1、NB/T XXXXXXXXX6ICS FORMTEXT 點擊此處添加ICS號 FORMTEXT 點擊此處添加中國標準文獻分類號 FORMTEXT 中華人民共和國能源行業(yè)標準風電機組電氣仿真模型建模導則Guideline for Electrical Simulation Models of Wind Turbines FORMTEXT 點擊此處添加與國際標準一致性程度的標識（征求意見稿）本稿完成日期：2013年10月30日XXXX - FORMTEXT XX - FORMTEXT XX實施201X- FORMTEXT XX - FORMTEXT XX發(fā)布NB/T FORMTEXT XXXXX

2、FORMTEXT XXXX國家能源局發(fā)布NB/T XXXXXXXXX HYPERLINK l _Toc372122522前言 PAGEREF _Toc372122522 h IIHYPERLINK l _Toc3721225231 范圍 PAGEREF _Toc372122523 h 1HYPERLINK l _Toc3721225242 規(guī)范性引用文件 PAGEREF _Toc372122524 h 1HYPERLINK l _Toc3721225253 術語和定義 PAGEREF _Toc372122525 h 1HYPERLINK l _Toc3721225364 符號定義 PAGERE

3、F _Toc372122536 h 2HYPERLINK l _Toc3721225375 風電機組模型 PAGEREF _Toc372122537 h 4HYPERLINK l _Toc3721225385.1 基本要求 PAGEREF _Toc372122538 h 4HYPERLINK l _Toc3721225395.2 模型接口和初始化 PAGEREF _Toc372122539 h 4HYPERLINK l _Toc3721225405.3 風電機組模型結(jié)構 PAGEREF _Toc372122540 h 5HYPERLINK l _Toc3721225415.4 子模塊模型 PA

4、GEREF _Toc372122541 h 10HYPERLINK l _Toc3721225426 模型驗證方法與步驟 PAGEREF _Toc372122542 h 15HYPERLINK l _Toc3721225436.1 驗證基本原則 PAGEREF _Toc372122543 h 15HYPERLINK l _Toc3721225446.2 驗證工況 PAGEREF _Toc372122544 h 16HYPERLINK l _Toc3721225456.3 仿真與測試數(shù)據(jù)要求 PAGEREF _Toc372122545 h 16HYPERLINK l _Toc3721225466

5、.4 模型驗證步驟 PAGEREF _Toc372122546 h 17HYPERLINK l _Toc3721225476.5 驗證結(jié)果評價 PAGEREF _Toc372122547 h 19HYPERLINK l _Toc372122548附錄A （資料性附錄） 風電機組模型驗證用測試數(shù)據(jù)格式 PAGEREF _Toc372122548 h 20HYPERLINK l _Toc372122549附錄B （規(guī)范性附錄） 故障過程分區(qū)方法 PAGEREF _Toc372122549 h 21HYPERLINK l _Toc372122550附錄C （資料性附錄） 模型驗證結(jié)果 PAGEREF

6、 _Toc372122550 h 23HYPERLINK l _Toc372122551參考文獻 PAGEREF _Toc372122551 h 25HYPERLINK l _Toc372122552編 制 說 明 PAGEREF _Toc372122552 h 26前言本標準依據(jù)GB/T 1.1-2009標準化工作導則 第1部分：標準的結(jié)構和編寫編制。本標準的附錄A和附錄C為資料性附錄，附錄B為規(guī)范性附錄。本標準由XXX提出。本標準由能源行業(yè)風電標準化技術委員會歸口。本標準起草單位：中國電力科學研究院。本標準主要起草人：XXX，XXX，XXX，XXX，XXX，XXX，XXX，XXX。NB/T

7、 XXXXXXXXX 風電機組電氣仿真模型建模導則范圍本標準規(guī)定了風電機組電氣仿真模型的分類、結(jié)構、子模塊實現(xiàn)以及模型驗證方法與步驟。本標準適用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算用風電機組電氣仿真模型的建模和驗證。規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 19963-2011 風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定NB/T XXXX 風電機組低電壓穿越建模及驗證方法NB/T XXXX 風電機組低電壓穿越能力測試規(guī)程術語和定義風電機組額定功率 rated power for wind

8、turbines風電機組連續(xù)穩(wěn)定運行在額定工況時輸出的有功功率。電力系統(tǒng)穩(wěn)定 power system stability 電力系統(tǒng)受到大擾動后，過渡到新的或恢復到原來穩(wěn)態(tài)運行方式的能力。低電壓穿越 Low Voltage ride through當電力系統(tǒng)事故或擾動引起風電場并網(wǎng)點電壓或頻率變化時，在一定的電壓、頻率變化范圍和時間間隔內(nèi)，風電機組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。電壓跌落發(fā)生裝置 voltage dip generator 在低電壓穿越測試中，使測試點產(chǎn)生滿足測試要求電壓跌落的試驗設備。電壓跌落幅值 depth of voltage dip電壓跌落期間線電壓最小值與額定值的比值，以標幺

9、值或百分比表示。穩(wěn)態(tài)區(qū)間 steady-state range風電機組并網(wǎng)運行時，機端電壓不發(fā)生瞬時突變，保持穩(wěn)定運行的過程區(qū)間。暫態(tài)區(qū)間 transient-state range風電機組并網(wǎng)運行時，機端電壓發(fā)生瞬時突變，風電機組由一個穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一穩(wěn)定狀態(tài)的過渡過程區(qū)間?；ㄕ蚍至?positive sequence component of the fundamental三相系統(tǒng)的基波分量中，三個對稱相序分量之一，它存在于對稱的和不對稱的正弦量三相系統(tǒng)中，由下列復數(shù)表達式定義:(1)式中：是120運算因子，而、和是有關相量的復數(shù)表達式，其中表示系統(tǒng)電流或電壓的相矢量?；ㄘ撔蚍至?

10、negative sequence component of the fundamental三相系統(tǒng)的基波分量中，三個對稱相序分量之一，它僅存在于一個不對稱的正弦量三相系統(tǒng)中，由下列復數(shù)表達式定義:.(2)式中：是120運算因子，而、和是有關相量的復數(shù)表達式，其中表示系統(tǒng)電流或電壓的相矢量。符號、代號和縮略語下列符號適用于本標準：葉片槳距角cmd主控制系統(tǒng)槳距角指令gen發(fā)電機角速度ref風力機初始角速度WTR風力機角速度WTRn風力機額定角速度UWTTG風電機組發(fā)電機變流器系統(tǒng)端電壓UWTT風電機組機端電壓VW風速PWTref穩(wěn)態(tài)運行有功功率參考值QWTref穩(wěn)態(tài)運行無功功率參考值VWTre

11、f穩(wěn)態(tài)運行電壓參考值空氣密度csh傳動鏈軸系阻尼系數(shù)cp風能轉(zhuǎn)換效率系數(shù)fWTT風電機組機端電壓頻率F1變流器保護觸發(fā)標志F2風電機組保護觸發(fā)標志HWTR風力機慣性時間常數(shù)Hgen發(fā)電機慣性時間常數(shù)IWTTG風電機組發(fā)電機變流器系統(tǒng)端電流IWTT風電機組機端電流In風電機組額定電流IQ風電機組無功電流Ir發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流ksh傳動鏈軸系剛度系數(shù)P風電機組機端有功功率Pn風電機組額定功率Paero風電機組捕獲的風功率Pgen發(fā)電機有功功率Q風電機組機端無功功率Qcmd風電機組無功功率指令R風力機葉輪半徑Tcmd風電機組轉(zhuǎn)矩指令Tinit風力機初始轉(zhuǎn)矩TP變槳系統(tǒng)等效慣性時間常數(shù)UG模型驗證用等效電

12、網(wǎng)電壓S1旁路開關S2短路開關Sk電壓跌落發(fā)生裝置電網(wǎng)側(cè)接入點短路容量電壓跌落發(fā)生裝置電網(wǎng)側(cè)接入點阻抗角Z1限流阻抗Z2短路阻抗F1_IQ無功電流穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均偏差F2_IQ無功電流暫態(tài)區(qū)間平均偏差F3_IQ無功電流穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差F4_IQ無功電流暫態(tài)區(qū)間平均絕對偏差F5_IQ無功電流穩(wěn)態(tài)區(qū)間最大偏差FAIQ無功電流A時段平均絕對偏差FBIQ無功電流B時段平均絕對偏差FCIQ無功電流C時段平均絕對偏差FG_IQ無功電流加權平均絕對偏差F1_P有功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均偏差F2_P有功功率暫態(tài)區(qū)間平均偏差F3_P有功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差F4_P有功功率暫態(tài)區(qū)間平均絕對偏差F5_P有功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)

13、間最大偏差FAP有功功率A時段平均絕對偏差FBP有功功率B時段平均絕對偏差FCP有功功率C時段平均絕對偏差FG_P有功功率加權平均絕對偏差F1_Q無功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均偏差F2_Q無功功率暫態(tài)區(qū)間平均偏差F3_Q無功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差F4_Q無功功率暫態(tài)區(qū)間平均絕對偏差F5_Q無功功率穩(wěn)態(tài)區(qū)間最大偏差FAQ無功功率A時段平均絕對偏差FBQ無功功率B時段平均絕對偏差FCQ無功功率C時段平均絕對偏差FG_Q 無功功率加權平均絕對偏差FU電壓穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差風電機組模型基本要求該規(guī)范不是針對風電機組運行特性方面的要求，而是模型響應方面的要求，建立適用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的風電機組電氣仿真模型。

14、該規(guī)范規(guī)定的模型僅適用于風電機組，因此并不包括風電場等級的控制以及附加設備。模型為機電暫態(tài)仿真模型，仿真步長宜為1-10ms。模型是基頻正序響應下的模型。風電機組模型應包含風電機組正常運行和故障運行中對并網(wǎng)性能有明顯影響的部件，包括機械部件、電氣部件、控制、安全及故障保護等模塊。模型應反映機組過/欠壓、過/欠頻和過流保護特性。模型接口和初始化本條款規(guī)定了風電機組模型的接口和初始化條件。a）模型接口風電機組模型接口說明分為初始化計算和動態(tài)仿真兩個階段，如圖1所示。初始化階段，風電機組模型作為PQ節(jié)點或PV節(jié)點。電網(wǎng)模型將潮流計算結(jié)果提供給風電機組模型。動態(tài)仿真階段，風電機組模型輸入和輸出變量應與

15、電網(wǎng)模型的輸入和輸出變量關聯(lián)。風電機組模型采用機端電壓作為輸入，輸出機端電流提供給電網(wǎng)模型。風電機組模型可接受來自風電場控制器的指令設定值，包括有功功率參考值、無功功率參考值或電壓參考值。圖1 風電機組模型和電網(wǎng)模型接口b）風電機組模型初始化初始化用來保證動態(tài)仿真是從穩(wěn)態(tài)開始的。風電機組模型的初始化應與電網(wǎng)模型的初始化保持一致。風電機組模型和電網(wǎng)模型初始化示意圖如圖2所示。初始化階段，風電機組模型根據(jù)無功電壓控制策略的不同，可設置為PQ節(jié)點或PV節(jié)點，當風電機組輸出無功功率超出無功上下限約束時，自動轉(zhuǎn)為PQ節(jié)點。電網(wǎng)模型通過潮流計算進行初始化，潮流結(jié)果作為初始條件提供給風電機組模型初始化。電網(wǎng)

16、模型提供給風電機組模型的潮流結(jié)果包括風電機組機端電壓、有功和無功電流。風電機組模型根據(jù)潮流結(jié)果確定運行工作點并進行控制模塊的初始化。圖2風電機組模型和電網(wǎng)模型初始化風電機組模型初始化時，風電機組模型參數(shù)包括：物理參數(shù)，如發(fā)電機轉(zhuǎn)動慣量、空氣動力學系數(shù)等；運行模式，如電壓控制模式、功率因數(shù)控制模式、無功功率控制模式；控制器參數(shù)，如控制器限幅等。風電機組模型初始條件包括風速、發(fā)電機轉(zhuǎn)速或風力機轉(zhuǎn)速、槳距角、風電場控制器指令（如有功功率指令、無功功率指令）等。風電機組模型結(jié)構風電機組通用模型結(jié)構風電機組可分為四類進行建模。1型：定速風電機組2型：滑差控制變速風電機組3型：雙饋變速風電機組4型：全功率

17、變頻風電機組風電機組通用模型結(jié)構可參考圖3，參數(shù)解釋參考圖1。不同類型風電機組，可根據(jù)實際風電機組結(jié)構對模型進行調(diào)整。圖3 風電機組模型結(jié)構圖1型風電機組1型風電機組包括的主要電氣、機械部件接線方式如圖4所示，電氣設備包括異步發(fā)電機、無功補償裝置、并網(wǎng)開關、變壓器等。1型風電機組配置機械投切式電容器組時，采用固定電容器組模型；配置可動態(tài)控制的可變電容器組時，應根據(jù)實際情況建立可變電容器組仿真模型。仿真模型包含箱變模型。1型風電機組可以分為故障期間具有變槳控制能力和不具備變槳控制能力兩種型式。1型風電機組變槳控制能力用于主動低電壓穿越控制，但該技術在實際工程未廣泛應用，因此從建立用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定

18、分析的風電機組仿真模型角度，本標準中采用故障穿越期間固定槳距角型式。圖中：WTR風力機風輪； GB齒輪箱；AG異步發(fā)電機； FC固定電容器組；VC可變電容器組； CB斷路器；TR箱變； WTT風電機組端口。圖4 1型風電機組接線方式1型風電機組模型結(jié)構如圖5所示，VWTref為采用可變電容器組時的電壓參考設定值。空氣動力學模型、傳動鏈、發(fā)電機和變流器系統(tǒng)、保護模塊以及電氣設備的子模塊模型可參見5.4。圖5 1型風電機組模型結(jié)構2型風電機組2型風電機組包括的主要電氣、機械部件接線方式如圖6所示，電氣設備包括異步發(fā)電機、無功補償裝置、并網(wǎng)開關、變壓器等。2型風電機組在轉(zhuǎn)子繞組上串聯(lián)了可變電阻，通過

19、可變電阻控制轉(zhuǎn)子電流大小提高電機變速運行范圍。2型風電機組配置機械投切式電容器組時，采用固定電容器組模型；配置可動態(tài)控制的可變電容器組時，應根據(jù)實際情況建立可變電容器組仿真模型。仿真模型包含箱變模型。圖中：WTR風力機風輪； GB齒輪箱；WRAG繞線式異步發(fā)電機； VRR可變轉(zhuǎn)子電阻；FC固定電容器組； VC可變電容器組；CB斷路器； TR箱變；WTT風電機組端口。圖6 2型風機接線方式2型風電機組模型結(jié)構如圖7所示，VWTref為采用可變電容器組時的電壓參考設定值。2型風電機組通常配置了槳距角控制系統(tǒng)，因此控制系統(tǒng)包含了可變轉(zhuǎn)子電阻控制和槳距角控制?？諝鈩恿W模型、傳動鏈、發(fā)電機和變流器系統(tǒng)

20、、控制系統(tǒng)、保護模塊以及電氣設備的子模塊模型可參見5.4。圖7 2型風電機組模型結(jié)構3型風電機組3型風電機組包括的主要電氣、機械部件接線方式如圖8所示，電氣設備包括異步發(fā)電機、變流器、并網(wǎng)開關、變壓器等。3型風電機組發(fā)電機定子側(cè)直接與電網(wǎng)相連，轉(zhuǎn)子側(cè)通過一背靠背變流器與電網(wǎng)相連，變流器系統(tǒng)包括機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器和直流電容。3型風電機組還可能包括轉(zhuǎn)子側(cè)Crowbar保護電路以及與直流電容并聯(lián)的chopper保護電路，用于實現(xiàn)3型風電機組低電壓穿越。仿真模型包含箱變模型。圖中：WTR風力機風輪； GB齒輪箱；WRAG繞線式異步發(fā)電機； GSC機側(cè)變流器；LSC網(wǎng)側(cè)變流器； CrowbarCro

21、wbar電路；CHchopper電路； C直流電容；L電抗器； CB斷路器； TR箱變； WTT風電機組端口。圖8 3型風機接線方式3型風電機組模型結(jié)構如圖9所示。3型風電機組模型結(jié)構中發(fā)電機變流器系統(tǒng)包含發(fā)電機模型和變流器模型，控制系統(tǒng)包含槳距角控制、變流器控制。空氣動力學模型、傳動鏈、發(fā)電機和變流器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、保護模塊以及電氣設備的子模塊模型可參見5.4。圖9 3型風電機組模型結(jié)構4型風電機組4型風電機組包括的主要電氣、機械部件接線方式如圖10所示，電氣設備包括發(fā)電機、變流器、并網(wǎng)開關、變壓器等。4型風電機組的發(fā)電機可能采用同步發(fā)電機或異步發(fā)電機，發(fā)電機通過全功率變流器和電網(wǎng)隔離，變流

22、器系統(tǒng)包括機側(cè)變流器、網(wǎng)側(cè)變流器和直流電容。4型風電機組還包括與直流電容并聯(lián)的chopper保護電路，用于實現(xiàn)4型風電機組低電壓穿越。仿真模型包含箱變模型。圖中：WTR風力機風輪； GB齒輪箱；SG/AG同步/異步發(fā)電機； GSC機側(cè)變流器；LSC網(wǎng)側(cè)變流器； C直流電容；CHchopper電路； L電抗器；CB斷路器； TR箱變； WTT風電機組端口。圖10 4型風機接線方式4型風電機組模型結(jié)構如圖11所示。4型風電機組一般都配置了chopper保護電路防止直流電容過電壓以保護變流器。對于具有chopper保護電路的4型風電機組，從建立用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的風電機組仿真模型角度，機側(cè)變流器、

23、發(fā)電機、傳動鏈、空氣動力學模塊和槳距角控制系統(tǒng)可簡化。模型結(jié)構中控制系統(tǒng)包含網(wǎng)側(cè)變流器控制。發(fā)電機和變流器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、保護模塊以及電氣設備的子模塊模型可參見5.4。圖11 4型風電機組模型結(jié)構子模塊模型空氣動力學模型風力機空氣動力模塊模擬風能獲取，獲得的風功率可由式（3）表示：. QUOTE F1=1KM_End-K MStart+1i=K M_StartKM_EndxMi-1KS_End-K S_Start+1i=K S_StartKS_EndxSi （3） 風能轉(zhuǎn)換效率系數(shù)可根據(jù)葉片的氣動特性表，由葉尖速比和葉片槳距角查表得到?？諝鈩恿W模型可采用如圖12所示的模型結(jié)構。圖12 空氣動

24、力學模型傳動鏈傳動鏈模型應能準確模擬該部分動態(tài)過程對風電機組電氣性能的影響，可采用如圖13所示的兩質(zhì)量塊模型。圖13 傳動鏈兩質(zhì)量塊模型發(fā)電機和變流器系統(tǒng)4種類型風電機組的發(fā)電機變流器系統(tǒng)采用不同的仿真模型。1型風電機組1型風電機組中發(fā)電機模型可采用仿真軟件中的標準異步發(fā)電機模型，從建立用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析的仿真模型角度，發(fā)電機模型應反映轉(zhuǎn)子磁鏈暫態(tài)特性，可忽略定子磁鏈暫態(tài)特性。2型風電機組2型風電機組中發(fā)電機模型如圖14所示，可在標準異步發(fā)電機模型的轉(zhuǎn)子繞組上增加可變電阻進行修正。發(fā)電機模型應反映轉(zhuǎn)子磁鏈暫態(tài)特性，可忽略定子磁鏈暫態(tài)特性。模型中的L、R、分別表示電感、電阻、電壓、磁鏈和電流，

25、下標d和q分別代表d軸和q軸分量，下標s和r分別代表定子和轉(zhuǎn)子變量，Lm為勵磁電感，為同步轉(zhuǎn)速。圖14 2型風電機組發(fā)電機模型3型風電機組3型風電機組中發(fā)電機和變流器系統(tǒng)的模型如圖15所示。發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組上模擬增加Crowbar電阻，發(fā)電機模型應反映轉(zhuǎn)子磁鏈暫態(tài)特性，可忽略定子磁鏈暫態(tài)特性，機側(cè)變流器模型可被模擬為理想的電壓源，網(wǎng)側(cè)變流器模型可被模擬為理想的電流源。圖中，發(fā)電機模型中的L、R、分別表示電感、電阻、電壓、磁鏈和電流，下標d和q分別代表d軸和q軸分量，下標s和r分別代表定子和轉(zhuǎn)子變量，Lm為勵磁電感，為同步轉(zhuǎn)速。圖15 3型風電機組發(fā)電機和變流器系統(tǒng)模型4型風電機組對于具有chop

26、per保護電路的4型風電機組，發(fā)電機和變流器系統(tǒng)模型可簡化模擬，如圖16所示，發(fā)電機和變流器系統(tǒng)可模擬為理想的電流源。圖16 4型風電機組發(fā)電機和變流器系統(tǒng)模型控制系統(tǒng)風電機組電氣仿真模型控制系統(tǒng)應根據(jù)實際控制策略準確建模。不同類型風電機組控制系統(tǒng)包含的控制模塊不同。控制系統(tǒng)典型控制模塊包括槳距角控制、有功功率控制、無功功率控制以及與低電壓穿越相關的控制模塊等。2型風電機組控制系統(tǒng)包含槳距角控制和可變轉(zhuǎn)子電阻控制。槳距角控制如圖17所示。對于低電壓穿越期間具有快速變槳功能的風電機組，應在槳距角控制模型中增加快速變槳功能的模擬。圖17 槳距角控制模型可變轉(zhuǎn)子電阻控制如圖18所示。圖18 可變轉(zhuǎn)子

27、電阻控制模型3型風電機組控制系統(tǒng)包含槳距角控制、機側(cè)變流器控制和網(wǎng)側(cè)變流器控制。1）槳距角控制槳距角控制如圖17所示。對于低電壓穿越期間具有快速變槳功能的風電機組，應在槳距角控制模型中增加快速變槳功能的模擬。2）機側(cè)變流器控制機側(cè)變流器控制模型如圖19所示，根據(jù)控制狀態(tài)判斷，機側(cè)變流器控制包括穩(wěn)定運行控制模塊、故障穿越運行控制模塊兩部分。圖19 機側(cè)變流器控制模型穩(wěn)態(tài)運行時，機側(cè)變流器實現(xiàn)有功和無功解耦控制。通過有功功率控制實現(xiàn)最大功率追蹤，根據(jù)機組運行模式不同，無功功率控制可以包括恒功率因數(shù)控制和恒電壓控制兩種模式。機側(cè)變流器穩(wěn)態(tài)運行控制下，有功功率控制模型如圖20所示，無功功率控制模型如圖

28、21所示。圖20穩(wěn)態(tài)運行下有功功率控制模型圖21穩(wěn)態(tài)運行下無功功率控制模型故障穿越運行控制狀態(tài)通過檢測風電機組機端電壓并根據(jù)低電壓穿越曲線判斷。故障穿越運行控制下，變流器電流輸出切換到故障穿越運行控制模塊的輸出。故障穿越運行控制模塊主要包括故障穿越過程中逆變器輸出的有功電流和無功電流控制。無功電流控制模型應能實現(xiàn)風電機組低電壓穿越期間對電網(wǎng)無功電流支撐能力的模擬。有功電流控制模型應能模擬風電機組低電壓穿越結(jié)束后的功率恢復特性。故障穿越運行狀態(tài)下，有功電流和無功電流應保證滿足公式（4）的關系：(4)式中，為變流器暫態(tài)過程中允許輸出的最大電流。3）網(wǎng)側(cè)變流器控制網(wǎng)側(cè)變流器典型控制模塊如圖22所示，

29、有功電流分量用于控制直流電容電壓恒定，無功電流分量一般設置為0。如果無功電流分量用于控制電網(wǎng)側(cè)變流器發(fā)出的無功功率，應在模型中增加該部分控制功能的模擬。圖22 網(wǎng)側(cè)變流器控制模型4型風電機組對于具有chopper保護電路的4型風電機組，控制系統(tǒng)可以簡化模擬，主要包含網(wǎng)側(cè)變流器控制部分，分別包括有功控制和無功控制模型。4型風電機組有功控制模型分為穩(wěn)定運行狀態(tài)和故障穿越運行狀態(tài)兩部分，如圖23所示。圖23 4型風電機組有功控制模塊4型風電機組無功控制模型分為穩(wěn)定運行狀態(tài)和故障穿越運行狀態(tài)兩部分，典型控制模塊與3型風電機組機側(cè)變流器的無功控制模型相同。保護模塊風電機組的過/欠壓保護、過/欠頻保護應準

30、確建模，其它與低電壓穿越過程相關的保護如超速保護等宜在模型中體現(xiàn)。對于3型風電機組，保護模塊應模擬Crowbar保護電路的動作特性。對于3型風電機組和4型風電機組采用Chopper保護電路時，如果需要準確模擬直流電容電壓的動態(tài)，則Chopper保護電路的動作特性需要模擬。電氣設備電氣設備模型是指與風電機組機端連接的電氣設備，一般包括并網(wǎng)開關和箱式變壓器，對于1型和2型風電機組，還包括在風電機組機端配置的無功補償設備。仿真模型中并網(wǎng)開關可設置瞬時動作。配置機械投切式電容器組時可采用固定電容器組模型；配置可動態(tài)控制的可變電容器組時，應能準確反映其動態(tài)響應特性應。變壓器模型可采用仿真軟件中的標準模型

31、，應考慮以下參數(shù)的影響：原邊線圈電阻；原邊線圈漏抗；副邊線圈電阻；副邊線圈漏抗；線圈匝比；變壓器聯(lián)結(jié)組別；變壓器分接頭位置。模型驗證方法與步驟驗證基本原則模型驗證的主要內(nèi)容為電網(wǎng)電壓擾動工況下的模型仿真與測試數(shù)據(jù)的對比。模型驗證考核量包括電壓、有功功率、無功功率和無功電流。模型驗證選取風電機組箱式變壓器低壓側(cè)（或高壓側(cè)）數(shù)據(jù)開展模型驗證?；ㄕ蚍至康尿炞C應滿足本標準要求，對于不對稱故障情況下的基波負序分量的驗證可參考本標準。驗證工況依據(jù)Q/GDW XXXX 風電機組低電壓穿越測試規(guī)范中規(guī)定的測試類別，分別在以下功率范圍、故障類型和電壓跌落幅值的工況下驗證。功率范圍依照風電機組低電壓穿越實際測

32、試的功率范圍，模型驗證應分別在以下兩種有功功率輸出狀態(tài)下進行。大功率輸出狀態(tài)，P0.9 Pn；小功率輸出狀態(tài)，0.1 PnP0.3 Pn。故障類型模型驗證的工況包括三相對稱故障和兩相不對稱故障。電壓跌落模型驗證的電壓跌落工況應包括但不限于Q/GDW XXXX 風電機組低電壓穿越測試規(guī)范中規(guī)定的三相電壓跌落和兩相電壓跌落情況下電壓跌落幅值為0.750.05、0.500.05、0.350.05、0.200.05四種。其他工況除6.2.1、6.2.2和6.2.3條中規(guī)定的驗證工況外，為驗證風電機組模型保護模塊等仿真功能，可由模型驗證方與模型提交方協(xié)商確定其他驗證工況。仿真與測試數(shù)據(jù)要求測試數(shù)據(jù)模型驗

33、證應采用該型風電機組按照Q/GDW XXXX 風電機組低電壓穿越測試規(guī)范進行低電壓穿越測試時的測試數(shù)據(jù)。風電機組低電壓穿越測試與模型驗證的結(jié)構圖如圖24所示。圖24 風電機組低電壓穿越測試與驗證示意圖用于模型驗證的測試數(shù)據(jù)應包括測量點1的電壓和電流、測試期間風速。測量點2和測量點3的電壓和電流以及發(fā)電機轉(zhuǎn)速、風力機轉(zhuǎn)速、槳距角等測試數(shù)據(jù)可根據(jù)模型驗證的需求選取。仿真數(shù)據(jù)用于仿真建模的數(shù)據(jù)包括：電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，包括但不限于：等效電網(wǎng)電壓UG、電壓跌落發(fā)生裝置電網(wǎng)側(cè)接入點短路容量Sk及阻抗角或阻抗比X/R；電壓跌落設備參數(shù)，包括：限流阻抗Z1的電阻和電抗值、短路阻抗Z2的電阻和電抗值，以及開關S1和

34、S2的動作時序。測試信息模型驗證中需要的低電壓穿越測試信息按照附錄A的格式提供。模型驗證步驟模型仿真模型驗證前校核并調(diào)整電網(wǎng)參數(shù)，包括電壓、等效阻抗、短路容量。依據(jù)風電機組實際測試情況，設置模型為6.2節(jié)規(guī)定的驗證工況，進行模型仿真，得到風電機組變壓器低壓側(cè)（或高壓側(cè)）電壓、電流和功率仿真結(jié)果。數(shù)據(jù)處理計算測試與仿真數(shù)據(jù)的線電壓、電流、無功電流、有功功率和無功功率的基波正序分量。為保證測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)對比的有效性，所有數(shù)據(jù)應采用相同的量綱，時標，分辨率格式。測試與仿真數(shù)據(jù)的時間序列應同步。故障過程分段以測試數(shù)據(jù)為依據(jù)進行。故障過程分區(qū)以實際測試數(shù)據(jù)為依據(jù)，對故障過程進行分區(qū)，分區(qū)方法見附錄B

35、，即：根據(jù)測試電壓數(shù)據(jù)，將測試與仿真的數(shù)據(jù)序列分為A（故障前）、B（故障期間）、C（故障后）三個時段；根據(jù)有功功率和無功電流的響應特性，將B、C時段分為暫態(tài)區(qū)間和穩(wěn)態(tài)區(qū)間，其中B時段分為B1（暫態(tài)）和B2（穩(wěn)態(tài)）區(qū)間，C時段分為C1（暫態(tài)）、C2（穩(wěn)態(tài)）區(qū)間。偏差計算通過計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)之間的偏差，考核模型的準確程度。測試與仿真偏差計算的電氣量是：電壓U；有功功率P；無功功率Q；無功電流IQ QUOTE IQ 。用XS QUOTE xS 和XM QUOTE xM 分別表示以上電氣量的仿真數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)基波正序分量的標幺值。KStart QUOTE KM_Start 和KEnd QUOTE

36、 KS_End 分別 QUOTE KM_End 表示計算偏差時第一個和最后一個仿真、測試數(shù)據(jù)的序號。計算有功功率、無功功率和無功電流仿真數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)的偏差，包括平均偏差、平均絕對偏差、最大偏差以及加權平均絕對偏差。其中，各時段暫態(tài)區(qū)間分別計算平均偏差和平均絕對偏差，穩(wěn)態(tài)區(qū)間分別計算平均偏差、平均絕對偏差和最大偏差。計算電壓仿真數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)的穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差。偏差計算方法如下：穩(wěn)態(tài)區(qū)間的平均偏差 QUOTE F1 在穩(wěn)態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的算術平均，并取其絕對值，用F1表示。. QUOTE F1=1KM_End-K MStart+1i=K M_StartKM_

37、EndxMi-1KS_End-K S_Start+1i=K S_StartKS_EndxSi （5） 暫態(tài)區(qū)間的平均偏差 QUOTE F2 在暫態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的算術平均，并取其絕對值，用F2表示。.（6）穩(wěn)態(tài)區(qū)間的平均絕對偏差 QUOTE F1 在穩(wěn)態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的絕對值的算術平均，用F3表示。.（7）暫態(tài)區(qū)間的平均絕對偏差 QUOTE F1 在暫態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的絕對值的算術平均，用F4表示。.（8）穩(wěn)態(tài)區(qū)間的最大偏差 QUOTE F3 在穩(wěn)態(tài)區(qū)間內(nèi)，計算測試數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)基波正序分量差值的絕

38、對值的最大值，用F5表示。. QUOTE F3=maxi=KStart,K EndxMi-xSi （9）加權平均絕對偏差 QUOTE F3 分別計算有功功率、無功功率、無功電流在A、B、C時段的平均絕對偏差，以FAP QUOTE FAP 、FBP QUOTE FBP 、FCP QUOTE FCP 、FAQ QUOTE FAQ 、FBQ、FCQ 、FAIQ、 QUOTE FAIQ FBIQ QUOTE FBIQ 、FCIQ QUOTE FCIQ QUOTE FCQ 表示。以B時段有功功率 QUOTE FAP 的平均絕對偏差FBP為例，KStart QUOTE KM_Start 和KEnd分別表示

39、B時段數(shù)據(jù)序列第一個和最后一個數(shù)據(jù)的序號。計算如下：（10）將各時段的平均絕對偏差進行加權平均，得到整個過程的加權平均絕對偏差。三個區(qū)間的權值分別是：A（故障前）： 10%B（故障期間）： 60%C（故障后）： 30%以有功功率為例計算加權平均絕對偏差如下：（11）每個驗證工況按照附錄C表C.1的格式記錄驗證結(jié)果。全部工況驗證完成后，按照附錄C表C.2的格式記錄驗證結(jié)果，表中電壓跌落幅值根據(jù)實際開展模型驗證工況選擇的電壓跌落幅值填寫。驗證結(jié)果評價偏差計算結(jié)果應滿足以下條件：所有工況的穩(wěn)態(tài)區(qū)間電壓平均絕對偏差不超過0.05。所有工況穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)區(qū)間的有功功率、無功功率和無功電流平均偏差、平均絕對偏

40、差，穩(wěn)態(tài)區(qū)間的最大偏差以及加權平均絕對偏差應不大于表1中的偏差最大允許值。偏差最大允許值電氣參數(shù)F1maxF2max QUOTE F2 F3maxF4maxF5maxFGmax有功功率，P/Pn0.070.200.100.250.150.15無功功率，Q/Pn QUOTE Q/PN 0.050.200.070.250.100.15無功電流，I/In 0.070.200.100.300.150.15其中，F(xiàn)1max穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均偏差最大允許值；F2max暫態(tài)區(qū)間平均偏差最大允許值；F3max穩(wěn)態(tài)區(qū)間平均絕對偏差最大允許值；F4max暫態(tài)區(qū)間平均絕對偏差最大允許值；F5max穩(wěn)態(tài)區(qū)間最大偏差最大允許

41、值；FGmax加權平均絕對偏差最大允許值。（資料性附錄）風電機組模型驗證用測試數(shù)據(jù)格式1.風電機組詳細信息風電機組制造商風電機組型號額定功率Pn QUOTE Pn （kW）額定電壓Un（V）風電機組測試地點其它設備（測試附加設備）型號2.測量點3電網(wǎng)信息額定電壓Un（V）短路容量Sk QUOTE Sk （MVA）阻抗角/阻抗比（）/X/R3.測試信息測試序號12345678910111213141516測試文件號故障類型（對稱/不對稱）跌落持續(xù)時間t(ms)電壓跌落幅值U/UnZ1阻抗（限流阻抗）RL（）XL（）Z2阻抗(短路阻抗)RK（）XK（）（規(guī)范性附錄）故障過程分區(qū)方法總則在進行偏差計

42、算前，根據(jù)測試數(shù)據(jù)對故障前后及故障期間進行分區(qū)，以實現(xiàn)對各區(qū)段分別計算仿真數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)的偏差。A、B、C時段判定以測試電壓數(shù)據(jù)為依據(jù)，將測試與仿真的數(shù)據(jù)序列分為三個時段：A故障前；B故障期間；C故障后。各時段針對有功功率、無功功率和無功電流測試數(shù)據(jù)在電壓跌落過程中的特性，分為暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)區(qū)間，如圖B.1所示。驗證過程分區(qū)判定A、B、C時段的開始和結(jié)束時刻方法如下：電壓跌落前1s為A時段開始；電壓跌落至0.9Un時刻的前20ms為A時段結(jié)束，B時段開始；故障清除開始時刻的前20ms為B時段結(jié)束，C時段開始；故障清除后，風電機組有功功率開始穩(wěn)定輸出后的1s為C時段結(jié)束。暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)區(qū)間判定A時段A時

43、段均為穩(wěn)態(tài)區(qū)間，如圖B.1中的A1區(qū)間。B時段B時段分為暫態(tài)區(qū)間和穩(wěn)態(tài)區(qū)間。電壓瞬時跌落階段為暫態(tài)區(qū)間，跌落后的穩(wěn)定運行階段為穩(wěn)態(tài)區(qū)間。圖B.1中B1為暫態(tài)區(qū)間，B2為穩(wěn)態(tài)區(qū)間。按照有功功率和無功電流的特性，B1和B2區(qū)間分別判定。B1_a表示有功功率的暫態(tài)區(qū)間，B2_a表示有功功率的穩(wěn)態(tài)區(qū)間。B1_r表示無功功率和無功電流的暫態(tài)區(qū)間，B2_r表示無功功率和無功電流的穩(wěn)態(tài)區(qū)間。C時段C時段分為暫態(tài)區(qū)間和穩(wěn)態(tài)區(qū)間。電壓瞬時恢復階段為暫態(tài)區(qū)間，恢復后的穩(wěn)定運行階段為穩(wěn)態(tài)區(qū)間。圖B.1中C1為暫態(tài)區(qū)間，C2為穩(wěn)態(tài)區(qū)間。按照有功功率和無功電流的特性，C1和C2區(qū)間分別判定。同B時段，有功功率、無功功率

44、和無功電流各區(qū)間分別為C1_a，C2_a，C1_r，C2_r。B、C時段暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)區(qū)間判定方法B、C時段根據(jù)有功功率和無功電流的響應特性，分為暫態(tài)區(qū)間和穩(wěn)態(tài)區(qū)間。暫態(tài)區(qū)間為電壓瞬時大幅波動引起的電流、有功功率和無功功率的波動區(qū)間。穩(wěn)態(tài)區(qū)間為正常運行和電壓波動后穩(wěn)定運行的區(qū)間。暫態(tài)開始時刻即為上一穩(wěn)態(tài)結(jié)束時刻，暫態(tài)結(jié)束時刻即為下一穩(wěn)態(tài)開始時刻。對電壓恢復引起的暫態(tài)區(qū)間，功率和電流的波動進入該時段平均值的10%范圍內(nèi)的后20ms為暫態(tài)過程的結(jié)束。（資料性附錄）模型驗證結(jié)果表C.1 模型驗證工作表時段區(qū)間區(qū)間平均偏差區(qū)間平均絕對偏差時段平均絕對偏差權值加權平均絕對偏差穩(wěn)態(tài)區(qū)間最大偏差區(qū)間名描述F1_

45、IQ/ F2_IQF1_P/ F2_PF1_Q/ F2_QFUF3_IQ/F4_IQF3_P/ F4_PF3_Q/ F4_QFAIQ/ QUOTE FAIQ FBIQ QUOTE FBIQ /FCIQFAP QUOTE FAP /FBP QUOTE FBP /FCPFAQ QUOTE FAP /FBQ QUOTE FBP /FCQFG_IQFG_PFG_QF5_IQF5_PF5_QAA1穩(wěn)態(tài)0.1BB1暫態(tài)0.6B2穩(wěn)態(tài)CC1暫態(tài)0.3C2穩(wěn)態(tài)C3暫態(tài)C4穩(wěn)態(tài)表C.2 模型驗證總表表C.2.1 有功功率驗證結(jié)果電壓跌落ABC全時段穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)FG_PF1_PF3_PF5_PF1_PF3

46、_PF5_PF2_PF4_PF1_PF3_PF5_PF2_PF4_P20%35%50%75%表C.2.2 無功功率驗證結(jié)果電壓跌落ABC全時段穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)FG_QF1_QF3_QF5_QF1_QF3_QF5_QF2_QF4_QF1_QF3_QF5_QF2_QF4_Q20%35%50%75%表C.2.3 無功電流驗證結(jié)果電壓跌落ABC全時段穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)穩(wěn)態(tài)暫態(tài)FG_IQF1_IQF3_IQF5_IQF1_IQF3_IQF5_IQF2_IQF4_IQF1_IQF3_IQF5_IQF2_IQF4_IQ20%35%50%75%參考文獻IEC 61400-21:2008 Measurement

47、and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines. FGW TG4, Demands on Modelling and Validating Simulation Models of the Electrical Characteristics of Power Generating Units and Systems, Revision 5.風電機組電氣仿真模型建模導則編 制 說 明目 次 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3245203881 編制背景

48、 PAGEREF _Toc324520388 h 28HYPERLINK l _Toc3245203892 編制主要原則 PAGEREF _Toc324520389 h 28HYPERLINK l _Toc3245203903 與其他標準文件的關系 PAGEREF _Toc324520390 h 28HYPERLINK l _Toc3245203914 主要工作過程 PAGEREF _Toc324520391 h 28HYPERLINK l _Toc3245203925 標準結(jié)構和內(nèi)容 PAGEREF _Toc324520392 h 29HYPERLINK l _Toc3245203936 條

49、文說明 PAGEREF _Toc324520393 h 291 編制背景隨著風電裝機容量迅速增加，風電在電網(wǎng)中所占比例越來越高，其對電網(wǎng)的影響范圍也逐漸擴大，風電并網(wǎng)穩(wěn)定運行的問題日益突出。風電機組模型是風電并網(wǎng)仿真研究模型的基本單元，為應對大規(guī)模風電接入，確保風電接入后電力系統(tǒng)運行的安全、穩(wěn)定性，準確的風電機組電氣模型是研究風電并網(wǎng)運行控制、保護等的前提條件，是風電并網(wǎng)技術研究的基礎，是電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運行的保證。GB/T 19963-2011 風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定中明確規(guī)定，風電場開發(fā)商應提供可用于電力系統(tǒng)仿真計算的風電機組、風電場匯集線路及風電機組/風電場控制系統(tǒng)模型及參數(shù)，用

50、于風電場接入電力系統(tǒng)的規(guī)劃設計及調(diào)度運行。國家能源局關于印發(fā)風電機組并網(wǎng)檢測管理暫行辦法的通知（國能新能2010433號）也明確提出風電機組并網(wǎng)檢測內(nèi)容包括電氣模型驗證。為規(guī)范風電機組電氣仿真模型及驗證方法，國家能源局在2012年第二批能源領域行業(yè)標準制（修）訂計劃（國能科技2012 326號文件）中下達了風電機組電氣仿真模型建模導則行業(yè)標準制定計劃，中國電力科學研究院承擔了此標準的編制工作。目前暫無相應國家或行業(yè)標準規(guī)定用于電力系統(tǒng)計算分析的風電機組電氣仿真模型建模方法。本標準用于指導適用于電力系統(tǒng)穩(wěn)定計算用風電機組電氣仿真模型的建模和驗證。2 編制主要原則本標準編制的原則遵守現(xiàn)有相關法律、

51、條例、標準和導則等，兼顧電網(wǎng)運行和風電發(fā)展的要求。本標準的出發(fā)點和基本原則是建立用于電力穩(wěn)定分析的風電機組電氣仿真模型建模方法。風電機組電氣仿真模型及驗證的基本核心有兩個：一是風電機組模型的基本結(jié)構和子模塊模型；二是風電機組模型驗證方法和指標。本標準的 “風電機組模型”和“模型驗證方法與步驟”分別規(guī)定了這兩方面的主要技術內(nèi)容。3 與其他標準文件的關系本標準以GB/T 19963-2011風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定、NB/T XXXX風電機組低電壓穿越建模及驗證方法和NB/T XXXX風電機組低電壓穿越能力測試規(guī)程為基礎，結(jié)合風電機組本身的技術條件和模型驗證的基本情況，制定出合適的標準，以適應電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析時風電機組建模的需要。本標準參考了國際電工委員會（IEC）WG27工作組、電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）、北美西部電力協(xié)調(diào)委員會（WECC）在風電機組電氣仿真模型建模方面的相關研究報告，結(jié)合我國