用快速反應發電機代替新的等值點以外的電網模型，并重復步驟5-7，則可定位誤差來源處。
[0046]所述步驟I中，對于風電場并網點指風電場升壓站高壓側母線或節點；對于光伏電站并網點，若光伏電站有升壓站，指升壓站高壓側母線或節點，若光伏電站無升壓站，指光伏電站的輸出匯總點。對于獲得的測量數據，需要對其進行處理，處理措施包括濾波、數據間隔與系統仿真步長一致化等。
[0047]所述步驟2中的快速反應發電機模型可采用經典的2階或3階同步發電機模型，勵磁和調速系統模型可采用國家/國際標準中的簡單模型，通過設置勵磁和調速系統的時間常數足夠小，來使得同步發電機具備快速調節特性。
[0048]所述步驟3中，將風電場/光伏電站并網點實測電壓和頻率值輸入勵磁和調速模型中，可根據仿真軟件不同的功能設置，通過讀取含有一系列實測電壓和頻率值的文件等方法實現。
[0049]所述步驟4中風電場/光伏電站接入系統模型一般包括風電場/光伏電站、升壓變壓器、線路、降壓變壓器、負荷等，可在DIgSILENT PowerFactory、PSS/E、PSASP、BPA等國內外常用電力系統數字仿真分析軟件中建立。
[0050]所述步驟5中現場擾動一般應包括短路故障等較大擾動。系統仿真時，潮流分布的初始狀態應進行調整，使得與現場實測工況故障前狀態一致。
[0051]所述步驟8中，可根據現場實際測量數據的豐富程度，通過不斷將外部電網等值點收縮，重復步驟5-7來準確定位風電場/光伏電站模型誤差的來源。
[0052]其中，圖4和圖5的相關變量含義為:Vt。—_surad:實測的風電場/光伏電站并網點電壓幅值，Vt:仿真中風電場/光伏電站并網點的電壓幅值，Efd:勵磁電壓值，E fd。:勵磁電壓的初始穩態值，Vs:電力系統穩定器(PSS)的輸出值，omega:發電機轉速的標幺值，F。―_s_d:發電機實測頻率值的標么值，cosr:功率因數，S1^視在功率，P t:機械功率。
[0053]最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，所屬領域的普通技術人員盡管參照上述實施例應當理解:依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，這些未脫離本發明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發明的權利要求保護范圍之內。
【主權項】
1.基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，其特征在于:包括: 測量風電場/光伏電站并網點的參數； 建立快速反應發電機，建立所述發電機勵磁和調速系統模型； 通過所述參數確定所述系統模型的控制參考值； 建立風電場和光伏電站接入系統模型； 在所述風電場和光伏電站接入系統模型中模擬某種現場擾動，得到該擾動下所述風電場和光伏電站并網點的有功功率和無功功率值； 確定所述有功功率和無功功率值與實測的有功功率和無功功率值各自的偏差量； 通過所述偏差量判斷所述風電場和光伏電站接入系統模型的準確性； 若所述風電場和光伏電站接入系統模型不準確，則進一步收縮實測等值點，定位誤差來源。2.如權利要求1所述的基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，其特征在于:將風電場和光伏電站并網點測量到的電壓和頻率值參數輸入到所述發電機勵磁和調速系統模型中，作為其控制參考值。3.如權利要求1所述的基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，其特征在于:在風電場和光伏電站接入系統模型中，其并網點以外部分用快速反應發電機代替。4.如權利要求1所述的基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，其特征在于:若所述偏差值的絕對值小于各自對應的實測有功功率和無功功率值的5%，則建立的所述風電場和光伏電站接入系統模型是準確的；若所述偏差量絕對值大于各自對應的實測有功功率和無功功率值的5%，則建立的所述風電場和光伏電站接入系統模型是不準確的。5.如權利要求4所述的基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，其特征在于:若所述建立的風電場和光伏電站接入系統模型不準確，根據現場實際測量，將外部電網等值點收縮，用快速反應發電機代替新的等值點以外的電網模型，定位誤差來源處。6.如權利要求1所述的基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，其特征在于:所述現場擾動包括短路故障擾動。7.如權利要求1、4或5所述的基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，其特征在于:所述風電場和光伏電站接入系統模型包括風電場和光伏電站、升壓變壓器、線路、降壓變壓器和負荷。8.如權利要求1所述的基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，其特征在于:所述參數包括電壓、頻率、有功功率和無功功率值。9.如權利要求1所述的基于快速反應發電機的風電場和光伏電站模型驗證方法，其特征在于:所述風電場并網點包括風電場升壓站高壓側母線或節點；若所述光伏電站有升壓站，所述光伏電站并網點包括升壓站高壓側母線或節點；若光伏電站無升壓站，所述光伏電站并網點包括光伏電站的輸出匯總點。
【文檔編號】G06F17/50GK105989206SQ201510083192
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月15日
【發明人】趙大偉, 馬進, 朱凌志, 張磊, 劉艷章, 韓華玲, 陳寧, 姜達軍, 曲立楠, 錢敏慧, 葛路明, 王湘艷, 趙亮, 于若英, 施濤, 羅芳, 江星星, 彭佩佩, 居蓉蓉, 胡東平, 孫檬檬, 何潔瓊, 孫樹敏, 程艷, 李廣磊
【申請人】國家電網公司, 中國電力科學研究院, 華北電力大學, 國網山東省電力公司