考虑多因素关联适用于大系统仿真的风电场暂态模型选取方法.pdf

第４４卷第６期２０１６年３月１６日电力系统保护与控制ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ、，０１．４４ＮＯ．６Ｍａｒ．１６，２０１６Ｄ０Ｉ：１０．７６６７／ＰＳＰＣ１５０８７１考虑多因素关联适用于大系统仿真的风电场暂态模型选取方法林俐，张凌云，赵双，朱浩骏，余梦泽（１．新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学），北京１０２２０６；２．广东电网公司东莞供电局广东东莞５２３０００；３．广东电网公司电网规划研究中心，广东广州５１００８０）摘要：选择合适的风电场暂态模型是进行风电并网动态和稳定仿真分析的基础。首先从风电场装机容量、风电场并网点位置、风电场类型和场内机组的排列方式４个方面分析了风电场暂态模型选取时需要考虑的影响因素。然后面向大系统仿真，提出了满足差异性评价指标要求的，风电场不同暂态模型的选取阈值计算方法。进而给出了风电场暂态模型选取的实用准则。最后采用某实际地区电网数据验证了所提方法的有效性。关键词：风电场；暂态模型；模型选取：系统仿真；差异性指标Ｓｅｌｅｃｔｉｎｇａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｗｉｎｄｆａｒｍａｉｍｉｎｇａｔｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓａｍｏｎｇｍｕｌｔｉ－ｆａｃｔｏｒｓＬＩＮＬｉ，ＺＨＡＮＧＬｉｎｇｙｕｎ，ＺＨＡＯＳｈｕａｎｇ，ＺＨＵＨａｏｊｕｎ，ＹＵＭｅｎｇｚｅｒ１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｌｔｅｒｎａｔｅＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＳｏｕｒｃｅｓ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｏｎｇｇｕａｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＢｕｒｅａｕｏｆＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｏｗｅｒＧｒｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ５２３０００，Ｃｈｉｎａ；３．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｌａｎｎｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＧｕａｎｇｄｏｎｇＰｏｗｅｒＧｒｉｄＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１００８０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｉｓｄｅｍａｎｄｅｄｆｏｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｓａｂｏｕｔｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅｗｉｎｄｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｗｈｉｃｈｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎｉｎｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌｓｅｌｅｃｔｉｎｇｆｏｒｗｉｎｄｆａｒｍａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｖｉｅｗｏｆｆｏｕｒａｓｐｅｃｔｓａｓｆｏｌｌｏｗｓ，ｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｃａｐａｃｉｔｙｏｆｗｉｎｄｆａｒｍ，ｔｙｐｅｓｏｆｗｉｎｄｆａｒｍ，ｔｈｅｐｏｉｍｏｆｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｆａｒｍａｎｄｔｈｅａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｅｌｅｃｔｉｏｎｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌｓｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｓｆｏｒｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｍｅｅｔｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｅｒｒｏｒｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｄｅｘｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄａｐｒａｃｔｉｃａｌｃｒｉｔｅｒｉａｆｏｒｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｂａｓｅｄｏｎａｎａｃｔｕａｌｒｅｇｉｏｎａｌｐｏｗｅｒｇｒｉｄ．ＴｈｉｓｗｏｒｋｉｓｓｕｐｐｏｓｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ。＿＿——ｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｔｈｅｌａｒｇｅｓｃａｌｅｗｉｎｄｐｏｗｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｒａｎｄｏｍ－ｃｅｒｔａｉｎｔｙｃｏｕｐｌｅｄｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ（Ｎｏ．５１１９０１０３），ａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈａｎｄＤｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｎＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＣｏｍｂｉｎｅｄＯｐｅｒａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｕｌｔｉＥｎｅｒｇｙＰｏｗｅｒｗｉｔｈＬａｒｇｅ－ＳｃａｌｅＰｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃＰｏｗｅｒ（Ｎｏ．２０１３ＢＡＡ０２Ｂ０１）．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｆａｒｍ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔｍｏｄｅｌ；ｍｏｄｅｌｓｅｌｅｃｔｉｏｎ；ｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｅｒｒｏｒｉｎｄｅｘ０引言随着风电技术的不断成熟和国家可再生能源政策的实施，我国风力发电建设已进入了一个快速发基金项目：国家自然基金重大项目（随机一确定性耦合电力系统稳定机理及分析方法）（５１１９０１０３）；国家科技支撑计划项目（含大型光伏电站的多种能源发电联合运行控制关键技术研究及示范）（２０１３ＢＡＡ０２Ｂ０１）展的时期。大规模风电并网带来了许多亟待解决的问题，如局部的电能质量问题、电压水平下降、线路传输功率越限、系统短路容量增加，由于大多数规模化、集群化风电场都远离负荷中心，与主网联系薄弱，可能造成系统全局暂态稳定性的改变等【１，给电力系统的安全稳定运行带来安全隐患。因此，在现有大电网仿真的基础上，需对风电场暂态模型的建立和选取进行研究，为电网仿真提供理论依据。由于仿真软件的限制，目前在电网暂态计算．４２．电力系统保护与控制中，对风电场模型的选取主要有三种方式：第一种是将风电场处理成负荷模型，文献［４］比较负荷模型对含风力发电的综合负荷特性的描述能力，认为随风电机组接入容量增加，风电机组对负荷特性影响力增强，风电机组接入容量比例不大于２０％时，负荷模型具有良好的描述风电机组运行特性的能力。第二种是将风电场等值为单机模型，文献［５］指出由于一个风电场内各台风电机组之间的电气联系紧密，在暂态过程中各台风电机组的运行特性十分相似，可采用按容量加权法得到的单机等值模型近似模拟风电场的暂态特性。文献［６］以笼型异步风电场的实际运行数据为样本，提出了基于遗传算法的风电场单机等值建模方法和参数优化模型。仿真结果表明无论对于风电场内机组参数相同还是不同，风电场采用基于遗传算法的单机等值模型具有与采用详细模型时相似的动态特性。第三种是将风电场处理成多机等值模型，对于大型风电场，由于地形地貌以及尾流效应和时滞等因素的影响，风电场内风速分布不均匀，风电机组的风速差异较大，使用单机表征法通常会产生较大误差，针对这些问题，文献［７．８］提出了按风速进行机群分类的多机等值方法。文献【９】提出一种适合风速差异较大的、基于—Ｋｍｅａｎｓ聚类算法的定速机组风电场动态等值多机表征方法，并通过仿真验证了方法的有效性。以上研究大都是针对具体的仿真网络验证所提方法以及等值模型的准确性，并没有给出在实际系统仿真中选择风电场模型的方法。鉴于此，本文从风电场装机容量、风电场并网点位置、风电场类型和场内机组的排列方式４个方面分析了风电场暂态模型选取需要考虑的影响因素，然后面向大系统仿真，提出了满足差异性评价指标要求的，风电场不同暂态仿真模型的阈值计算方法，进而给出风电场暂态仿真模型选取的实用准则，最后采用某实际地区电网验证所提方法的有效性。１风电场暂态模型选取需要考虑的影响因素１．１风电场装机容量风电场装机容量是模型选取时一个最直接的影响因素。如图１所示的某地区实际系统中，２２０ｋｖ两英变电站通过联络线１与主网相连，设风电场Ａ是该地区待规划的一座双馈型风电场，当其装机容量分别为１５ＭＷ、２８５Ｍｗ、７００ＭＷ时，分别采用负荷模型、单机模型、多机模型进行模拟。设风电场的初始风速为９．７ｒｎ／ｓ，对于设计的扰动１：ｔ＝ｌｓ时两英站至红场ＫＯＡ站一回线５０％处发生三相短路故障，ｔ＝－Ｉ．２ｓ时两侧断路器断开，同时ｔ＝－Ｉｓ时加入幅值为４ｍ／ｓ，持续时间为４ｓ的阵风扰动。ＢＰＡ作为电力系统中广泛应用的仿真分析软件，具有仿真规模大、计算速度快等特点。本文采用该软件进行时域仿真，仿真结果如图２～图７所示。图１某地区实际电网地理接线图Ｆｉｇ．１Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃａｌｗｉｒｉｎｇｄｉａｇｒａｍｏｆａｃｔｕａｌｐｏｗｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎａｄｉｓｔｒｉｃｔ图２装机容量为ｌ５Ｍｗ时两英站电压Ｆｉｇ．２Ｌｉａｎｇｙｉｎｇｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅｗｈｅｎｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｃａｐａｃｉｔｙｉｓ１５ＭＷ图３装机容量为１５Ｍｗ时联络线１的有功功率Ｆｉｇ．３Ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆｔｉｅｌｉｎｅ１ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｃａｐａｃｉｔｙｉｓ１５ＭＷ林俐，等考虑多因素关联适用于大系统仿真的风电场暂态模型选取方法．４３．１．０６１．０４１０２ｊ１．０００．９８Ｏ．９６０．９４０９２Ｏ．９Ｏ．．．１Ｌ电葶机耷粤：ＭＷ＿～…单机／多机模型＿ｘ…一●／／ｒ一．二二负荷模型：Ｊ０１２３４５６ｔ旭图４装机容量为２８５Ｍｗ时两英站电压Ｆｉｇ．４Ｌｉａｎｇｙｉｎｇｓｕｂ￣ａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅｗｈｅｎｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｃａｐａｃｉｔｙｉｓ２８５ＭＷ垂甚图５装机容量为２８５Ｍｗ时联络线１的有功功率Ｆｉｇ．５Ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆｔｉｅｌｉｎｅ１ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｃａｐａｃｉｔｙｉｓ２８５ＭＷｊ图６装机容量为７００Ｍｗ时两英站电压Ｆｉｇ．６Ｌｉａｎｇｙｉｎｇｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅｗｈｅｎｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｃａｐａｃｉｔｙｉｓ７００ＭＷ由图２～图７可知，当风电场Ａ装机容量较小时，风电场等值模型选取差异对两英变电站２２０ｋＶ母线电压和联络线１上的功率影响不大，风电场动态对２２０ｋＶ电网的影响可以忽略不计，此时将风电一风电场装机容量：７００ＭＷ一单机／＿、ｌｌ一．Ｉ｛７＼．１Ｉｆ负荷模型，Ｌ７０１２３４５６ｓ图７装机容量为７００Ｍｗ时联络线１的有功功率Ｆｉｇ．７Ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆｔｉｅｌｉｎｅ１ｗｈｅｎｔｈｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｃａｐａｃｉｔｙｉｓ７００ＭＷ场直接处理成传统的负荷模型即可；随着风电场装机容量的逐渐增大，风电场采用不同模型时，两英站电压和联络线１功率的仿真结果差异渐趋明显，采用负荷模型模拟风电场已无法描述出风电场对２２０ｋＶ电网的影响；当风电场Ａ的装机容量增大到７００ＭＷ时，风电场采用单机和多机等值模型所得到的两英站电压和联络线ｌ上功率的仿真特性差异比较显著，其中联络线功率误差最大约为３９％，采用多机等值模型更能体现风电场内所有机组对故障和阵风扰动的叠加效果。此时，如果对仿真精度要求更高时，需要采用能反映风电机组运行差异的多机等值模型来表征风电场。需要注意的是，对于不同的待研究电网而言，相同规模的风电场选取的模型也可能不一样。比如，对于同一风电场，当待研究电网为２２０ｋＶ主网时可等值为单机模型，而对于５００ｋＶ主网则等值为负荷模型。１．２风电场类型当风电场是由多种类型机组组成的混杂风电场时，由于不同类型的风电机组表现出来的动态特性各不相同［１０－１１】，此时需要考虑机组的动态差异。下面以普通异步风电机组（ＦＳＩＧ）、双馈风电机组（ＤＦＩＧ）混杂风电场进行讨论，定义ＦＳＩＧ装机容量占整个风电场总装机容量的比值ｋ为风电场的混杂度。ｋ＝ＰＦｓＩＧ／（ＰｏＨＧ＋尸ＦｓＩＧ）（１）式中：啪表示ＦＳＩＧ风电机组装机容量；ＰＤＦ表示ＤＦＩＧ风电机组装机容量。这里仍以图１所示的地区电网为研究系统，设风电场Ａ为４００ＭＷ的ＦＳＩＧ、ＤＦＩＧ混杂风电场，分别取ｋ＝０．０５、ｋ＝０．１、ｋ＝０．３，当风电场采用负荷、单机和多机模型时，在扰动１下的仿真结果如图８枷瑚０瑚栅．４４．电力系统保护与控制所示。其中单机模型为不考虑风电场内的机组类型差异，将风电场等值为单ＤＦＩＧ模型；多机模型为考虑了ＦＳＩＧ和ＤＦＩＧ的动态特性的双机等值模型。联络线ｌ有功功率／ＭＷ＿一图８ｋ值不同时采用三种模型的仿真结果Ｆｉｇ．８Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｍｏｄｅｌｓｗｈｅｎｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｋｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ从图８的仿真结果可以看出，对于大容量的混杂风电场，当ｋ值比较小时，即混杂风电场的混杂度较低时，采用多机模型与单机模型所得到的结果比较接近，此时可以忽略风电场内机组类型差异，直接采用单ＤＦＩＧ模型；而当ｋ：０＿３时，即混杂风电场的混杂度较高时，仿真结果的差异比较明显，这是由于单机等值模型没有表现出普通异步风电机组的动态特性（普通异步风电机组不具备低电压穿越能力，电网发生故障时，发电机机端电压过低导致保护装置动作自动脱网），此时需要采用能反映出混杂风电场特性的多机模型。所以，对于一个大容量的混杂风电场，当混杂度较小时，可不考虑风电场机型差异，用主导机型表示的单机等值模型模拟混杂风电场；而当风电场混杂度较高时，不能忽略不同类型机组的动态特性，需要采用能反应出混杂风电场特性的多机等值模型。１．３风电场并网点的位置并网点的位置也是影响风电场暂态模型选取的一个重要因素。当风电场离研究电网较远时，可以忽略风电场动态特性。例如对于待研究的２２０ｋＶ电网而言，远离该电网、且接入３５ｋＶ或１０ｋＶ的风电场对电网动态特性影响微乎其微，可以将风电场直接用负荷模拟。当风电场离待研究电网较近时，需要考虑风电场动态对电网的影响，此时需采用能反映风电场动态特性的单机或多机模型来进行表征。例如对图１所示系统中的１１０ｋＶ及以下电网动态特性进行研究时，已不能采用负荷模型模拟风电场。这是由于风电场所处网络末端的无功往往出现不足，节点电压对风电注入功率的变化会较敏感，风电场动态对局部电网的电压质量和电压稳定性的影响也会比较大，采用恒功率或恒阻抗表示的负荷模型显然表现不出这种风电场动态对电网的影响。特别地，当需要模拟电网发生某些极端故障时风机的脱网特性，若风电场仍采用负荷模型模拟，必然不能表征风电场低电压穿越特性，所得到的仿真结果会与实际情况产生较大误差。１．４风电场机组排列方式当待模拟的大容量风电场距离研究电网较近，需要计及风电场动态特性时，场内机组的排列方式也是影响风电场暂态模型选取的重要因素。通常，场内风电机组的排列和风速分布是风电场机群划分的主要依据。文献［１３．１６１中利用了能反映风电机组运行点的转速、风速、实测有功作为机群分类指标，以风电机组具有相同或相近的运行点为机群划分原则，将具有相同运行点的风电机组划分为一个机群，建立风电场的多机表征模型，较准确地反映了风电场动态响应特性。２风电场暂态模型选取方法２．１差异性评价指标为了考察风电场采用不同模型时仿真结果差异性大小，定义以下两种差异性评价指标：—（ｆ、）＝ｍａｘｌＲｉＲＩｆｉＲ（ｉ，ｊ）Ｒｊ卫Ｉ（２）式中，Ｒ、，分别表示风电场采用ｉ、，（ｉ或，取１、２、３分别表示负荷模型、单机模型、多机模型１模型后在同一时刻变量尺的大小，一般取电压【，或有功尸。当满足以下任一条件时，则认为风电场模型会对仿真结果有较大影响：（１）当Ｒ为母线电压，且屈，（ｆ大于等于电压误差限值，时，则认为风电场分别采用ｉ模型和，模型时所得到的仿真结果差异较大；（２）当Ｒ为支路有功功率Ｐ，若７７Ｐｆｌ大于等于ｐｅＡＬ（Ｐ为绝对误差比例系数，为风电场接入所在片区的总有功负荷）且大于等于功率误差限值时，则认为风电场分别采用ｉ模型和／模型时所得到的仿真结果差异较大。其中，误差要求，、Ｐ、根据仿真要求自行选取，对应的取值范围一般为０￣７％、０￣３０％、０￣２０％。瑚啪０抛姗伽林俐，等考虑多因素关联适用于大系统仿真的风电场暂态模型选取方法．４５．２．２以风电场装机容量选择模型为了考察风电场采用不同模型时仿真结果差异性大小，定义以下两种差异性评价指标：设待模拟风电场装机容量为，地区电网总负荷为，则风电场的穿透率为Ｃ＿睾当Ｃ＜Ｃｍ时，将风电场处理成负荷模型；当≤≤ＣｍＣＣｍ时，将风电场处理成单机模型；当Ｃ＞Ｃｍ时，将风电场等值为多机模型。其中，ｉ、Ｃ瑚为按风电场装机容量选择模型的比例阈值，简“”称容量阈值。对于某一给定的区域，给定误差要求，即确定的旬、Ｐ、，则该区域内各个片区的Ｃｍ和也是确定的。下面通过实例说明容量阈值和。的确定方法。如图９所示的一个典型电力系统，图中２２０ｋＶ主网周围为１１０ｋＶ片区电网，线路ＡＡ为片区１到２２０ｋＶ主网之间的联络线，风电场１Ⅳ到为片区１内待模拟的风电场。风电场１图ｇ典型电网连接示意图Ｆｉｇ．９Ｔｙｐｉｃａｌｎｅｔｗｏｒｋｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍ当风电场１的装机容量不同时（即Ｃ值不同），分别采用负荷模型、单机模型、多机模型进行模拟，设置片区１与２２０ｋＶ主网的联络变压器发生三相短路故障，比较联络线ＡＡ上的有功功率和母线Ａ电压的变化情况，计算相应的（１１：）、（１、：）和ｆ２、，１、ｆ２、３１，则存在．ｍ和使得：Ｃ＜Ｃｍｊ时，有［（１、２）＜】ｎ［（（、２）＜Ｐ札）Ｕ（（１、２）＜）］Ｃｍｉｎ＜Ｃ＜时，有｛薹基；０三Ｃ＞Ｃｍ时，有【（２、３）’】Ｕ［（７７尸（２３］ＰＡＩ＿）ｎ（（２、３）２）】此时和即为选取片区１风电场模型的容量阈值。２．３大容量混杂风电场的模型选择当风电场为混杂风电场时，混杂度在不同范围时应采用不同的等值模型。此处仍引用１．２节中混杂度ｋ的定义，设ｋ＝ｅｌ／（＋），其中比例较少的一类风电机组装机容量为，另一类风电机组的装机容量为只。给定电网以及误差要求，可以确定一个片区内混杂风电场的混杂度阈值。当ｋ小于时，采用以主导机型表示的单机等值模型模拟混杂风电场；当ｋ大于时，采用考虑机型差异的多机等值模型模拟混杂风电场。Ⅳ这里同样以图９所示的待模拟的混杂风电场为例说明混杂度阈值的确定。已知片区１的Ｃｍｉｎ、，当Ｃ超过ｃｍｉｎ时且在２．２节中设置的故障扰动下，考察风电场采用单机等值模型和多机等值模型时联络线ＡＡ上有功功率和母线Ａ电压的变化情况，计算相应的３１、ｒ／，则存在使得：Ｉｋ＜ｅｒａ时，有［ｆ２、３）＜］ｎ［ｆ２、３）＜Ｕ２、３１＜）］ｌｋ时，有Ｌ（、３）］ｕ［（（：、３３’≥ｎｆ２，））］（５）此时即为片区１风电场模型的混杂度阈值。２．４计及并网点位置的模型选择为了量化并网点的位置对风电场暂态模型选取的影响，定义础去ＳｓＸ㈣ｃ式中：。为风电场并网点的短路容量；Ｘ为风电场到并网点位置的电抗值。对于确定的误差要求屈，、Ｐ、，同样存在对应的风电场并网点位置阈值ｃｒＢ。当小于时，可将风电场用负荷模型模拟；当大于时，采用单机模型进行表征。风电场并网点位置阈值的确定则通过分析风电场分别采用负荷模型和单机等值模型时的ｆｌ、：、：得到。其计算公式为’ｆ＜ｏｒ８时，有［ｆｌ１２）＜］ｎ［（ｒ／ｐ【ｌ２）＜ｐ尸ＡＩ＿Ｕｆ１、２）＜）】≥ＩｃｒＢ时，’≥’≥’【ｌ２）】Ｕ［（（Ｉ：）ｎｆ１２１）］（７）２．５风电场模型选取实用准则对于待研究电网和给定的误差要求，各片区均有确定的、Ｃｍ、和。对于待模拟的风电场ｉ，可按以下准则选取风电场的暂态模型：．．４６．．电力系统保护与控制（１）根据本地区电网总负荷以及风电场ｉ的装机容量按式（３）计算Ｃ值。（２）当Ｃ＜时，按风电场并网点位置分以下两种情况讨论。ａ．若小于位置阈值，直接将风电场处理为负荷模型。ｂ．若ＯＣ大于位置阂值，采用单机模型进行表征。由于连接风电场内相邻风力机的集电线路的阻抗相对于其连接的变压器及连向电网的集电线路阻抗小的多，一般情况下可以忽略风电场内集电网络的作用。≤（３）当ＣｍｉＣ时，分以下两种情况讨论。ａ．风电场内机组类型相同，将风电场等值成一台同类型风电机组。ｂ．风电场为混杂风电场，计算风电场混杂度ｋ。若ｋ小于，此时将风电场等值成一台用主导机型表示的单机模型；若ｋ大于，将整个风电场按机组类型差异处理成两机等值模型。（４）当Ｃ＞Ｃｍ时，分以下两种情况讨论。１１风电场内机组类型相同。按风电机组的排列方式进行多机等值：ａ．若风电场地势平坦，机组排列较规律，则直接按列进行等值，若列数过多，此时可考虑将相邻的某几列风电机组等值为一台风电机组，适当地减少等值风电机组的台数。ｂ．若风电场地形较复杂，场内各风电机组的风速差异性较大，此时，可以采用聚类算法进行机群划分。利用能反映风电机组运行点的转速、风速、实测有功等作为机群分类指标，以风电机组具有相同或相近的运行点为机群划分原则，将具有相同运行点的风电机组划分为一个机群，并分别用一台风电机组等值一个机群，建立风电场的多机表征模型。２）风电场为混杂风电场，计算风电场混杂度ｋ。若ｋ小于，先将比例少的那一类风电机组用等容量的另一类风电机组替代，然后根据场内风电机组的排列方式进行多机等值。若ｋ大于，先将混杂风电场按机组类型差异划分为２个大的机群，然后根据机组的排列方式对２个大机群内部进行多机等值。３实证仿真本节以图１所示实际系统２２０ｋＶ主网为待研究电网，该地区电网的总有功负荷＝３０００ＭＷ，片区１内的有功负荷只＝２８０ＭＷ。误差要求Ｅ，ａ、Ｐ、，分别取为５％、２５％、１５％。风电场Ａ装机容量不同时，系统在扰动１下的部分计算结果见表１～表４，表中、、分别指仿真结果差异最大时刻风电场采用负荷模型、单机模型、多机模型时两英站的电压，、、分别指仿真结果差异最大时刻采用三种模型时联络线１的有功功率。表１两英站电压及相应的【ｌ、值Ｔａｂｌｅ１Ｌｉａｎｇｙｉｎｇｓｕｂｓｔ￣ｉｏｎｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｖａｌｕｅｏｆ’（１２１从表１和表２可以看出，随着风电场装机容量Ｐｗ的增大，屁【ｌ、１和屁：、３】也会跟着增大，当Ｃ取７．２％时满足２．１节中的指标１，则说明当风电场装机容量大于２１５Ｍｗ后，采用单机模型的仿真结果和采用负荷模型的仿真结果差别较大，此时ｃｍ取为７．２％；从表４可以看出，当Ｃ取１６．７％时，７７、大于给定的尸＾Ｌ，同时ｆ２、）大于，，满足２．１节中的指标２，这说明风电场装机容量大于５００Ｍｗ后，风电场采用多机模型的仿真结果和采用单机模型的仿真结果差别较大，那么此时取为１６．７％。风电场Ａ（穿透率为１％）和该片区内的待规划风电场Ｂ（穿透率为８％）、风电场ｃ（穿透率为８％），按本文模型选取方法分别采用负荷模型、单机模型和单机模型进行等值。同时，对比本文模型选取方法结果与风电场统一采用负荷模型两种情况下的仿真结果，如图１０及图１１所示。由此可见，两种模型选择情况结果对比差异较大，本文模型选取方法能够较好地实现风电场暂态模型的选取，满足电力系统研究分析的工程要求。’表２两英站电压及相应的尻【２，值Ｔａｂｌｅ２Ｌｉａｎｇｙｉｎｇｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ’ｖａｌｕｅｏｆ尾（２３１林俐，等考虑多因素关联适用于大系统仿真的风电场暂态模型选取方法’’表３联络线１有功功率及相应的（１：）和（１值Ｔａｂｌｅ３Ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆｔｉｅｌｉｎｅ１ａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｖａｌｕｅｏｆ（１、２）ａｎｄ（１、２）表４联络线１有功功率及相应的（：、３）和（ｚ、３）值Ｔａｂｌｅ４Ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｆｔｉｅｌｉｎｅ１ａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｖａｌｕｅｏｆ（２、３）ａｎｄ（２、３）对于选定的实际地区电网，在研究２２０ｋＶ电网的动态和稳定特性时，对于大部分现有的装机容量为４９．５Ｍｗ及以下的风电场，均可直接等值为负荷模型，部分装机容量较大的风电场一般采用单机模型即能够满足系统仿真需求。目前该电网尚无需要多机等值的风电场。ｊｅ图１０风电场模型差异时两英站电压对比Ｆｉｇ．１０ＶｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒａｓｔｏｆＬｉａｎｇｙｉｎｇｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｍｏｄｅｌ垂姜图１１风电场模型差异时联络线１有功功率对比Ｆｉｇ．１１Ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｉｅｌｉｎｅ１ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｍｏｄｅｌ４结论本文从风电场装机容量、风电场并网点位置、风电场类型、风电场内机组的排列方式４个方面讨论了风电场暂态模型选取需要考虑的影响因素，然后面向大系统仿真给出了风电场暂态模型选取的方法，最后以某实际地区电网验证了所提方法的有效性，并得到如下结论：（１）风电场的装机容量是风电场暂态模型选取最重要的影响因素，当风电场装机容量较小时，可将风电场处理为负荷模型，随着风电场装机容量的增加，宜将风电场处理为单机等值模型或多机等值模型。（２）对于选定的实际地区电网，在研究２２０ｋＶ电网的动态和暂态特性时，大部分５ＯＭｗ以下的风电场模型可以用负荷模型等值，也即小容量风电场对２２０ｋＶ及以上电网的动态特性影响基本可以忽略。（３）当风电场的装机容量占地区负荷比例超过某一值时，还需要考虑到风电场类型以及场内机组排列方式的影响。当风电场的混杂度较低时，可直接采用单机等值模型，而当混杂度较高时，需要采用能反映出混杂风电场特性的多机模型。对于场内机组排列方式而言，当机组呈规则的矩形方式排列时，可将同行或同列的机组等值为一台风电机组，而对于地形复杂、机组排列不规则的大型风电场，可以按机组具有相近运行点为机群划分原则，采用聚类算法进行机群划分，将同群内的机组合并为一台等值机，建立风电场的多机表征模型。参考文献Ｅｌｉ迟永宁，刘燕华，王伟胜，等．风电接入对电力系统的影Ｉｌｌ￣［Ｊ］．电网技术，２００７，３１（３）：７７．８１．．．４８．．电力系统保护与控制ＣＨＩＹｏｎｇｎｉｎｇ，ＬＩＵＹａｎｈｕａ，ＷＡＮＧＷｅｉｓｈｅｎｇ，ｅｔａ１．Ｓｔｕｄｙｏｎｉｍｐａｃｔｏｆｗｉｎｄｐｏｗｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｎｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ￣ｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，３１（３）：７７－８１．［２］李东东，梁自超，周玉琦．含风电场的受端系统暂态电压稳定性评估［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１５，４３（１３）：８－１４．ＬＩＤｏｎｇｄｏｎｇ，ＬＩＡＮＧＺｉｃｈａｏ，ＺＨＯＵＹｕｑｉ．Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆｒｅｃｅｉｖｉｎｇｅｎｄｇｒｉｄｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇｗｉｔｈｗｉｎｄｆａｒｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１５，４３（１３）：８－１４．［３］边晓燕，耿艳，李学武，等．风电并网系统小干扰概率稳定性分析与改善［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１５，４３（２０）：１－７．ＢＩＡＮＸｉａｏｙａｎ，ＧＥＮＧ昭ｎＬＩＸｕｅｗｕ，ｅｔａｌＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃｓｍａｌｌ－ｓｉｇｒ￣ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｗｉｎｄｆａｒｍｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１５，４３（２０）：１－７．［４］毕正军，蒋子丹，李欣然，等．考虑风力发电的综合负荷特性及其等效描述［Ｊ］．电力系统及其自动化学报，２０１２，２４（１）：８－１３．ＢＩＺｈｅｎｇｉｕｎ，ＪＩＡＮＧＺｉｄａｎ，ＬＩＸｉｎｒａｎ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌｏａｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｉｔｓｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｗｉｎｄｐｏｗｅｒ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＵ－ＥＰＳＡ，２０１２，２４（１）：８－１３．［５］雷亚洲，ＬＩＧＨＴＢＯＤＹＧ国外风力发电导则及动态模—型简介［Ｊ］．电网技术，２００５，２９（１２）：２７３２．ＬＥＩＹａｚｈｏｕ，＇ＬＩＧＨＴＢＯＤＹＧＡｎｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｎｗｉｎｄｐｏｗｅｒｇｒｉｄｃｏｄｅａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ￣ｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００５，２９（１２）：２７－３２．［６］李辉，王荷生，史旭阳，等．基于遗传算法的风电场等值模型的研究【Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１１，３９（１１）：１－８．ＬＩＨｕｉ，ＷＡＮＧＨｅｓｈｅｎｇ，ＳＨＩＸｕｙａｎｇ，ｅｔａ１．Ｓｔｕｄｙｏｎｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｓｂａｓｅｄｏｎｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１１，３９（１１）：１－８．［７］ＦＥＲＮＡＮＤＥＺＬＭ，ＳＡＥＮＺＪＲ，ＪＵＲＡＤＯＦ．Ｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｓｗｉｔｈｆｉｘｅｄｓｐｅｅｄｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙ，２００６，３１（８）：１２０３－１２３０．１８ＪＡＫＨＭＡＴＯＶＶ．ＫＮＵＤＳＥＮＨ．Ａｎａｇｇｒｅｇａｔｅｍｏｄｅｌｏｆａｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ，ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅ，ｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｆａｒｍｆｏｒｐｏｗｅｒｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓ－ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｗｉｎｄｍｉｌｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＰｏｗｅｒＥｎｅｒｇｙＳｙｓｔｅｍｓ，２００２，２４（９）：７０９－７１７．［９］米增强，苏勋文，杨奇逊，等．风电场动态等值模型的多机表征方法［Ｊ］．电工技术学报，２０１０，２５（５）：１６２１６９．ＭＩＺｅｎｇｑｉａｎｇ，ＳＵＸｕｎｗｅｎ，ＹＡＮＧＱｉｘｕｎ，ｅｔａ１．Ｍｕｌｔｉ－ｍａｃｈｉｎｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｄｙｎａｍｉｃｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｓ［Ｊ］．ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２０１０，２５（５）：１６２－１６９．［１０］张元，郝丽丽，戴嘉祺．风电场等值建模研究综述［Ｊ】．电力系统保护与控制，２０１５，４３（６）：１３８．１４６．ＺＨＡＮＧＹｕａｎ，ＨＡＯＬｉｌｉ，ＤＡＩＪｉａｑｉ．Ｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒｗｉｎｄｆａｒｍｓ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ—ＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１５，４３（６）：１３８１４６．［１１］葛江北，周明，李庚银．大型风电场建模综述［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１３，４１（１７）：１４６．１５３．ＧＥＪｉａｎｇｂｅｉ，ＺＨＯＵＭｉｎｇ，ＬＩＧｅｎｇｙｉｎ．Ｒｅｖｉｅｗｏｎ—ｌａｒｇｅｓｃａｌｅｗｉｎｄｆａｒｍｍｏｄｅｌｉｎｇ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１３，４１（１７）：１４６－１５３．［１２］王伟胜，冯双磊，张义斌．风电场最大装机容量和电网短路容量的关系［Ｊ］．国际电力，２００５，９（２）：３１．３４．ＷＡＮＧＷｅｉｓｈｅｎｇ，ＦＥＮＧＳｈｕａｎｇｌｅｉ，ＺＨＡＮＧＹｉｂｉｎ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｗｉｎｄｆａｒｍｍａｘｉｍｕｍｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｇｒｉｄ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒｆｏｒＣｈｉｎａ，２００５，９（２）：３１－３４．［１３］陈树勇，王聪，申洪，等．基于聚类算法的风电场动态等值［Ｊ】．中国电机工程学报，２０１２，３２（４）：１１．１９．ＣＨＥＮＳｈｕｙｏｎｇ，ＷＡＮＧＣｏｎｇ，ＳＨＥＮＨｏｎｇ，ｅｔａ１．Ｄｙｎａｍｉｃｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｆｏｒｗｉｎｄｆａｒｍｓｂａｓｅｄｏｎｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＣＳＥＥ，２０１２，３２（４）：１１．１９．［１４］林俐，陈迎．基于扩散映射理论的谱聚类算法的风电场机群划分［Ｊ］．电力自动化设备，２０１３，３３（６）：１１３．１１８．ＬＩＮＬｉ，ＣＨＥＮｎｇ．Ａｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｃｌｕｓｔｅｒｄｉｖｉｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｓｐｅｃｔｒａｌｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏ￣ｏｆｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍａｐｓｆＪ］．ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，２０１３，３３（６）：１１３－１１８．［１５］高峰，赵东来，周孝信，等．直驱式风电机组风电场动态等值［Ｊ］．电网技术，２０１２，３６（１２）：２２２．２２７．ＧＡＯＦｅｎｇ，ＺＨＡＯＤｏｎｇｌａｉ，ＺＨＯＵＸｉａｏｘｉｎ，ｅｔａ１．Ｄｙｎａｍｉｃｅｑｕｉｖａｌｅｎｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｗｉｎｄｆａｒｍｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｄｉｒｅｃｔ－ｄｒｉｖｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，３６（１２）：２２２２２７．［１６］陈迎．基于运行数据的风电场等效建模研究【Ｄ】．北京：华北电力大学，２０１２．收稿日期：２０１５－０５－２４；修回日期：２０１５－０７－０８作者简介：林俐（１９６８一），女，博士，副教授，研究方向为电力系统分析与控制、风电并网及其系统分析等；Ｅ．ｍａｉｌ：ｌｉｎｌｉ＠ｎｃｅｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ张凌云（１９８９一），男，硕士研究生，研究方向为电力系统分析、运行与控制及风电并网；Ｅ．ｍａｉｌ：ｚｌｙ８９７＠１２６．ｃｏｍ赵双（１９８９一），男，硕士，研究方向为新能源电力系统分析与控制。（编辑葛艳娜）