，， ，

(1.國網(wǎng)新疆電力調(diào)度控制中心，新疆 烏魯木齊 830006；2.國網(wǎng)新疆電力公司電力科學(xué)研究院，新疆 烏魯木齊 830016；3.國網(wǎng)新疆電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，新疆 烏魯木齊 830016)

1 風(fēng)電及風(fēng)電場建模概況

風(fēng)電場仿真建模包括風(fēng)電機(jī)組的建模和風(fēng)電場的建模，目前均有大量的研究。風(fēng)電場建模可以分為詳細(xì)建模和等值建模。詳細(xì)建模是通過建立風(fēng)電場內(nèi)每臺機(jī)組的模型并聯(lián)接架空線或電纜等集電系統(tǒng)模型而搭建起來的。風(fēng)電場內(nèi)有數(shù)十甚至上百臺風(fēng)電機(jī)組，若對每一臺風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行詳細(xì)建模，會極大地增加電力系統(tǒng)模型的復(fù)雜度，導(dǎo)致仿真時間過長，影響計算的收斂性。隨著風(fēng)電場中風(fēng)電機(jī)組的臺數(shù)和風(fēng)電場容量的不斷增大，這一建模手段由于過于繁雜的建模過程和過長的仿真時間而不再實用。為了減少計算量，節(jié)省仿真時間，按照不同的計算研究內(nèi)容和目的及仿真程序的要求，對風(fēng)電場進(jìn)行簡化、等值采用等值建模手段。采取不同的仿真模型，以等值機(jī)與單臺風(fēng)電機(jī)組的功率轉(zhuǎn)換特性不變?yōu)樵瓌t；以被等值的風(fēng)電機(jī)組同群風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)一致原則。

具體的等值建模方法有以下4種：①將整個風(fēng)電場等值為單臺風(fēng)電機(jī)組，其容量等于所有風(fēng)電機(jī)組容量之和[5]。②只考慮風(fēng)電機(jī)組的功率-風(fēng)速曲線，計算等效風(fēng)速作為風(fēng)電場的輸入[6-7]，從而得到風(fēng)電場的輸出功率。③利用現(xiàn)代的動態(tài)等值方法如同調(diào)等值法、模式等值法[8]，對風(fēng)電場受到干擾后具有相同或接近動態(tài)特性的機(jī)組分組，同組的風(fēng)電機(jī)組等效成一臺風(fēng)電機(jī)組，從而得到用多臺機(jī)表征的風(fēng)電場等值模型。④利用風(fēng)速對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行分組，同組風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行參數(shù)等值，用多臺機(jī)表征風(fēng)電場[9-10]。

由于大型風(fēng)電場占地面積廣、風(fēng)電機(jī)組數(shù)量多，場內(nèi)風(fēng)速分布并不均勻，各風(fēng)電機(jī)組處于不同的運(yùn)行點(diǎn)，因此方法①和方法②采用的單機(jī)等值法會帶來較大誤差；方法③的分組依據(jù)是風(fēng)電場遭受較大干擾或故障時風(fēng)電機(jī)組的動態(tài)特性，適用于暫態(tài)過程分析，而在風(fēng)電場穩(wěn)態(tài)運(yùn)行過程中，對風(fēng)電場輸出特性起主導(dǎo)作用的因素則是風(fēng)速和風(fēng)向；方法④建立的等值模型精度較高，但大型風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)速變化差異大，有可能導(dǎo)致分組過多，仿真時間變長，且機(jī)組間風(fēng)速變化往往具有連續(xù)性，導(dǎo)致分組指標(biāo)不明顯。

2 風(fēng)電場建模存在的問題

根據(jù)上述仿真建模的情況，結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行，上述風(fēng)電場建模中出現(xiàn)以下誤差，一是風(fēng)電機(jī)組建模過于考慮機(jī)組自身特性，未與系統(tǒng)分析結(jié)合，存在機(jī)組參數(shù)控制與系統(tǒng)參數(shù)不匹配的情況，二是對于風(fēng)電場的等值存在誤差不可控問題。具體分析如下。

2.1 風(fēng)機(jī)機(jī)組自身參數(shù)與系統(tǒng)參數(shù)不協(xié)調(diào)匹配

2.1.1 風(fēng)機(jī)自身參數(shù)

目前，仿真計算中采用的風(fēng)機(jī)模型及參數(shù)多借鑒與Matlab、Degslent、Pscad程序模型，借鑒開發(fā)移植綜合穩(wěn)定程序PSASP及BPA，在移植過程中詳細(xì)模擬風(fēng)機(jī)自身的特性，對于系統(tǒng)只考慮公共并網(wǎng)點(diǎn)PCC點(diǎn)接口，在與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)分析的接口上存在著參數(shù)不匹配情況，導(dǎo)致正常計算時無故障情況下的系統(tǒng)曲線不平衡，影響計算精度。風(fēng)機(jī)因等值參數(shù)變化而無法查找出，影響計算精度和計算結(jié)果的可信程度。

3.加強(qiáng)培訓(xùn)，提升素質(zhì)。新時代給企業(yè)思想政治工作提出了高要求，這不僅要求政工人員要嚴(yán)于律己、以身作則，同時要求政工人員有著科學(xué)的工作方式和能力素質(zhì)，只有這樣才能夠保證思想政治工作的科學(xué)性。因此，企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對政工人員的培訓(xùn)，俗話說“打鐵還需自身硬”，只有將員工自身的思想政治素質(zhì)提升之后才能夠發(fā)揮其重要的教育作用。除了對思想的培訓(xùn)外，企業(yè)還應(yīng)當(dāng)對員工的教育素質(zhì)進(jìn)行培訓(xùn)，例如開展心理學(xué)、管理學(xué)以及語言學(xué)等與思想政治工作相關(guān)的理論課程，以此來為思想政治工作打下堅實的理論基礎(chǔ)。

2.1.2 風(fēng)機(jī)涉網(wǎng)動態(tài)特性

目前仿真計算中發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)涉網(wǎng)動態(tài)特性與實際運(yùn)行不完全相符，表現(xiàn)在故障時風(fēng)機(jī)特性、故障切除后風(fēng)機(jī)恢復(fù)特性方面。根據(jù)《酒泉風(fēng)電低電壓穿越能力驗證試驗》相關(guān)結(jié)論，如圖1所示，在風(fēng)機(jī)切除過程中和恢復(fù)過程中，風(fēng)機(jī)的脫網(wǎng)速度及恢復(fù)速度對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響很大，影響了風(fēng)電接納能力。

2.1.3 風(fēng)機(jī)涉網(wǎng)保護(hù)特性

風(fēng)電機(jī)組的涉網(wǎng)保護(hù)定值與其接入系統(tǒng)運(yùn)行特性存在著不協(xié)調(diào)配合，主要表現(xiàn)在高低電壓穿越定值與過流保護(hù)定值以及變頻器的保護(hù)定值等方面。

圖1 故障情況下風(fēng)電機(jī)組出力特性曲線

在對風(fēng)機(jī)進(jìn)行暫態(tài)仿真計算時，不能很好的模擬故障情況下的風(fēng)機(jī)保護(hù)的動作特性，而風(fēng)機(jī)廠家考慮對機(jī)組自身的保護(hù)，因此在風(fēng)機(jī)涉網(wǎng)保護(hù)定值方面的仿真模擬不能真實反映，不能正確的反應(yīng)實際電網(wǎng)中風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行特性。

2.2 風(fēng)電場等值存在精度不足問題

2.2.1 工程等值的問題

風(fēng)電場中風(fēng)電機(jī)組通過箱式變壓器和電纜或架空線接入?yún)R流母線上。在對風(fēng)電場進(jìn)行等值時，未詳細(xì)考慮計及風(fēng)電場中常規(guī)設(shè)備的電氣參數(shù)影響，如箱式變壓器、電纜、架空線路等參數(shù)。未考慮風(fēng)機(jī)分布的連接線、架空線和電纜線及混合聯(lián)系部分，同時風(fēng)電場等值模型中的阻抗參數(shù)通過電阻的串并聯(lián)計算得出，但是由于風(fēng)電場中風(fēng)電機(jī)組的排布位置不統(tǒng)一，導(dǎo)致在對風(fēng)電場進(jìn)行等值計算時各種參數(shù)是有區(qū)別于實際電網(wǎng)中運(yùn)行的參數(shù)，進(jìn)而影響含風(fēng)電場電網(wǎng)的仿真計算精度。

2.2.2 不同機(jī)型之間的等值問題

規(guī)?；L(fēng)電場的開發(fā)通常由不同的開發(fā)商建設(shè)，不同開發(fā)商在各風(fēng)區(qū)建設(shè)以不同風(fēng)機(jī)為單位的風(fēng)電場，同時各風(fēng)電場通過同一匯集站送出，因此造成一個匯集站下包含有多種型號的風(fēng)電機(jī)組，如圖2所示。在對風(fēng)電場進(jìn)行等值時一般只用一種機(jī)型或兩種機(jī)型等值接入?yún)R集站，忽略了匯集站下可能含有多種不同機(jī)型，不同機(jī)型之間可能互相影響。使得工程計算等值的方法造成風(fēng)電場群的仿真特性區(qū)別于實際風(fēng)電場群的運(yùn)行特性。

圖2 匯集站下各風(fēng)電場接線示意圖

2.2.3 風(fēng)向、風(fēng)速、風(fēng)的出力的等值簡化

由于風(fēng)電場規(guī)模一般較大，各臺機(jī)組風(fēng)速、風(fēng)向不同，且受風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)電機(jī)組的排布影響，各風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能利用系數(shù)也不同。很多等值模型為了簡化等值過程，多是假設(shè)風(fēng)電場所有風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速相同來進(jìn)行等值處理的。假設(shè)風(fēng)電場的平均風(fēng)速作為等值機(jī)組的輸入風(fēng)速，但風(fēng)電機(jī)組的功率輸出與其輸入風(fēng)速并非線性關(guān)系，所以該等值方法出力存在一定的誤差，風(fēng)機(jī)在不同出力時的響應(yīng)特性也不相同，因此存在一定的誤差。

3 規(guī)?；蟮戎嫡`差增大問題

3.1 短路電流貢獻(xiàn)率問題

在對含風(fēng)電場的電網(wǎng)進(jìn)行短路計算時，當(dāng)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模小時，風(fēng)電場對電網(wǎng)提供的短路電流很小。但是隨著風(fēng)電場裝機(jī)規(guī)模的不斷增大，風(fēng)電場對電網(wǎng)提供的短路電流也隨著增加，在對電網(wǎng)進(jìn)行仿真計算時，不能忽略風(fēng)電場對電網(wǎng)短路電流的影響。在對規(guī)模化風(fēng)電場進(jìn)行等值時需要詳細(xì)考慮風(fēng)電場內(nèi)架空線路、電纜、箱變參數(shù)以及接線方式。若還沿用常規(guī)風(fēng)電場的等值方法，將增大對含規(guī)?；L(fēng)電場的電網(wǎng)仿真計算精度。表1為在不同風(fēng)電匯集站處發(fā)生短路時短路電流。

表1 在不同風(fēng)電匯集站處發(fā)生短路時短路電流

3.2 規(guī)?；蟪隽Φ戎祮栴}

風(fēng)電場規(guī)?；ㄔO(shè)，風(fēng)電場容量由常規(guī)的49.5 MW變成了200 MW，風(fēng)電場總風(fēng)機(jī)的臺數(shù)由原來的33臺變成80臺，風(fēng)電場的占地面積增大。由于風(fēng)電機(jī)組的出力受風(fēng)速的影響，風(fēng)電機(jī)組的功率輸出與其輸入風(fēng)速并非線性關(guān)系。風(fēng)電場內(nèi)每臺風(fēng)機(jī)的風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)能利用系數(shù)將不同。風(fēng)機(jī)在不同出力時的響應(yīng)特性也不相同，因此存在一定的誤差。

因此在對規(guī)?；L(fēng)電場進(jìn)行等值時，需要進(jìn)一步完善風(fēng)機(jī)的詳細(xì)等值模型，不能簡單像小容量風(fēng)機(jī)等值那樣。同時由于規(guī)?；L(fēng)電場存在不同型號的機(jī)組，不同風(fēng)電機(jī)組的功率曲線不同。因此在保證規(guī)?；L(fēng)電場出力與實際運(yùn)行相近前提下，需要細(xì)化風(fēng)電場風(fēng)機(jī)等值數(shù)量。

3.3 動態(tài)特性問題

規(guī)模化風(fēng)電場后，風(fēng)電場的裝機(jī)容量增大，在風(fēng)電大發(fā)時其相當(dāng)于一臺常規(guī)機(jī)組。由于風(fēng)電機(jī)組的輸出功率受風(fēng)速的影響，其出力具有隨機(jī)性、間歇性，因此風(fēng)電場的送出線路上潮流變化大，進(jìn)而導(dǎo)致規(guī)?；L(fēng)電場對電網(wǎng)的動態(tài)特性不能被忽略。在對規(guī)?；L(fēng)電場進(jìn)行等值計算時，不同風(fēng)機(jī)不同特性的誤差隨著規(guī)?；笳`差將進(jìn)一步增大，需考慮各種模型下的風(fēng)電等值動態(tài)特性誤差，盡量保持等值風(fēng)電場的動態(tài)響應(yīng)特性與實際運(yùn)行中動態(tài)響應(yīng)特性相似，但存在比對困難。

4 無功補(bǔ)償SVC、SVG仿真問題

風(fēng)電場中都裝有動態(tài)無功補(bǔ)償裝置(SVC、SVG)，而動態(tài)無功補(bǔ)償裝置對風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)穩(wěn)定性起到很大的作用。實際風(fēng)電場中SVC或SVG接在PCC點(diǎn)或升壓站的低壓側(cè)母線上，無功補(bǔ)償接線示意圖如圖3所示。

圖3 風(fēng)電場中無功補(bǔ)償接線示意圖

在對風(fēng)電場進(jìn)行等值建模時，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的等值以及接入點(diǎn)對含風(fēng)電場的電網(wǎng)有很大的影響。在對無功補(bǔ)償裝置等值建模時，將動態(tài)無功補(bǔ)償裝置等值成一個無功負(fù)荷，接入點(diǎn)為無功補(bǔ)償裝置實際并網(wǎng)點(diǎn)。這種建模方法對于真實模擬動態(tài)無功補(bǔ)償作用存在一定的誤差，特別是風(fēng)電場匯集站下的單個風(fēng)電場等值時，誤差將進(jìn)一步增大，影響了仿真的精度。

5 新疆電網(wǎng)內(nèi)仿真分析中出現(xiàn)問題

目前新疆電網(wǎng)對風(fēng)電場進(jìn)行等值建模時，細(xì)化國內(nèi)其他地區(qū)風(fēng)電場等值建模。是將風(fēng)電場等值由1臺機(jī)組改為3臺機(jī)組，考慮了不同機(jī)組類型，同時考慮風(fēng)機(jī)箱變，等值到發(fā)電機(jī)出口690 V，但忽略風(fēng)電場內(nèi)的線路連接方式，也考慮了風(fēng)電場的SVC、SVG模型，風(fēng)電場升壓匯集站下的風(fēng)電場也進(jìn)行了較為詳細(xì)的建模。這種建模方法一定程度上細(xì)化了仿真分析，提高了計算精度和結(jié)果可信度。但在實際運(yùn)行過程中，仿真結(jié)果仍存在一定的偏差，影響電網(wǎng)中風(fēng)電的接納能力計算。在對塔城、阿勒泰、博州、哈密地區(qū)風(fēng)電送電能力仿真分析時，發(fā)現(xiàn)了風(fēng)電場風(fēng)機(jī)模型及等值對風(fēng)電接納能力有一定的影響。風(fēng)電故障時的脫網(wǎng)速度、故障消失后的恢復(fù)速度與電網(wǎng)調(diào)整速度對仿真計算結(jié)果影響較大。存在著風(fēng)機(jī)故障反應(yīng)速度與常規(guī)電源發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)速度存在著相互影響，相互制約作用，影響仿真計算結(jié)果，仿真分析中的風(fēng)機(jī)動態(tài)特性偏嚴(yán)重。圖4為哈密主變壓器以及哈密南主變壓器功率分別約722 MW、547 MW時哈密主變壓器發(fā)生三永故障曲線。

圖4 哈密主變壓器高壓側(cè)三永故障

在對酒泉地區(qū)風(fēng)電低電壓穿越能力驗證試驗中也發(fā)現(xiàn)了類似的情況，風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)機(jī)響應(yīng)速度，響應(yīng)特性也與仿真有一定的差異，通過修正模型后，使仿真分析結(jié)果與實際試驗結(jié)果相似。

6 相關(guān)建議

目前，隨著風(fēng)電的大力開發(fā)，新疆電網(wǎng)風(fēng)電開發(fā)的小集中、大分散模式也逐步演變?yōu)榇蠹心Ｊ?，特別是哈密地區(qū)。風(fēng)電規(guī)?；陌l(fā)展，大規(guī)模風(fēng)電運(yùn)行對電網(wǎng)的影響也越來越大，風(fēng)電運(yùn)行的間歇性、波動性給電網(wǎng)運(yùn)行控制帶來了很大的難度，需要進(jìn)一步深入研究規(guī)?；L(fēng)電接入系統(tǒng)后的運(yùn)行特性及表現(xiàn)出的動態(tài)特征，以便于對風(fēng)電運(yùn)行的掌控，因此需要開展大量深入的仿真分析，通過對現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組等值、風(fēng)電場等值模型的討論，建議對風(fēng)機(jī)及風(fēng)電模型的開發(fā)進(jìn)行如下改進(jìn)。

(1)隨著計算機(jī)數(shù)據(jù)處理計算速度的提升，計算機(jī)仿真對電力系統(tǒng)限制的問題已經(jīng)得到了很大解決，因此考慮風(fēng)電場模型盡量采用包含電纜架空線路、箱變等較為詳細(xì)的模型，對于風(fēng)機(jī)模型也盡量采用包含控制模型在內(nèi)的較為詳細(xì)的模型，以提高仿真計算精度，最大程度的撲捉到風(fēng)機(jī)及風(fēng)電場在故障情況下的動態(tài)特征，但需要考慮數(shù)值計算的誤差。

(2)目前風(fēng)電場開發(fā)以分布式開發(fā)、49.5 MW一個單元開發(fā)、200 MW一個單元開發(fā)為主要形式，故針對上述情況，開發(fā)單機(jī)、49.5 MW集合式、200 MW集合式的標(biāo)準(zhǔn)化模塊風(fēng)電場模型，以標(biāo)準(zhǔn)化模塊為單元，詳細(xì)建模風(fēng)電場內(nèi)計及風(fēng)機(jī)模型、風(fēng)機(jī)間連接電纜、架空線路、風(fēng)機(jī)箱變、多臺機(jī)組連接關(guān)系。同時提高系統(tǒng)仿真計算人員的建模效率及建模準(zhǔn)確度，開放選擇其中的重要參數(shù)。

(3)借鑒水電、火電典型參數(shù)庫、輸變電設(shè)備典型參數(shù)庫的做法，建立風(fēng)電場典型風(fēng)機(jī)典型參數(shù)庫、風(fēng)機(jī)控制典型數(shù)據(jù)庫，風(fēng)電場風(fēng)機(jī)典型運(yùn)行數(shù)據(jù)庫、風(fēng)電場運(yùn)行控制典型數(shù)據(jù)庫、風(fēng)機(jī)擾動典型數(shù)據(jù)庫、分地區(qū)風(fēng)速擾動數(shù)據(jù)庫，以集合國內(nèi)外風(fēng)電運(yùn)行的豐富資源，提高仿真計算分析效率及精度。

(4)細(xì)化風(fēng)電分析，建立風(fēng)電分析計算規(guī)定，對計算深度和計算廣度進(jìn)行規(guī)定，在短路電流計算、動態(tài)穩(wěn)定小干擾計算、暫態(tài)穩(wěn)定計算、電壓穩(wěn)定計算、頻率穩(wěn)定計算、風(fēng)速及風(fēng)機(jī)干擾計算等方面統(tǒng)一規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，以減少風(fēng)電仿真計算的標(biāo)準(zhǔn)和項目的不統(tǒng)一性，提高仿真精度及仿真計算效果，不斷豐富風(fēng)電仿真技術(shù)。

(5)建立風(fēng)電仿真分析與實際運(yùn)行對比驗證機(jī)制，對風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)機(jī)故障時的行為特性進(jìn)行反演，通過繼電保護(hù)故障錄波器錄波數(shù)據(jù)、向量測量裝置PMU錄波數(shù)據(jù)與仿真分析的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比擬合，發(fā)現(xiàn)問題提高仿真精度。

(6)將機(jī)電暫態(tài)與電磁暫態(tài)混合仿真技術(shù)廣泛開發(fā)應(yīng)用于風(fēng)電仿真計算，形成成熟的算法并應(yīng)用于實際工程中，通過電磁暫態(tài)細(xì)化風(fēng)機(jī)特性反演，通過機(jī)電暫態(tài)模擬風(fēng)機(jī)電磁暫態(tài)對系統(tǒng)的影響。

(7)風(fēng)電的快速發(fā)展，小容量的風(fēng)電對系統(tǒng)的影響已經(jīng)演變?yōu)榇笕萘恳?guī)?；L(fēng)電群對電網(wǎng)的影響，其動態(tài)特性已不容忽視。通過上述各方面的開發(fā)及應(yīng)用，提高風(fēng)電仿真特性的準(zhǔn)確性，以模擬仿真提高風(fēng)電掌控能力， 同時可以將風(fēng)電仿真的成功經(jīng)驗應(yīng)用于光伏電站的仿真分析中，以提高對光伏發(fā)電的認(rèn)識，提高含風(fēng)電、光伏的新能源的仿真分析計算水平，以應(yīng)對規(guī)?；履茉窗l(fā)展帶來的新問題。

[1] 李俊峰,施鵬飛,高虎.中國風(fēng)電發(fā)展報告(2010版)[M].?？?海南出版社,2010:6-7．

[2] 雷亞洲,Gordon L.國外風(fēng)力發(fā)電導(dǎo)則及動態(tài)模型簡介[J].電網(wǎng)技術(shù),2005,25(12):27-32.

[3] Gerardo G,Tapia A,Ostolaza J X,Two Alternative Modeling Approaches for the Evaluation of Wind Farmactive and Reactive Power Performances[J]. IEEE Transon Energy Conversion,2006,21(4): 909-1000.

[4] 嚴(yán)干貴,李鴻博,穆鋼,等.基于等效風(fēng)速的風(fēng)電場等值建模[J].東北電力大學(xué)學(xué)報,2011, 31(3):13-19.

[5] Fernandez L M,Garcia C A,saenz J R.Equivalent models of Wind Farms by Using Aggregated Windturbines and Equivalent wind[J].Energy Conversion and Management, 2009(50): 691-704.

[6] 倪以信,陳壽孫,張寶霖.動態(tài)電力系統(tǒng)的理論和分析[M].北京:清華大學(xué)出版社,2002.

[7] 黃梅,萬航羽.在動態(tài)仿真中風(fēng)電場模型的簡化[J].電工技術(shù)學(xué)報,2009,24(9): 147-152.

[8] 曹娜,于群.風(fēng)速波動情況下并網(wǎng)風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機(jī)組分組方法[J].電力系統(tǒng)自動化,2012, 36(2): 42-46.