本发明涉及等值计算，尤其涉及适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法及系统。
背景技术：
1、风电场的动态响应特性对于电网的稳定性至关重要。在电网故障时，风电场需要能够快速响应，并提供足够的无功支撑以帮助电网恢复稳定，由于风速的随机性和机组参数的差异，不同机组在故障期间的响应时间和无功支撑能力会有所不同双馈风电机组通过变流器实现定子侧和转子侧的电气隔离，可以独立调节有功和无功功率，在电网故障期间，机组通常会采取最大功率点追踪(mppt)控制、变桨距控制和无功功率控制等多种策略，以实现对电网的最优支持，双馈风力发电机组在连锁故障期间的无功支撑能力存在差异，这使得在故障期间的风电场难以实现一致的无功支撑，从而影响了电网的稳定性，传统的等值建模方法多基于稳态参数，无法准确反映机组在故障期间的暂态响应差异，这导致等值模型在分析风电场对电网的影响时存在一定的局限性。
技术实现思路
1、鉴于上述现有技术中存在的问题，提出了本发明。
2、因此，本发明提供了适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法，能够解决传统的风电场建模方法由于缺乏对连锁故障特性的考虑，导致在实际电网故障分析时，无法精确模拟风电场对电网的动态响应。现有方法未能充分利用风电机组在连锁故障期间的无功支持能力，增加了电网恢复的难度。
3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法，包括：对双馈风电机组进行分群，使用层次凝聚聚类算法，对双馈风电机组进行聚类；确立等值计算原则，对分群聚类后的机组进行参数等值，得到模型参数和网络阻抗参数；使用等值后的模型参数和集电网络参数构建风电场的并网系统模型，通过仿真验证来检验模型在实际电网操作中的表现。
4、作为本发明所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法的一种优选方案，其中：所述对双馈风电机组进行分群包括根据双馈风电机组在连锁故障期间的电磁暂态特性进行分群聚类，分群后同一机群内机组具有相同的连锁故障特性，不同机群之间的机组特性不同，机组的转子电流表示为，
5、
6、其中，ird、irq分别为d、q轴转子电流，ls为定子自感，isd、isq分别为定子电流d、q轴分量，ps、qs分别为定子侧输出瞬时电磁功、无功功率，lm为定转子间的互感，us为同步旋转坐标下定子三相电流矢量，ωs为系统同步转速；
7、满足约束公式表示为，
8、ird2+irq2＝ir2≤irmax2
9、其中，irmax为转子侧变流器电流最大限值，ir为转子电流；
10、结合后的公式表示为，
11、
12、将定子有功独立为一项，公式表示为，
13、
14、推导得出定子侧无功出力的极限值表示为，
15、
16、其中，分别为定子侧无功出力的最大、最小值；
17、避免双馈风力发电机组视在功率超出额定值，对机组额定容量进行限制，公式表示为，
18、
19、其中，ssmax为机组视在功率的最大值；
20、考虑最大和最小无功约束，得出双馈风力发电机组定子侧发出、吸收无功功率的边界表示为：
21、
22、其中，max()、min()分别为最大、最小函数计算式；
23、无功功率指令采用单位功率因数控制模式，gsc的无功出力范围表示为，
24、
25、其中，sgmax是网侧变流器gsc的容量最大值；
26、双馈风力发电机组的无功极限将定子侧无功极限与gsc无功极限叠加，公式表示为，
27、
28、其中，pg为网侧有功交换功率；
29、系统向网侧变流器gsc注入的有功等于转子侧变流器rsc输出至风机转子的有功，公式表示为，
30、pr＝pg＝sps
31、其中，s为机组发电机滑差率，pr表示为转子侧有功功率；
32、风机定子侧有功功率为风机捕获风能转换的机械功率与转子侧的有功功率相加表示为，
33、ps＝pw+pr
34、其中，pw为风机捕获风能转换的机械功率；
35、ps，pw，pr，pg与滑差率s的关系表示为，
36、
37、双馈风力发电机组无功出力极限表示为，
38、
39、作为本发明所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法的一种优选方案，其中：所述对双馈风电机组进行聚类包括将每台独立的双馈风力发电机组视为一个样本，获取待聚类机组的连锁短路故障无功电流响应轨迹、定转子电流d、q轴分量轨迹；
40、将相似度距离最远的两个样本分别看作两个聚合体，计算聚合体与相邻样本的距离，当小于ε时，则将样本加入聚合体，当大于ε时，则不降样本加入聚合体；
41、其中，ε为聚类簇的相似度距离阈值；
42、重复计算聚合体中样本的均值与样本的距离，更新聚合体，当样本与聚合体之间的相似度距离大于ε或合并成一个聚合体时，结束聚类过程。
43、作为本发明所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法的一种优选方案，其中：所述等值计算原则包括机组输入风速等值原则、发电机参数等值原则和集电网络线路阻抗等值；
44、所述机组输入风速等值原则包括当分群结果中各机群包含的机组数为n＝{1,2,3,…,n}，机群中各台机组的容量s＝{s1,s2,s3,…,sn}；
45、有功功率p＝{p1,p2,p3,…pn}，无功功率
46、容量加权系数w＝{w1,w2,w3,…wn}；
47、容量加权系数wi为机组额定容量si与机群的总容量seq之比表示为，
48、
49、其中，i为机组索引值，n为机组总数；
50、得到各条馈线上等值机组的额定容量seq、有功功率peq、无功功率输入风速veq表示为：
51、
52、其中，si，pi，qi，vi分别为第i台机组的额定容量、有功功率、无功功率和输入风速；
53、所述发电机参数等值原则包括双馈风力发电机组发电机模型参数等值原则和双馈风力发电机组箱变与svg升压变容量等值原则，双馈风力发电机组发电机模型参数等值原则包括馈线上的等值机组发电机参数等值计算方法表示为：
54、
55、其中，seq分别为每一机群中等值后机组的定转子阻抗与励磁电抗、crowbar电阻及滑差率，rsi、xsi、rri、xri、xmi、rci、sj分别为各个机群所有机组中第i台机组的定转子阻抗与励磁电抗、crowbar电阻及滑差率，j为虚数单位；
56、所述双馈风力发电机组箱变与svg升压变容量等值原则公式表示为，
57、
58、其中，st2i为机群中第i台机组的箱变额定容量，zt2为箱变阻抗，为机群箱变额定容量，为箱变阻抗平均值。
59、作为本发明所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法的一种优选方案，其中：所述集电网络线路阻抗等值包括第k条馈线上的所有机组，求出第i台机组相对于pcc的等值阻抗将等值阻抗按照等值前后等功率损耗原则得到馈线的等值阻抗公式表示为，
60、
61、......
62、
63、其中，ui为第i台机组的电压，δui为第i台机组电压的变化量，ii为第i台机组的电流，m为不同于i的索引值，zm为阻抗；
64、依据等值前后等功率损耗原则对第k条馈线上的最终等值阻抗进行计算，公式表示为，
65、
66、其中，为第i台机电组相对于pcc的等值阻抗，ii为第i台机组的电流，u为第i台机组相对于pcc的电压偏差，pi为第i台机组发出的有功功率。
67、作为本发明所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法的一种优选方案，其中：所述等值计算包括创建风电场拓扑结构，提取无功电流响应、定转子电流dq分量轨迹作为分群指标，进行分群聚类，对机群中的机组相关变量或者参数和集电网络进行等值计算，依据等值计算原则，得到第k条馈线等值集成后的等值简化模型和等值机组参数和集电网络等值阻抗参数。
68、作为本发明所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法的一种优选方案，其中：所述仿真验证包括构建完成分群与等值计算的并网系统拓扑模型，机组控制模式与机端电压保持不变，改变等值计算参数；
69、分别采取等功率损耗法、单机等值计算法，对机组按照包括机组输入风速等值原则，发电机参数等值原则和集电网络线路阻抗等值原则计算得到的等值模型对风电场详细模型进行仿真验证，计算在两种等值计算方法下的静止无功发生器的输出电流与无功补偿，并进行比较。
70、本发明的另外一个目的是提供适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模系统，分群聚类模块根据双馈风电机组在连锁故障期间的无功支撑能力，将机组进行聚类，确保等值模型准确反映不同机组在故障期间的动态响应特性，层次凝聚聚类模块采用的层次凝聚聚类算法自动适应数据集的复杂结构，无需预先指定聚类数量，提高聚类的灵活性和准确性，原则确立模块确保等值计算原则的合理性和准确性，模型搭建与参数计算模块建立了准确的等值模型，并提取无功电流响应、定转子电流轴分量等关键参数作为分群指标，建立准确的等值模型，并提取无功电流响应、定转子电流轴分量等关键参数作为分群指标，仿真验证模块通过与详细模型进行对比，验证等值模型的准确性，并提供实际案例的验证结果，增强方法的可信度和实用性。
71、作为本发明所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模系统的一种优选方案，其中：包括分群聚类模块，参数等值计算模块，仿真验证模块，
72、所述分群聚类模块，对双馈风电机组进行分群，使用层次凝聚聚类算法，对双馈风电机组进行聚类；
73、所述参数等值计算模块，确立等值计算原则，对分群聚类后的机组进行参数等值，得到模型参数和网络阻抗参数；
74、所述仿真验证模块，使用等值后的模型参数和集电网络参数构建风电场的并网系统模型，通过仿真验证来检验模型在实际电网操作中的表现。
75、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法中任一项所述的方法的步骤。
76、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法中任一项所述的方法的步骤。
77、本发明的有益效果：本发明通过引入基于无功电流轨迹与定转子电流dq轴分量的分群等值模型，能够更精确地表征整个风电场在连锁故障期间的暂态特性。该方法不仅提高了模拟的准确性，还能有效地进行风电场的动态分析和稳定性评估。通过实施本发明，可以在风电场发生连锁故障时，更有效地利用各个机组的无功支持能力，维持电网的稳定性，减少故障对电网的影响。本发明的方法还简化了复杂的电网计算模型，使得风电场的电网集成分析更加高效，有助于电力系统规划者和运营者在风电并网方面做出更准确的决策。
1.适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法，其特征在于：包括，
2.如权利要求1所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法，其特征在于：所述对双馈风电机组进行分群包括根据双馈风电机组在连锁故障期间的电磁暂态特性进行分群聚类，分群后同一机群内机组具有相同的连锁故障特性，不同机群之间的机组特性不同，机组的转子电流表示为，
3.如权利要求2所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法，其特征在于：所述对双馈风电机组进行聚类包括将每台独立的双馈风力发电机组视为一个样本，获取待聚类机组的连锁短路故障无功电流响应轨迹、定转子电流d、q轴分量轨迹；
4.如权利要求3所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法，其特征在于：所述等值计算原则包括机组输入风速等值原则、发电机参数等值原则和集电网络线路阻抗等值；
5.如权利要求4所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法，其特征在于：所述集电网络线路阻抗等值包括第k条馈线上的所有机组，求出第i台机组相对于pcc的等值阻抗将等值阻抗按照等值前后等功率损耗原则得到馈线的等值阻抗公式表示为，
6.如权利要求5所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法，其特征在于：所述等值计算包括创建风电场拓扑结构，提取无功电流响应、定转子电流dq分量轨迹作为分群指标，进行分群聚类，对机群中的机组相关变量或者参数和集电网络进行等值计算，依据等值计算原则，得到第k条馈线等值集成后的等值简化模型和等值机组参数和集电网络等值阻抗参数。
7.如权利要求6所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法，其特征在于：所述仿真验证包括构建完成分群与等值计算的并网系统拓扑模型，机组控制模式与机端电压保持不变，改变等值计算参数；
8.一种基于权利要求1-7任一所述的适用于连锁故障的双馈风电场暂态等值建模方法的系统，其特征在于：包括分群聚类模块，参数等值计算模块，仿真验证模块，
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
