基于改进肘形判据的双馈风电场动态等值研究

作     者：杨正 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张俊芳

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：动态等值 双馈风机 肘形判据 凝聚层次聚类 主成分分析 

摘      要：随着社会的不断发展,我国电力系统规模正在不断扩大,电网结构和地区间电气联系越来越复杂,给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的挑战。近年来,随着风电并网规模的不断上升,风电机组在电力系统中的大规模接入也已经对电网的安全稳定运行造成影响,随之带来的计算规模和仿真难度增大等问题也日益突出。因此,本文从简化研究过程角度出发,研究动态等值方法在电网和风电场中的具体应用及改进。主要研究内容如下:首先,对双馈式感应风力发电机的组成结构和运行原理进行研究,在此基础上,分析了双馈风机各组件模型,包括风速、风力机、双馈感应式发电机和轴系结构的数学模型;研究了风电机组的控制模型,包括桨距角控制、最大功率跟踪控制、换流器模型和保护电路模型,并对双馈风机的并网方式进行了讨论和研究。通过动态特性仿真验证了所建立模型的有效性,为后文风电场的动态等值研究奠定了理论和建模基础。其次,对电力系统动态等值方法进行研究。研究了同调等值法的基本假设和相关步骤,在此基础上,提出了一种基于间隙统计算法(gap statistic algorithm,GSA)的肘形判据来自动判别同调机群的最佳聚类个数,并利用IEEE39节点系统进行了仿真验证,仿真结果表明该方法能够有效的判断聚类个数,得到较为理想的等值效果。然后,针对双馈风电场,提取出其运行时期的13个状态变量,考虑肘形判据计算的复杂度,引入主成分分析法,以主成分代替原始数据并将其应用到肘形判据和凝聚层次聚类算法中,形成改进肘形判据;研究了风电场的等值参数计算,其中,采用容量加权法计算机组参数,拟合风速的三次方曲线作为等值风速,而对于集电线路,则采用网络变换等效的方法,有效解决了风电场中任意位置风机的等值参数聚合问题。在此基础上,提出基于改进肘形判据的双馈风电场动态等值方法。最后,根据基于改进肘形判据的双馈风电场动态等值方法,对风电场进行仿真建模与分析。对仿真运行数据采用改进肘形判据得到最佳聚类个数并进行聚类分析,聚类效果与原数据聚类效果一致,表明了本文提取的主成分用作聚类分析的可行性;通过动态等值仿真分析,验证了本文提出的基于主成分分析法的改进肘形判据的合理性和有效性。