确定风向下的风电场动态建模优化

2023-06-28 理论教育版权反馈

【摘要】：等效风电机组向电网输出的电流ie为每台风电机组向电网提供的电流之和式中，k为每组风电机组中风电机组的台数。

1.风力机的等效

等效风电机组的风力机叶片半径、功率系数与单台风力机的相同，因此等效风电机组的机械功率P_eturb为

式中，P_turbi为第i台风电机组机械功率；ρ为空气密度；A为风轮的扫风面积；v_i为第i台风电机组输入风速；C_ep为风力机的功率系数。

2.双馈感应发电机的电动势方程等效

采用保留发电机方程系数矩阵结构不变的时域聚合法[7]对双馈感应发电机进行等效，该方法是在时域中进行直接计算等效机的参数，无需迭代，计算速度快。

感应发电机采用第2章中的简化模型，以E′_d、E′_q作为状态变量，风电场内任意一台风电机组的感应发电机方程如下：

式中，K_i为风电机组励磁系统比例控制器的控制系数。

则第i台风电机组感应发电机方程简写为

pE′_i=C_iE′_i+D_ii_i （5-17）

其中

相应地，等效发电机也有与式（5-17）相同形式的方程

pE′_e=C_eE′_e+D_ei_e （5-18）

式中，i_e为等效风电机组的电流；E′_e为等效感应发电机内电动势；C_e、D_e为等效感应发电机方程中的系数矩阵。

等效风电机组向电网输出的电流i_e为每台风电机组向电网提供的电流之和

式中，k为每组风电机组中风电机组的台数。

进一步把式（5-19）代入式（5-18），并考虑式（5-2）可得

pE′_e=C_eE′_i+D_eki_i （5-20）

比较式（5-20）和式（5-18）可得

C_e=C_i （5-21）

等效风电机组中感应发电机的暂态时间常数T′_e0为

T′_e0=T′₀_i （5-23）

3.风电机组机械运动方程等效

风电机组的机械运动方程为

式中，J_t、J_g分别为风力机和发电机的惯量；ω_t、ω_g分别为风力机和发电机转速；T_turb为作用在风力机上的转矩；T_e为发电机输出的电磁转矩；T_m为风力机轴的输出转矩；K_s为风力机轴的刚度系数；D为风电机组轴的阻尼系数；θ_tg为风电机组轴的扭转角；s为转差率。

风电机组等效准则是等效机的机械功率和电磁功率分别等于被等效风电机组的机械功率和电磁功率之和。将被等效风电机组的转子运动方程累加得到等效机的转子运动方程为

式中，k为每组风电机组的台数；J_gi、J_ti分别为单台风电机组中发电机和风力机的惯性常数；ω_ti、ω_gi分别为单台风电机组中风力机的转子和发电机转速；T_turbi、T_mi分别为单台风电机组中风力机的输入机械转矩和输出机械转矩；T_ei为单台风电机组中发电机的电磁转矩；K_si、D_i分别为单台风电机组轴的刚度系数和阻尼系数；θ_tgi为单台风电机组轴的扭转角；s_i为风电机组的转差率。