含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法

技术领域

本发明属于含风电接入的电网机电动态特性模拟技术领域，特别涉及一种含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法。

背景技术

对于风电高占比实际电网的频率动态特性研究而言，其技术快速发展离不开大量的试验测试和验证。由于在实际电网中开展实验极其困难且耗费时间，动模实验平台的搭建使得在实验室开展相关实验成为可能，研究人员可以先在实验平台上进行相关实验，待技术完善可行后再应用于实际电网。动模实验平台的出现极大地促进了风电技术的研发，为我国风电并网的发展贡献宝贵力量。

动模实验平台中风机模拟器与同步机模拟器对实际风电机组与实际电网的模拟方法主要为比例缩放和惯量补偿策略，以解决模拟器的转动惯量远小于实际被模拟机组转动惯量的问题。但是，这种模拟方法只适用于风机模拟器或同步机模拟器单独模拟运行，若仅利用比例缩放和惯量补偿算法使动模实验平台模拟含风电接入的实际电网，系统中风机和同步机需要设定相同的模拟比例缩放倍数，因此被模拟电网中的风电占比与实验平台风机模拟器容量占比相同，导致该系统难以模拟不同风电占比的实际电网。

基于上述情况，迫切需要一种基于容量补偿算法的含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法，通过附加转矩补偿实现不同缩放倍数下风机和同步机的机电动态模拟，使固定容量比例的硬件平台能够模拟不同风电占比电网的机电动态。

发明内容

本发明的目的在于针对现有含风电接入的电网动模实验平台难以模拟不同风电占比电网的问题，提供一种基于容量补偿算法的含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法，通过附加补偿转矩使动模实验平台能够模拟不同风电占比下电网的频率动态。

实现本发明目的的技术解决方案为：一方面，提供了一种含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将实际电网等值为电网频率动态响应模型，并确定其参数，该模型包括1台等值同步机、1台等值风机和等值负载；

步骤2，确定动模实验平台内风机模拟器、同步机模拟器的参数；

步骤3，采集动模实验平台负载功率P

步骤4，分别计算动模实验平台中风机模拟器容量、同步机模拟器容量、回馈式负载功率与实际电网中风机容量、同步机容量、负载功率之间的缩放倍数，分别记为n

步骤5，根据上述所有数据计算附加补偿转矩T

步骤6，将步骤5计算的补偿转矩附加于动模实验平台同步机模拟器的机械转矩指令T

进一步地，步骤1中所述参数包括等值风机、等值同步机的额定容量S

式中，H

进一步地，步骤2中参数包括动模实验平台内风机模拟器与同步机模拟器的额定容量S

进一步地，步骤4中缩放倍数n

进一步地，步骤5中所述附加补偿转矩T

式中，ω

进一步地，步骤6中补偿后的同步机模拟器的机械转矩指令T

T

式中，T

另一方面，提供了一种含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟系统，所述系统包括以下模块：

数据获取模块：用于采集动模实验平台中风机模拟器的电磁转矩T

数据输入模块：用于输入动模实验平台和被模拟实际电网等值的电网频率动态响应模型的各项参数；

数据计算模块：用于计算电网频率动态响应模型中同步机的转动惯量J

数据下发模块：用于向动模实验平台同步机模拟器下发经附加补偿转矩后的机械转矩指令T

另一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现：

步骤1，将实际电网等值为电网频率动态响应模型，并确定其参数，该模型包括1台等值同步机、1台等值风机和等值负载；

步骤2，确定动模实验平台内风机模拟器、同步机模拟器的参数；

步骤3，采集动模实验平台负载功率P

步骤4，分别计算动模实验平台中风机模拟器容量、同步机模拟器容量、回馈式负载功率与实际电网中风机容量、同步机容量、负载功率之间的缩放倍数，分别记为n

步骤5，根据上述所有数据计算附加补偿转矩T

步骤6，将步骤5计算的补偿转矩附加于动模实验平台同步机模拟器的机械转矩指令T

另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现：

步骤1，将实际电网等值为电网频率动态响应模型，并确定其参数，该模型包括1台等值同步机、1台等值风机和等值负载；

步骤2，确定动模实验平台内风机模拟器、同步机模拟器的参数；

步骤3，采集动模实验平台负载功率P

步骤4，分别计算动模实验平台中风机模拟器容量、同步机模拟器容量、回馈式负载功率与实际电网中风机容量、同步机容量、负载功率之间的缩放倍数，分别记为n

步骤5，根据上述所有数据计算附加补偿转矩T

步骤6，将步骤5计算的补偿转矩附加于动模实验平台同步机模拟器的机械转矩指令T

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1)本发明克服了现有含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法难以模拟不同风电占比电网的问题，通过附加补偿转矩使实验平台能够模拟不同风电占比下实际电网的频率动态。

2)本发明是一种可通过软件编写而成的控制策略，应用简单易行，且本发明的改进效果明显。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明基于容量补偿算法的含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法流程图。

图2为动模实验平台风机模拟器、同步机模拟器以及回馈式负载的控制框图。

图3为被模拟实际电网的频率动态响应等值模型示意图。

图4为本发明在图2所示动模实验平台上的实验结果，其中被模拟实际电网的频率响应曲线由仿真给出。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，提供了一种含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1，将实际电网等值为电网频率动态响应模型，并确定其参数，该模型包括1台等值同步机、1台等值风机和等值负载；

所述参数包括等值风机、等值同步机的额定容量S

式中，H

步骤2，确定动模实验平台内风机模拟器、同步机模拟器的参数，包括动模实验平台内风机模拟器与同步机模拟器的额定容量S

步骤3，采集动模实验平台负载功率P

步骤4，分别计算动模实验平台中风机模拟器容量、同步机模拟器容量、回馈式负载功率与实际电网中风机容量、同步机容量、负载功率之间的缩放倍数，分别记为n

所述缩放倍数n

步骤5，根据上述所有数据计算附加补偿转矩T

式中，ω

步骤6，将步骤5计算的补偿转矩附加于动模实验平台同步机模拟器的机械转矩指令T

T

式中，T

在一个实施例中，提供了一种含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟系统，所述系统包括以下模块：

数据获取模块：用于采集动模实验平台中风机模拟器的电磁转矩T

数据输入模块：用于输入动模实验平台和被模拟实际电网等值的电网频率动态响应模型的各项参数；

数据计算模块：用于计算电网频率动态响应模型中同步机的转动惯量J

数据下发模块：用于向动模实验平台同步机模拟器下发经附加补偿转矩后的机械转矩指令T

关于含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟系统的具体限定可以参见上文中对于含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法的限定，在此不再赘述。上述含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

步骤1，将实际电网等值为电网频率动态响应模型，并确定其参数，该模型包括1台等值同步机、1台等值风机和等值负载；

步骤2，确定动模实验平台内风机模拟器、同步机模拟器的参数；

步骤3，采集动模实验平台负载功率P

步骤4，分别计算动模实验平台中风机模拟器容量、同步机模拟器容量、回馈式负载功率与实际电网中风机容量、同步机容量、负载功率之间的缩放倍数，分别记为n

步骤5，根据上述所有数据计算附加补偿转矩T

步骤6，将步骤5计算的补偿转矩附加于动模实验平台同步机模拟器的机械转矩指令T

关于每一步的具体限定可以参见上文中对于含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法的限定，在此不再赘述。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

步骤1，将实际电网等值为电网频率动态响应模型，并确定其参数，该模型包括1台等值同步机、1台等值风机和等值负载；

步骤2，确定动模实验平台内风机模拟器、同步机模拟器的参数；

步骤3，采集动模实验平台负载功率P

步骤4，分别计算动模实验平台中风机模拟器容量、同步机模拟器容量、回馈式负载功率与实际电网中风机容量、同步机容量、负载功率之间的缩放倍数，分别记为n

步骤5，根据上述所有数据计算附加补偿转矩T

步骤6，将步骤5计算的补偿转矩附加于动模实验平台同步机模拟器的机械转矩指令T

关于每一步的具体限定可以参见上文中对于含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法的限定，在此不再赘述。

作为一种具体示例，在其中一个实施例中，对本发明进行进一步详细描述。

利用动模实验平台对本发明提出的方法进行验证。动模实验平台包括风机模拟器、同步机模拟器以及回馈式负载，其主要参数见表1。

表1动模实验平台主要参数

为了使动模实验平台模拟实际电网，首先将实际电网中的风电电源与同步电源等值为单台风机与单台同步机。对此，本发明将实际电网等值为一种简单的电网频率动态响应模型，如图3所示。电网频率动态响应模型的主要参数见表2。

表2电网频率动态响应模型主要参数

应用本发明的基于容量补偿算法的含风电接入电网动模实验平台机电动态模拟方法，具体实施为以下步骤：

步骤1，将实际电网等值为电网频率动态响应模型，等值模型由1台等值同步机、1台等值风机和等值负载组成，并确定等值模型中风机、同步机的额定容量S

式中，H

步骤2，确定动模实验平台内风机模拟器与同步机模拟器的额定容量S

步骤3，采集动模实验平台负载功率P

步骤4，分别计算动模实验平台中风机模拟器容量、同步机模拟器容量、回馈式负载功率与实际电网中风机容量、同步机容量、负载功率之间的缩放倍数，分别记为n

步骤5，计算附加补偿转矩T

式中，ω

步骤6，计算附加补偿转矩后同步机模拟器的机械转矩指令T

T

式中，T

下面进行实验验证，设置系统于10s时发生负载功率突增，实验结果如图4所示。其中被模拟实际电网频率响应曲线由仿真给出，而传统机电动态模拟方法与本发明基于容量补偿的机电动态模拟方法频率响应曲线均由实验得出。由图可知，传统方法下模拟频率与实际频率的最小值偏差为6.88％，而本发明方法下最小值偏差为0.99％，可见传统方法下实验平台在被模拟电网风电占比与硬件平台不一致时模拟频率存在偏差，无法准确得出被模拟实际电网的频率动态特性，而应用本发明后这一问题得到解决。

综上所述，本发明设计了一种附加转矩补偿策略，能实现动模实验平台不同缩放倍数下风机和同步机的机电动态模拟，使固定容量比例的硬件平台能够模拟不同风电占比电网的机电动态。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。