风电机组电气仿真模型建模导则(征求意见稿).doc
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1、ICS 点击此处添加 ICS 号 点击此处添加中国标准文献分类号中华人民共和国能源行业标准风电机组电气仿真模型建模导则Guideline for Electrical Simulation Models of Wind Turbines点击此处添加与国际标准一致性程度的标识(征求意见稿)本稿完成日期:2013 年 10 月 30 日XXXX - XX - XX 实施201X- XX - XX 发布NB/T XXXXXXXXX国家能源局 发 布NB/T XXXXXXXXXI目 次前言.II1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 符号定义.25 风电机组模型.45.1 基本要求.4
2、 5.2 模型接口和初始化.4 5.3 风电机组模型结构.5 5.4 子模块模型.106 模型验证方法与步骤.156.1 验证基本原则.15 6.2 验证工况.16 6.3 仿真与测试数据要求.16 6.4 模型验证步骤.17 6.5 验证结果评价.19附 录 A (资料性附录) 风电机组模型验证用测试数据格式.20附 录 B (规范性附录) 故障过程分区方法.21附 录 C (资料性附录) 模型验证结果.23参考文献.25编 制 说 明.26NB/T XXXXXXXXXII前 言本标准依据GB/T 1.1-2009标准化工作导则 第1部分:标准的结构和编写编制。 本标准的附录A和附录C为资料
3、性附录,附录B为规范性附录。 本标准由XXX提出。 本标准由能源行业风电标准化技术委员会归口。 本标准起草单位:中国电力科学研究院。 本标准主要起草人:XXX,XXX,XXX,XXX,XXX,XXX,XXX,XXX。NB/T XXXXXXXXX1风电机组电气仿真模型建模导则1 范围本标准规定了风电机组电气仿真模型的分类、结构、子模块实现以及模型验证方法与步骤。 本标准适用于电力系统稳定计算用风电机组电气仿真模型的建模和验证。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅所注日期的版本适用于本 文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本
4、文件。 GB/T 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定 NB/T XXXX 风电机组低电压穿越建模及验证方法 NB/T XXXX 风电机组低电压穿越能力测试规程3 术语和定义3.1 风电机组额定功率 rated power for wind turbines风电机组连续稳定运行在额定工况时输出的有功功率。3.2 电力系统稳定 power system stability 电力系统受到大扰动后,过渡到新的或恢复到原来稳态运行方式的能力。3.3 低电压穿越 Low Voltage ride through 当电力系统事故或扰动引起风电场并网点电压或频率变化时,在一定的电压、频率变化范围
5、和时 间间隔内,风电机组能够保证不脱网连续运行。3.4 电压跌落发生装置 voltage dip generator 在低电压穿越测试中,使测试点产生满足测试要求电压跌落的试验设备。3.5 电压跌落幅值 depth of voltage dip电压跌落期间线电压最小值与额定值的比值,以标幺值或百分比表示。3.6 NB/T XXXXXXXXX2稳态区间 steady-state range风电机组并网运行时,机端电压不发生瞬时突变,保持稳定运行的过程区间。3.7 暂态区间 transient-state range风电机组并网运行时,机端电压发生瞬时突变,风电机组由一个稳定状态过渡到另一稳定状态
6、的 过渡过程区间。3.8 基波正序分量 positive sequence component of the fundamental三相系统的基波分量中,三个对称相序分量之一,它存在于对称的和不对称的正弦量三相系统中, 由下列复数表达式定义:(1)2 11231 3LLLXXXX式中:是120运算因子,而、和是有关相量的复数表达式,其中表示系统电流或1LX2LX3LXX电压的相矢量。3.9 基波负序分量 negative sequence component of the fundamental三相系统的基波分量中,三个对称相序分量之一,它仅存在于一个不对称的正弦量三相系统中, 由下列复数表达
7、式定义:.(2)2 21231 3LLLXXXX式中:是120运算因子,而、和是有关相量的复数表达式,其中表示系统电流或1LX2LX3LXX电压的相矢量。4 符号、代号和缩略语下列符号适用于本标准: 叶片桨距角 cmd主控制系统桨距角指令 gen发电机角速度 ref风力机初始角速度 WTR风力机角速度 WTRn风力机额定角速度 UWTTG风电机组发电机变流器系统端电压 UWTT风电机组机端电压 VW风速 PWTref稳态运行有功功率参考值NB/T XXXXXXXXX3QWTref稳态运行无功功率参考值 VWTref稳态运行电压参考值 空气密度 csh传动链轴系阻尼系数 cp风能转换效率系数 f
8、WTT风电机组机端电压频率 F1变流器保护触发标志 F2风电机组保护触发标志 HWTR风力机惯性时间常数 Hgen发电机惯性时间常数 IWTTG风电机组发电机变流器系统端电流 IWTT风电机组机端电流 In风电机组额定电流 IQ风电机组无功电流 Ir发电机转子电流 ksh传动链轴系刚度系数 P风电机组机端有功功率 Pn风电机组额定功率 Paero风电机组捕获的风功率 Pgen发电机有功功率 Q风电机组机端无功功率 Qcmd风电机组无功功率指令 R风力机叶轮半径 Tcmd风电机组转矩指令 Tinit风力机初始转矩 TP变桨系统等效惯性时间常数 UG模型验证用等效电网电压 S1旁路开关 S2短路开
9、关Sk电压跌落发生装置电网侧接入点短路容量电压跌落发生装置电网侧接入点阻抗角 Z1限流阻抗 Z2短路阻抗 F1_IQ无功电流稳态区间平均偏差 F2_IQ无功电流暂态区间平均偏差 F3_IQ无功电流稳态区间平均绝对偏差 F4_IQ无功电流暂态区间平均绝对偏差 F5_IQ无功电流稳态区间最大偏差 FAIQ无功电流 A 时段平均绝对偏差 FBIQ无功电流 B 时段平均绝对偏差 FCIQ无功电流 C 时段平均绝对偏差 FG_IQ无功电流加权平均绝对偏差NB/T XXXXXXXXX4F1_P有功功率稳态区间平均偏差 F2_P有功功率暂态区间平均偏差 F3_P有功功率稳态区间平均绝对偏差 F4_P有功功率
10、暂态区间平均绝对偏差 F5_P有功功率稳态区间最大偏差 FAP有功功率 A 时段平均绝对偏差 FBP有功功率 B 时段平均绝对偏差 FCP有功功率 C 时段平均绝对偏差 FG_P有功功率加权平均绝对偏差 F1_Q无功功率稳态区间平均偏差 F2_Q无功功率暂态区间平均偏差 F3_Q无功功率稳态区间平均绝对偏差 F4_Q无功功率暂态区间平均绝对偏差 F5_Q无功功率稳态区间最大偏差 FAQ无功功率 A 时段平均绝对偏差 FBQ无功功率 B 时段平均绝对偏差 FCQ无功功率 C 时段平均绝对偏差 FG_Q 无功功率加权平均绝对偏差 FU电压稳态区间平均绝对偏差5 风电机组模型5.1 基本要求5.1.
11、1 该规范不是针对风电机组运行特性方面的要求,而是模型响应方面的要求,建立适用于电力系 统稳定分析的风电机组电气仿真模型。5.1.2 该规范规定的模型仅适用于风电机组,因此并不包括风电场等级的控制以及附加设备。5.1.3 模型为机电暂态仿真模型,仿真步长宜为 1-10ms。5.1.4 模型是基频正序响应下的模型。5.1.5 风电机组模型应包含风电机组正常运行和故障运行中对并网性能有明显影响的部件,包括机械 部件、电气部件、控制、安全及故障保护等模块。5.1.6 模型应反映机组过/欠压、过/欠频和过流保护特性。5.2 模型接口和初始化本条款规定了风电机组模型的接口和初始化条件。 a)模型接口 风
12、电机组模型接口说明分为初始化计算和动态仿真两个阶段,如图1所示。 初始化阶段,风电机组模型作为PQ节点或PV节点。电网模型将潮流计算结果提供给风电机组模 型。 动态仿真阶段,风电机组模型输入和输出变量应与电网模型的输入和输出变量关联。风电机组模 型采用机端电压作为输入,输出机端电流提供给电网模型。NB/T XXXXXXXXX5风电机组模型可接受来自风电场控制器的指令设定值,包括有功功率参考值、无功功率参考值或 电压参考值。电网模型 潮流计算风电机组 模型初始化潮流结果PQ或PV 设定值电网模型 动态仿真风电机组 模型电压电流图 1 风电机组模型和电网模型接口 b)风电机组模型初始化 初始化用来
13、保证动态仿真是从稳态开始的。 风电机组模型的初始化应与电网模型的初始化保持一致。风电机组模型和电网模型初始化示意图 如图2所示。 初始化阶段,风电机组模型根据无功电压控制策略的不同,可设置为PQ节点或PV节点,当风电 机组输出无功功率超出无功上下限约束时,自动转为PQ节点。 电网模型通过潮流计算进行初始化,潮流结果作为初始条件提供给风电机组模型初始化。电网模 型提供给风电机组模型的潮流结果包括风电机组机端电压、有功和无功电流。 风电机组模型根据潮流结果确定运行工作点并进行控制模块的初始化。电网模型 潮流计算风电机组 模型初始化潮流结果PQ或PV初始条件模型参数图 2 风电机组模型和电网模型初始
14、化 风电机组模型初始化时,风电机组模型参数包括: 1)物理参数,如发电机转动惯量、空气动力学系数等; 2)运行模式,如电压控制模式、功率因数控制模式、无功功率控制模式; 3)控制器参数,如控制器限幅等。 风电机组模型初始条件包括风速、发电机转速或风力机转速、桨距角、风电场控制器指令(如有 功功率指令、无功功率指令)等。5.3 风电机组模型结构5.3.1 风电机组通用模型结构风电机组可分为四类进行建模。1 型:定速风电机组 2 型:滑差控制变速风电机组 3 型:双馈变速风电机组 4 型:全功率变频风电机组 风电机组通用模型结构可参考图 3,参数解释参考图 1。不同类型风电机组,可根据实际风电机组
15、NB/T XXXXXXXXX6结构对模型进行调整。空气动力学 模型传动链发电机和 变流器系统电气设备控制系统保护模块UWTTIWTT设定值图 3 风电机组模型结构图5.3.2 1 型风电机组1 型风电机组包括的主要电气、机械部件接线方式如图 4 所示,电气设备包括异步发电机、无功 补偿装置、并网开关、变压器等。1 型风电机组配置机械投切式电容器组时,采用固定电容器组模型; 配置可动态控制的可变电容器组时,应根据实际情况建立可变电容器组仿真模型。仿真模型包含箱变 模型。 1 型风电机组可以分为故障期间具有变桨控制能力和不具备变桨控制能力两种型式。1 型风电机组 变桨控制能力用于主动低电压穿越控制
16、,但该技术在实际工程未广泛应用,因此从建立用于电力系统 稳定分析的风电机组仿真模型角度,本标准中采用故障穿越期间固定桨距角型式。GBAGWTTWTRCBFCVCTR图中:WTR风力机风轮; GB齿轮箱; AG异步发电机; FC固定电容器组; VC可变电容器组; CB断路器; TR箱变; WTT风电机组端口。 图 4 1 型风电机组接线方式 1 型风电机组模型结构如图 5 所示,VWTref为采用可变电容器组时的电压参考设定值。空气动力学 模型、传动链、发电机和变流器系统、保护模块以及电气设备的子模块模型可参见 5.4。NB/T XXXXXXXXX7空气动力学 模型传动链发电机系统电气设备保护模
17、块VWTrefWTRaeroPgenPgenIWTTGUWTTGUWTTIWTTUWTT F2 fWTT图 5 1 型风电机组模型结构5.3.3 2 型风电机组2 型风电机组包括的主要电气、机械部件接线方式如图 6 所示,电气设备包括异步发电机、无功 补偿装置、并网开关、变压器等。2 型风电机组在转子绕组上串联了可变电阻,通过可变电阻控制转 子电流大小提高电机变速运行范围。2 型风电机组配置机械投切式电容器组时,采用固定电容器组模 型;配置可动态控制的可变电容器组时,应根据实际情况建立可变电容器组仿真模型。仿真模型包含 箱变模型。GBWRAGWTTWTRCBVRRVCFCTR图中:WTR风力机
18、风轮; GB齿轮箱; WRAG绕线式异步发电机; VRR可变转子电阻; FC固定电容器组; VC可变电容器组; CB断路器; TR箱变; WTT风电机组端口。 图 6 2 型风机接线方式 2 型风电机组模型结构如图 7 所示,VWTref为采用可变电容器组时的电压参考设定值。2 型风电机 组通常配置了桨距角控制系统,因此控制系统包含了可变转子电阻控制和桨距角控制。空气动力学模 型、传动链、发电机和变流器系统、控制系统、保护模块以及电气设备的子模块模型可参见 5.4。NB/T XXXXXXXXX8空气动力学 模型传动链发电机系统电气设备保护模块WTRaeroPgenPgenIWTTGUWTTGU
19、WTTIWTTUWTTF2 fWTT控制系统rrotVWTrefPWTTPWTrefgenfWTT图 7 2 型风电机组模型结构5.3.4 3 型风电机组3 型风电机组包括的主要电气、机械部件接线方式如图 8 所示,电气设备包括异步发电机、变流 器、并网开关、变压器等。3 型风电机组发电机定子侧直接与电网相连,转子侧通过一背靠背变流器 与电网相连,变流器系统包括机侧变流器、网侧变流器和直流电容。3 型风电机组还可能包括转子侧 Crowbar 保护电路以及与直流电容并联的 chopper 保护电路,用于实现 3 型风电机组低电压穿越。仿真 模型包含箱变模型。WTTCBCCH=GSCLSCLGBW
20、RAGWTRCrowbarTR图中:WTR风力机风轮; GB齿轮箱; WRAG绕线式异步发电机; GSC机侧变流器; LSC网侧变流器; CrowbarCrowbar 电路; CHchopper 电路; C直流电容; L电抗器; CB断路器;TR箱变; WTT风电机组端口。 图 8 3 型风机接线方式 3 型风电机组模型结构如图 9 所示。3 型风电机组模型结构中发电机变流器系统包含发电机模型和 变流器模型,控制系统包含桨距角控制、变流器控制。空气动力学模型、传动链、发电机和变流器系 统、控制系统、保护模块以及电气设备的子模块模型可参见 5.4。NB/T XXXXXXXXX9空气动力学 模型传
21、动链发电机变流器 系统电气设备保护模块WTRaeroPgenPgenIWTTGUWTTGUWTTIWTTUWTTF2 fWTT控制系统WTRPWTTUWTTgenIrF1genQWTTgdcmdigqcmdirdcmdirqcmdiVWTrefPWTrefQWTref图 9 3 型风电机组模型结构5.3.5 4 型风电机组4 型风电机组包括的主要电气、机械部件接线方式如图 10 所示,电气设备包括发电机、变流器、 并网开关、变压器等。4 型风电机组的发电机可能采用同步发电机或异步发电机,发电机通过全功率 变流器和电网隔离,变流器系统包括机侧变流器、网侧变流器和直流电容。4 型风电机组还包括与直
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