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1、风电机组低电压穿越建模及验证方法Modeling and Validation Method of Wind Turbine Low Voltage Ride Through CharacteristicsNB/T XXXXX201X目次前言II1 范围12 规范性引用文件13 术语和定义14 符号与单位35 风电机组模型45.1 基本要求45.2 模型结构及接口45.3 子模块模型56 模型验证方法与步骤86.1 验证基本原则86.2 验证工况86.3 测试数据要求86.4 模型验证步骤96.5 验证结果评价11附录A （规范性附录） 故障过程分区方法12附录B （资料性附录） 模型验证结果
2、15附录C （资料性附录） 风电机组模型验证测试数据格式17参考文献18前言根据“国家能源局关于下达2010年第一批能源领域行业标准制（修）订计划的通知（国能科技2010320号）”的安排，编制风电机组低电压穿越建模及验证方法。本标准根据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。本标准的主要内容包括风电机组低电压穿越模型的结构、建模方法，模型验证的方法和步骤。本标准的附录A为规范性附录，附录B和附录C为资料性附录。本标准由中国电力企业联合会提出。本标准由能源行业风电标准化技术委员会归口。本标准主要起草单位：中国电力科学研究院。本标准主要起草人：I风电机组低电压穿
3、越建模及验证方法1 范围本标准规定了用于风电场低电压穿越能力仿真评估的风电机组模型的结构、建模方法，模型验证的方法和步骤。本标准适用于风电机组在完成低电压穿越能力测试后的模型验证。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）适用于本文件。GB/T 2900.1 电工术语 基本术语GB/T 2900.53-2001 电工术语 风电机组GB/T 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定NB/T 31014-2011 双馈风力发电机变流器制造技术规范NB/T 31015-20
4、11 永磁风力发电机变流器制造技术规范NB/T 31017-2011 双馈风力发电机组主控制系统技术规范NB/T XXXX 风电机组低电压穿越能力测试规程3 术语和定义GB/T 2900.53-2001界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1电压跌落 voltage dip工频条件下电压有效值降低至额定电压的0.10.9倍之间，持续时间10ms至1min的短时电压变动现象。3.2电压跌落发生装置 voltage dip generator基于阻抗分压原理，在风电机组机端产生电压跌落的试验设备。3.3稳态区间 steady-state range风电机组并网运行时，状态变量不发生瞬时突变，保
5、持稳定运行状态的状态区间。3.4暂态区间 transient-state range风电机组并网运行时，状态变量发生瞬时突变，由一个稳定状态过渡到另一稳定状态的过渡过程区间。3.5风电机组变压器 wind turbine step-up transformer单个风电机组配备的、将风电机组机端电压升压后接入电网的变压器。3.6基频正序分量 positive sequence component of the fundamental三相系统的基频分量中，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)式中 : 是 120运算因子，而、和是有关相量的复数
6、表达式，其中表示系统电流或电压的相矢量。3.7基频负序分量 negative sequence component of the fundamental三相系统的基频分量中，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之中，由下列复数表达式定义:.(2)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电压的相矢量。3.8平均偏差 mean deviation在电气模型验证中，各个仿真数据与测试数据之差的算术平均值。3.9平均绝对偏差 mean absolute deviation在电气模型验证中，各个仿真数据与测试数据之差的绝对值的算术平均值。3.1
7、0最大偏差 maximum deviation在电气模型验证中，各个仿真数据与测试数据之差的绝对值的最大值。3.11加权平均绝对偏差 weighted mean absolute deviation在电气模型验证中， 将整个故障过程分成不同时段，对每个时段的平均绝对偏差赋予不同权重后的加权平均值。4 符号与单位本标准使用下列符号和单位：叶片桨距角（）cmd主控制系统桨距角指令（）gen发电机角速度（p.u.）init风力机初始角速度（p.u.）WTR风力机角速度（p.u.）WTRn风力机额定角速度（rad/s）空气密度（kg/m3）csh传动链轴系阻尼系数（p.u.）fWTT风电机组机端电压频
8、率（Hz）F1变流器保护触发标志F2风电机组保护触发标志Hgen发电机惯性时间常数（p.u.）HWTR风力机惯性时间常数（p.u.）IWTTG风电机组发电机变流器系统端电流（p.u.）IWTT风电机组机端电流（p.u.）In风电机组额定电流（A）IQ风电机组无功电流（p.u.）Ir发电机转子电流（p.u.）ksh传动链轴系刚度系数（p.u.）P风电机组机端有功功率（p.u.）Pn风电机组额定功率（MW）Paero风电机组捕获的风功率（p.u.）Pgen发电机有功功率（p.u.）Q风电机组机端无功功率（p.u.）Qcmd风电机组无功功率指令（p.u.）S1旁路开关S2短路开关SK电网短路容量R风
9、力机叶轮半径（m）Tcmd风电机组转矩指令（p.u.）Tinit风力机初始转矩（p.u.）TP变桨系统等效惯性时间常数（s）UG电网电压（kV）UWTTG风电机组发电机变流器系统端电压（p.u.）UWTT风电机组机端电压（p.u.）VW风速(m/s)ZG电网等效阻抗（）Z1限流电抗器（）Z2短路电抗器（）5 风电机组模型5.1 基本要求5.1.1 模型应采用有效值（RMS）模型，仿真步长宜为1-10ms。5.1.2 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。5.1.3 模型应包括机组过/欠压、过/欠频和过流保护
10、特性。5.1.4 模型仿真平台应从电力系统仿真软件PSD-BPA、电力系统分析综合程序PSASP、DIgSILENT/Po- werfactory中选取。5.2 模型结构及接口5.2.1 模型结构目前主流风电机组主要分为四类，分别是： 1型：普通异步发电机直接并网型风电机组 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可参考图1风电机组模型基本结构进行建模。图1 风电机组模型基本结构对不同类型风电机组，可根据实际结构对模型进行调整，图1中各模块内容依风电机组类型有所不同。a) 1型风电机组1) 发电机变流器系统模块包含发电机模型；2) 控制系统模块可根据风电机组
11、的控制方式及其对并网性能的影响调整或简化；3) 电气设备模块包括并网开关和无功补偿装置；4) 对于通过加装辅助设备实现低电压穿越功能的风电机组，应建立该加装设备仿真模型。b) 2型风电机组1) 发电机变流器系统模块包含发电机模型；2) 控制系统模块应包含滑差控制系统模型；3) 电气设备模块包括并网开关和无功补偿装置；4) 对于通过加装辅助设备实现低电压穿越能力的风电机组，应建立该加装设备仿真模型。c) 3型风电机组1) 发电机变流器系统模块包含发电机和变流器模型；2) 控制系统模块应包含风电机组主要控制系统模型；3) 电气设备模块包括并网开关。d) 4型风电机组1) 发电机变流器系统模块包含发
12、电机和变流器模型；2) 控制系统模块应包含风电机组的主要控制系统模型；3) 电气设备模块包括并网开关；4) 对具有低电压穿越保护电路（如直流斩波电路(chopper)）的4型风电机组，发电机、传动链、空气动力模块和变桨系统可简化。简化模型应能够准确反映发电机、传动链、空气动力模块和变桨系统在低电压穿越暂态过程中对变流器运行及并网特性的影响。5.2.2 模型接口风电机组模型接口应至少包括以下变量和参数：a) 输入变量：1) 风电机组机端电压；2) 风电机组运行风速；3) 风电机组接收的风电场控制器指令（如有功功率、无功功率指令）。b) 输出变量：1) 风电机组机端电流；2) 风电机组有功功率；3
13、) 风电机组无功功率。c) 可设置的参数：1) 风电机组运行模式（如电压控制模式、功率因数控制模式、无功功率控制模式）；2) 在模型仿真中需要调整的模型参数；3) 模型额定参数；4) 模型初始化参数；5) 模型验证需要的其它参数。注： 根据风电机组模型的实际结构，输出变量可能还包括：发电机和机械传动系统的参数，如转动惯量、发电机转速或风力机转速、桨距角、控制参数等。5.3 子模块模型5.3.1 风力机空气动力模块风力机空气动力模块模拟风能获取，获得的风功率可由式（3）表示： .（3）风能转换效率系数可根据叶片的气动特性表，由叶尖速比和叶片桨距角查表得到。可采用如图2所示的模型结构，参数解释说明
14、见表1。图2 风力机空气动力模型表1 风力机空气动力模型参数说明符号单位说明R米（m）风力机叶轮半径WTRn弧度/秒（rad/s）风力机额定角速度Pn瓦（W）风电机组额定功率千克/立方米（kg/m3）空气密度5.3.2 传动链传动链模型应能准确模拟该部分动态过程对风电机组电气性能的影响。可采用如图3所示的两质量块模型，参数解释说明见表2。图3 传动链两质量块模型表2 传动链模型参数说明符号单位说明HWTRp.u.风力机惯性时间常数Hgenp.u.发电机惯性时间常数kshp.u.传动链轴系刚度系数cshp.u.传动链轴系阻尼系数initp.u.风力机初始角速度Tinitp.u.风力机初始转矩5.3.3 变桨系统变桨系统模型可等效为一阶惯性环节，模型如图4所示，参数解释说明见表3。图4 变桨系统等效模型表3 变桨系统模型参数说明符号单位说明cmd度（）主控制系统桨
