基于PSD-BPA的风电并网模型及实证应用研究

发布时间：2020-10-27 18:13

　　 随着电力电子技术的不断革新,以风力发电系统为代表的可再生能源技术得到了快速发展。现阶段,风电场与风电场群已成为我国“十三五”规划中清洁能源建设的重要组成部分。然而,由于风力发电系统融合了大量电力电子装置,是离散时间、非线性动态混杂系统,传统的电网仿真模型与分析手段已不再适用于新形势下的电力系统;另外,考虑到风电出力的随机波动性,风力发电系统对电网的规划、建设与运行带来了新的技术挑战。为开展在高风电渗透率下电力系统动态特性的研究,首先要对风电机组与风电场的特点具有深入、全面的认识,因此需要建立风电系统各个时间尺度下的数学模型。目前,电力系统相关部门往往已具备详实的电网模型数据,但缺少实用、科学的风电并网模型,难以分析大规模风电系统并网规划、建设和运行等技术问题,因此亟需有关风电并网模型的构建、分析与应用等研究资料。为适应这一趋势,我国主流的电力系统综合仿真软件PSD-BPA陆续推出了面向系统分析的各类风机暂态仿真模型。然而,由于现有的应用与讨论还集中在旧版本的封装模型,缺乏对新一代风机模型的机理特性、构建方法和分析验证等研究,影响了当前电力系统规划和运行仿真数据库对风电能源的接纳进程。本文旨在解决BPA新型风机模型建立、分析与应用方面的问题。首先,通过对BPA核心功能的解读,论证潮流与暂态稳定计算的关系,提出聚合等值理论的应用方法;同时,聚焦BPA模型的关键细节,完成各模块从物理概念到数学模型的特性解析;随后在理论分析的基础上,以时域仿真为手段对新型风机模型的参数影响、暂态特性进行了深入研究,并以此为依据讨论BPA风机模型的搭建法则;最后,对所建风机模型进行了对比验证与实例应用分析,包括动态干扰情况下的功率控制特性、与实测数据的对比、不同类型的风机暂态稳定性能,并针对风电出力的随机波动性与当前BPA潮流计算的不足,研发了一种稳定、高效的时序潮流计算策略与实现方案。本文研究内容是对BPA风电模型原理与应用的多方面解读,有助于完善相关部门对该软件的理解认识,提高风电建模水平。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM614
【部分图文】：

机则没有变换器模块；作为介于这两者之间的一种风机类型，双馈风机既通过定子与电网直接耦合，同时亦装备变换器进行解耦控制，具有充足的代表性。BPA 中的风电机组暂态模型经历了较多变化： 从 4.0 版本开始，BPA 的暂态稳定程序加入了风力发电机组模型；初始的风机类型仅有固定转速风机（且轴系模型仅为单质量块模型）与 GE 双馈风机模型[13]； BPA 的 4.15 版本增加了固定转速风机模型的双质量块轴系模型模拟功能；对原有的 GE 双馈风电机组模型进行了调整，增加了 GE 直驱类型风电机组；除此之外，还增加了风电机组的输出控制功能[13]； BPA 的 4.23 版本又对风电模型进行了较大的改进和完善，增加了一般形式的双馈风机（本文又将其称为“通用双馈风机模型”）与一般形式的直驱风机模型，另外还添加了金风风电厂家的直驱风机模型[14]； BPA 的 5.0 版本再次更新风机模型，将变速风机的运行状况区分为正常状态与低电压穿越状态，并为变速风机模型加入了低电压穿越保护模型，另外还添加了多种厂家定制模型[15]。

图 2-4 华东某风电场的地理接线示意Figure 2-4 Geographical diagram of a wind farm in East China0.69kV0.69kVPCC上海电网35kV230kVPCC35kV230kV聚合等值上海电网Unit 1 Unit 2 Unit 7 Unit 8

图 2-11 BPA 中的双质量块轴系模型Figure 2-11 Double-mass shaft model in BPA以根据该模型得到关于 的欧拉方程，推导轴系（自然）振荡频率以数（阻尼比）：01 1 1 102 2sG W G WD KH H H H 轴系自然振荡频率为：01 12oscG WKH H 对阻尼系数（阻尼比）为：01 122 2sG WDKH H 上计算式中，sD 与 K 均为标幺值，而在 BPA 轴系模型卡（ME 卡）方面其要求填写的是转动惯量而非惯性时间常数，另一方面其他需均为有名值，对应计算方法如下：
【参考文献】

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本文编号：2858870