华北电力大学-电力行业：风电场聚合等值模型在振荡研究中的保真度评价

风电场聚合等值模型在振荡研究中的保真度评价2023年5月汇报提纲3结论第2页共32页风电、光伏等新能源快速发展。截至2022年底，我国风电新增装机容量37.63GW,累计装机容量365GW,占全球风机装机全球及中国累计风电装机容量■煤电；■气电；■核电；生物质发电；■常规水电；■风电；■太阳能发电；■新型储能；■抽水蓄能零碳情景下2020-2060年电源装机结构[1]第3页共32页以风电场为例，近年来次/超同步以及高频振荡现象频发，造成新能源脱网、多样化电力电子设备交互作用时间地点风电场振荡现象第4页共32页第5页共32页合理聚合等值是大规模风电场振荡机理分析的关键合理聚合等值是大规模风电场振荡机理分析的关键二拗线路30MW等值风电机组电缆架空线2主变压器240MVA,230/37.SkV12线路14线路#16线路单台直驱风机结构冀北某风电场拓扑(238台风机)链路链路链路风电场内部尾流效应链路链路链路风电场内部尾流效应聚合等值模型能否保留原系统的振荡特征空间分布导致不同风电场片区的风功率存在差异；尾流效应导致同一片区内不同机组风功率存在差异；机组供应厂商不同导致机组型号、控制系统存在差异；■220kV型22_第6页风机分群聚类：基于风功率分群、基于排列地理位置分群等。等值风机风速：拟合出实测风速-功率曲线，以等值前后功率相等等值风机参数：最常用的方法是容量加权法，以风机容量为权重，第7页共32页1.3保真度评价思路根据研究对象对风电场进行不同详细程度的等值提取振荡的主导因素选取评价指标对等值模型进行保真度评价保真度保真度第8页共32页汇报提纲3结论第9页共32页第10页共32页第11页共32页交灌系统游陷等值机组链路3链路。等值机组等值机组等值机等值机组交灌系统游陷等值机组链路3链路。等值机组等值机组等值机等值机组直驱风电场次同步振荡影响因素②详细风电场模型旌略?等值机组等值线路4机聚合模型单机聚合模型解决思路解决思路第12页共32页(1(1)风功率差异性对聚合模型次同步模态特征的影响案例1:尾流效应使得不同链路上风机功率存在差异聚合模型次同步模态根轨迹。同一链路风机功率相同第13页共32页(1)风功率差异性对聚合模型次同步模态特征的影响(1)风功率差异性对聚合模型次同步模态特征的影响案例1:尾流效应使得不同链路上风机功率存在差异基于根轨迹曲线得到频率和阻尼比特征，采用数值和趋势相似度分别对其进行评价。风功率差异频率相似度%数值趋势综合单机模型2机模型4机模型6机模型(基准)风功率差异数值趋势综合单机模型2机模型4机模型16机模型(基准)结论：考虑链路间尾流效应导致的功率差异时，等值模型次同步模态频率、阻尼比保真度较高。(1)风功率差异性对聚合模型次同步模态特征的影响案例2:尾流效应使得同一链路上风机功率存在差异风功率差异频率相似度%数值趋势综合风功率差异阻尼比相似度%数值趋势综合2机模型4机模型16机模型(基准)97.5297.52第15页共32页不同链路控制参数依次增大外环参数差异数值趋势不同链路控制参数依次增大外环参数差异数值趋势综合单机模型2机模型4机模型16机模型(基准)案例3:直流电压外环参数差异性对等值模型保真度的影响外环参数差异数值趋势综合单机模型2机模型4机模型16机模型(基准)98.3498.6899.25第16页共32页锁相环参数差异阻尼比相似度%数值趋势综合单机模型98.2874.63锁相环参数差异阻尼比相似度%数值趋势综合单机模型98.2874.6386.462机模型4机模型16机模型(基准)(2(2)控制参数差异性对聚合模型次同步模态特征的影响案例4:锁相环、电流内环参数差异性对等值模型保真度的影响考虑不同链路风机控制参数依次增大△Kp。参数差异△Kp从0逐渐增大到50%初始参数。频率相似度%锁相环参数差异数值趋势综合单机模型2机模型4机模型16机模型(基准)内环参数差异单机模型2机模型4机模型16机模型(基准)内环参数差异数值趋势综合数值趋势综合单机模型2机模型4机模型16机模型(基准)内环参数差异对等值模型保真度的影响实轴第17页共32页数值趋势综合数值趋势综合数值趋势综合数值趋势综合单机模型2机模型4机模型16机模型(基准)数值趋势综合数值趋势综合数值趋势综合数值趋势综合单机模型2机模型4机模型16机模型(基准)99.1299.8099.9998.51 聚合模型下次同步模态的阻尼比保真度低于频率保真度；不同链路风机参数不一致时，多条链路等值后控制参数差异对保真度的影响要高于尾流效应，其中直流电压外环、锁相环比例系数影响较大。第18页共32页第19页共32页第20页共32页2.2等值模型在高频振荡研究中的保真度评价D-Team双馈风电场模型双馈风电场模型A振荡现象。LlW43WI44Wr45T8ls₃lsTsTn1;I7uInWTsoWT53WTs4WTs54W₃WT6Wi49第21页共32页在研究集电线路、滤波器、控制参数等对等值高频阻抗特性保真度的影响时，链路1中15台风机均建模，其余三条链路分别等值为1台30MW风电机组。在研究不同等值/分群方法对保真度的影响时，对4条链路60台风机均建模。线路(电缆)高频振荡现象。由于功率外环和电压外环的控制带宽一般低于100Hz,对于高频影响很小，由于风电场内集电线路小于5公里，在满足精度需求下，集电线路采用单个π互联系统(SVG+交流)扫频与理论阻抗对比第22页共32页第23页共32页案例案例 第24页共32页滤波器电感/mH滤波器电感/mH(2)滤波器与控制参数的影响(2)滤波器与控制参数的影响单一参数及多参数存在偏差的影响控制链路延时为200μs,考虑±10%以内服从正态分布的偏差；滤波电感为0.4mH,考虑±0.2%~±0.5%以内服从正态分布的偏差；滤波电容为501.3μF,考虑-5%~10%以内服从正态分布的偏差；设置链路1中15台风电机组电流内环比例系数存在偏差。风电机组编号第25页共32页第26页共32页相位()相位()(2)滤波器与控制参数的影响(2)滤波器与控制参数的影响 案例忽略风电机组间集电线路考虑风电机组间集电线路振荡频率相对误差高频段相位RMSE振荡频率相对误差高频段相位RMSE在高频振荡研究中，风电机组间集电线路对等值阻抗特性的保真度影响较大，等值需考虑集电线路的影响；风电机组之间的控制延时、电流内环比例系数、滤波器参数差异对风电场等值高频阻抗特性的保真度影响较小。[1]甘繁欣，郭春义，程浩，谭尚晨，杜东冶.双馈风电场等值阻抗模型在高频振荡研究中的适用性分析与评价[J/OL].中国电机工程学报：1-14[2023-05-05].第27页共32页摆第28页共32页(4)不同分群聚类方法对高频阻抗特性保真度的影响风速设置情况分群结果机群2机群3 机群1机群2机群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机群1机群2机群346~60第29页共32页2.2等值模型在高频振荡研究中的保真度评价D-(4)不同分群聚类方法对高频阻抗特性保真度的影响CC电场高频阻抗特性误差相对较大。第30页共32页汇报提纲第31页共32页3结论[1]针对不同的研究问题，聚合等值需考虑不同的主导因素