Q GDW 1991-2013 风电机组低电压穿越建模及验证方法.pdf

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1、Q / GDW 1991 2013 1 国家电网公司企业标准 Q / GDW 1991 2013 风电机组低电压穿越建模及验证方法 Modeling and validation method of wind turbine low voltage ride through characteristics 2014-05-01 发布 2014-05-01 实施 国家电网公司 发 布 Q/GDW ICS 29.240 备案号： CEC 668-2012 Q / GDW 1991 2013 I 目 次 前言 II 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 符号 3 5 风电机组

2、模型 4 5.1 基本要求 4 5.2 模型结构及接口 5 5.3 子模块模型 6 6 模型验证方法与步骤 8 6.1 验证基本原则 8 6.2 验证工况 8 6.3 测试数据要求 9 6.4 模型验证步骤 9 6.5 验证结果评价 11 附录 A（资料性附录） 风电机组模型验证用测试数据信息 13 附录 B（规范性附录） 故障过程分区方法 14 附录 C（资料性附录） 模型验证结果 17 编制说明 19 Q / GDW 1991 2013 II 前 言 风电机组低电压穿越测试规范 、 风电机组低电压穿越建模及验证方法和风电机组低电压穿 越特性一致性评估技术规范共同构成支撑风电机组低电压穿越测

3、试与评估的系列标准。 本标准由国家电力调度控制中心提出并解释； 本标准由国家电网公司科技部归口； 本标准主要起草单位：中国电力科学研究院； 本标准主要起草人：贺敬，李庆，秦世耀，邵文昌，刘纯，张梅，张利，王莹莹，张元栋； 本标准为首次发布。 Q / GDW 1991 2013 1 风电机组低电压穿越建模及验证方法 1 范围 本标准规定了用于风电场低电压穿越能力仿真评估的风电机组模型的结构、建模方法，模型验证的 方法和步骤。 本标准适用于风电机组在完成低电压穿越能力测试后的模型验证。 本标准适用于国家电网公司调度管辖范围内的风电机组。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡

4、是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定 NB/T 31014 双馈风力发电机变流器制造技术规范 NB/T 31015 永磁风力发电机变流器制造技术规范 NB/T 31017 双馈风力发电机组主控制系统技术规范 Q/GDW 392-2009 风电场接入电网技术规定 Q/GDW 1990-2013 风电机组低电压穿越测试规范 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 风力机 wind turbine 将风的动能转换为另一种形式能的旋转机械。 3.

5、2 电压跌落发生装置 voltage dip generator 在低电压穿越测试中，使测试点产生满足测试要求电压跌落的试验设备。 3.3 电压跌落幅值 depth of voltage dip 电压跌落期间线电压最小值与额定值的比值，以标幺值或百分比表示。 3.4 稳态区间 steady-state range 风电机组并网运行时，机端电压不发生瞬时突变，保持稳定运行的过程区间。 3.5 暂态区间 transient-state range 风电机组并网运行时，机端电压发生瞬时突变，风电机组由一个稳定状态过渡到另一稳定状态的 过渡过程区间。 3.6 基波正序分量 positive seque

6、nce component of the fundamental 三相系统的基波分量中，三个对称相序分量之一，它存在于对称的和不对称的正弦量三相系统 中，由下列复数表达式定义： Q / GDW 1991 2013 2 2 1123 1 3 LL L XXX X 式中： 是 120运算因子，而 1L X 、 2L X 和 3L X 是有关相量的复数表达式，其中 X 表示系统电流或 电压的相矢量。 3.7 基波负序分量 negative sequence component of the fundamental 三相系统的基波分量中，三个对称相序分量之一，它仅存在于一个不对称的正弦量三相系统中，

7、由下列复数表达式定义： 2 2123 1 3 LLL XX XX 式中： 是 120运算因子，而 1L X 、 2L X 和 3L X 是有关相量的复数表达式，其中 X 表示系统电流或 电压的相矢量。 3.8 平均偏差 mean deviation 在电气模型验证中，各个仿真数据与测试数据之差的算术平均值。 3.9 平均绝对偏差 mean absolute deviation 在电气模型验证中，各个仿真数据与测试数据之差的绝对值的算术平均值。 3.10 最大偏差 maximum deviation 在电气模型验证中，各个仿真数据与测试数据之差的绝对值的最大值。 3.11 加权平均绝对偏差 we

8、ighted mean absolute deviation 在电气模型验证中，将整个故障过程分成不同时段，对每个时段的平均绝对偏差赋予不同权重后 的加权平均值。 4 符号 下列符号适用于本文件。 ： 叶片桨距角 cmd ： 主控制系统桨距角指令 gen ： 发电机角速度 init ： 风力机初始角速度 WTR ： 风力机角速度 WTRn ： 风力机额定角速度 ： 空气密度 c sh ： 传动链轴系阻尼系数 c p ： 风能转换效率系数 f WTT ： 风电机组机端电压频率 F 1 ： 变流器保护触发标志 F 2 ： 风电机组保护触发标志 F 1_IQ ： 无功电流稳态区间平均偏差 F 2_I

9、Q ： 无功电流暂态区间平均偏差 Q / GDW 1991 2013 3 F 3_IQ ： 无功电流稳态区间平均绝对偏差 F 4_IQ ： 无功电流暂态区间平均绝对偏差 F 5_IQ ： 无功电流稳态区间最大偏差 F AIQ ： 无功电流 A 时段平均绝对偏差 F BIQ ： 无功电流 B 时段平均绝对偏差 F CIQ ： 无功电流 C 时段平均绝对偏差 F G_IQ ： 无功电流加权平均绝对偏差 F 1_P ： 有功功率稳态区间平均偏差 F 2_P ： 有功功率暂态区间平均偏差 F 3_P ： 有功功率稳态区间平均绝对偏差 F 4_P ： 有功功率暂态区间平均绝对偏差 F 5_P ： 有功功

10、率稳态区间最大偏差 F AP ： 有功功率 A 时段平均绝对偏差 F BP ： 有功功率 B 时段平均绝对偏差 F CP ： 有功功率 C 时段平均绝对偏差 F G_P ： 有功功率加权平均绝对偏差 F 1_Q ： 无功功率稳态区间平均偏差 F 2_Q ： 无功功率暂态区间平均偏差 F 3_Q ： 无功功率稳态区间平均绝对偏差 F 4_Q ： 无功功率暂态区间平均绝对偏差 F 5_Q ： 无功功率稳态区间最大偏差 F AQ ： 无功功率 A 时段平均绝对偏差 F BQ ： 无功功率 B 时段平均绝对偏差 F CQ ： 无功功率 C 时段平均绝对偏差 F G_Q ： 无功功率加权平均绝对偏差 F

11、 U ： 电压稳态区间平均绝对偏差 H WTR ： 风力机惯性时间常数 H gen ： 发电机惯性时间常数 I WTTG ： 风电机组发电机变流器系统端电流 I WTT ： 风电机组机端电流 I n ： 风电机组额定电流 I Q ： 风电机组无功电流 I r ： 发电机转子电流 k sh ： 传动链轴系刚度系数 P： 风电机组机端有功功率 P n ： 风电机组额定功率 P aero ： 风电机组捕获的风功率 P gen ： 发电机有功功率 Q： 风电机组机端无功功率 Q cmd ： 风电机组无功功率指令 R： 风力机叶轮半径 S 1 ： 旁路开关 S 2 ： 短路开关 Q / GDW 1991

12、 2013 4 S k ： 电压跌落发生装置电网侧接入点短路容量 T cmd ： 风电机组转矩指令 T init ： 风力机初始转矩 T P ： 变桨系统等效惯性时间常数 U G ： 模型验证用等效电网电压 U WTTG ： 风电机组发电机变流器系统端电压 U WTT ： 风电机组机端电压 V W ： 风速 ： 电压跌落发生装置电网侧接入点阻抗角 Z 1 ： 限流阻抗 Z 2 ： 短路阻抗 5 风电机组模型 5.1 基本要求 5.1.1 模型应采用机电暂态仿真模型，仿真步长宜为 1-10ms。 5.1.2 风电机组模型应包含风电机组正常运行和故障运行中对并网性能有明显影响的部件，包括机械 部件

13、、电气部件、控制、安全及故障保护等模块。 5.1.3 模型应反映机组过 /欠压、过 /欠频和过流保护特性。 5.1.4 模型仿真平台应从成熟的电力系统仿真软件中选取。 5.2 模型结构及接口 5.2.1 模型结构 目前主流风电机组主要分为四类，分别是： a） 1型：普通异步发电机直接并网型风电机组 b） 2型：滑差控制变速风电机组 c） 3型：双馈变速风电机组 d） 4型：全功率变频风电机组 风电机组模型结构参见图 1。 风力机 空气动力模块 传动链 发电机变流器系统 电气设备 控制系统变桨系统 保护模块 V w WTR P gen I WTTG WTR gen I r F 1 U WTT F

14、 2 f WTT WTR T cmd Q cmd . . . U WTT U WTTG U WTT I WTT gen P gen cmd aero P 图 1 风电机组模型基本结构示例 对不同类型风电机组，可根据实际结构对模型进行调整，图 1 中各模块内容依风电机组类型有所不同。 a） 1型风电机组 1） 发电机变流器系统模块包含发电机模型； 2） 控制系统模块可根据风电机组的控制方式及其对并网性能的影响调整或简化； Q / GDW 1991 2013 5 3） 电气设备模块包括并网开关和无功补偿装置； 4） 对于通过加装辅助设备实现低电压穿越功能的风电机组，应建立该加装设备仿真模型。 b）

15、 2型风电机组 1） 发电机变流器系统模块包含发电机模型； 2） 控制系统模块应包含滑差控制系统模型； 3） 电气设备模块包括并网开关和无功补偿装置； 4） 对于通过加装辅助设备实现低电压穿越能力的风电机组，应建立该加装设备仿真模型。 c） 3型风电机组 1） 发电机变流器系统模块包含发电机和变流器模型； 2） 控制系统模块应包含风电机组主要控制系统模型； 3） 电气设备模块包括并网开关； 4） 对于通过加装辅助设备实现低电压穿越功能的风电机组，应建立该加装设备仿真模型。 d） 4型风电机组 1） 发电机变流器系统模块包含发电机和变流器模型； 2） 控制系统模块应包含风电机组的主要控制系统模型

16、； 3） 电气设备模块包括并网开关； 4） 对于通过加装辅助设备实现低电压穿越功能的风电机组，应建立该加装设备仿真模型； 5） 对具有低电压穿越保护电路（如直流斩波电路（ chopper） ）的 4 型风电机组，机侧变流器、 发电机、 传动链、 空气动力模块和变桨系统模型可简化。 简化模型应能够准确反映发电机、 传动链、 空气动力模块和变桨系统在低电压穿越暂态过程中对变流器运行及并网特性的影 响；可采用等效方法简化机侧变流器，简化后的模型应能准确反映变流器直流母线及机侧 变流器在低电压穿越过程中的暂态电压、电流响应特性。 5.2.2 模型接口 风电机组模型接口应至少包括以下变量和参数： a）

17、输入变量： 1） 风电机组机端电压； 2） 风电机组运行风速，对于 3 型和 4 型风电机组，可用有功功率代替风速输入； 3） 风电机组运行无功功率或功率因数指令； 4） 风电机组接收的风电场控制器指令，如有功功率、无功功率指令等。 b） 输出变量： 1） 风电机组机端电流； 2） 风电机组有功功率； 3） 风电机组无功功率。 注： 根据风电机组模型的实际结构，输出变量可能还包括：发电机和机械传动系统的参数，如转动惯量、发电机转 速或风力机转速、桨距角、控制参数等。 c） 可设置的参数： 1） 风电机组运行模式，如电压控制模式、功率因数控制模式、无功功率控制模式等； 2） 在模型仿真中需要调整

18、的模型参数，如运行模式参数、控制器参数等； 3） 模型额定参数； 4） 模型初始化参数。 5.3 子模块模型 5.3.1 风力机空气动力模块 风力机空气动力模块模拟风能获取，获得的风功率可由式（ 1）表示： Q / GDW 1991 2013 6 23 aero p w 2 P cRV （ 1） 风能转换效率系数 p c 可根据叶片的气动特性表，由叶尖速比和叶片桨距角查表得到，可采用如图 2 所示的模型结构。 23 p w 2 f cRV n 1/ P WTRn R p c WTR W V aero P 图 2 风力机空气动力模型 5.3.2 传动链 传动链模型应能准确模拟该部分动态过程对风电

19、机组电气性能的影响，可采用如图 3 所示的两质量 块模型。 WTR 1 2Hs gen 1 2Hs sh sh k c s aero P gen P WTR gen init init 图 3 传动链两质量块模型 5.3.3 变桨系统 变桨系统模型可等效为一阶惯性环节，模型如图 4 所示。 P 1 1Ts 图 4 变桨系统等效模型 5.3.4 发电机变流器系统 对不同类型风电机组的发电机变流器系统模型要求有： Q / GDW 1991 2013 7 a） 1型、 2 型和 3 型风电机组中的发电机模型可采用仿真软件中的标准发电机模型，模型应包括 转子磁链暂态特性，并根据风电机组低电压穿越特性和

20、建模需求选择考虑定子磁链暂态特性。 b） 4型风电机组的发电机模型可采用仿真软件中的标准发电机模型，对具有低电压穿越保护电路 （如直流斩波电路（ chopper） ）的 4 型风电机组，发电机模型可简化。 c） 变流器包括 3 型和 4 型风电机组的机侧变流器和网侧变流器。变流器若加装低电压穿越保护电 路（如撬棒（ crowbar）和直流斩波电路（ chopper） ） ，模型应准确模拟其动态特性，并能反映 保护电路的过载能力。变流器控制系统应根据实际控制策略准确建模。 5.3.5 控制系统 应根据实际控制策略准确建模。主要包括最大功率跟踪、恒功率运行控制、有功功率调节、无功功 率调节、桨距控

21、制以及与低电压穿越相关的控制模块。 5.3.6 保护模块 风电机组的过 /欠压保护、过 /欠频保护应准确建模，其它与低电压穿越过程相关的保护如超速保护 等宜在模型中体现。可专门建立保护模块，或包含于其它电气部件模型中。 5.3.7 风电机组变压器 变压器模型可采用仿真软件中的标准模型，应考虑以下参数的影响： a） 原边线圈电阻； b） 原边线圈漏抗； c） 副边线圈电阻； d） 副边线圈漏抗； e） 线圈匝比； f） 变压器联结组别； g） 变压器分接头位置。 6 模型验证方法与步骤 6.1 验证基本原则 6.1.1 模型验证考核量包括电压、有功功率、无功功率和无功电流。 6.1.2 宜采用风

22、电机组变压器低压侧数据开展模型验证。 6.1.3 基波正序分量的验证应满足本标准要求，对于不对称故障情况下的基波负序分量的验证可参考 本标准。 6.2 验证工况 依据 Q/GDW 1990 中规定的测试类别，分别在以下功率范围、故障类型和电压跌落幅值的工况下验 证。 6.2.1 功率范围 依照风电机组低电压穿越实际测试的功率范围，模型验证应分别在以下两种有功功率输出状态下进 行。 a） 大功率输出状态， P0.9 P n ； b） 小功率输出状态， 0.1 P n P0.3 P n 。 6.2.2 故障类型 对三相对称故障和两相不对称故障工况进行模型验证。 6.2.3 电压跌落 模型验证的电压

23、跌落工况应包括但不限于 Q/GDW 1990 中规定的三相电压跌落和两相电压跌落情 况下电压跌落幅值为 0.750.05、 0.500.05、 0.350.05、 0.200.05 四种。 Q / GDW 1991 2013 8 6.2.4 其他工况 除 6.2.1、 6.2.2 和 6.2.3 中规定的验证工况外，为验证风电机组模型保护模块等仿真功能，可由模型 验证方与模型提交方协商确定其他验证工况。 6.3 测试数据要求 6.3.1 测试数据 模型验证应采用该型风电机组按照 Q/GDW 1990 进行低电压穿越测试时的测试数据。 风电机组低电 压穿越测试与模型验证的结构图如图 5 所示。

24、图 5 风电机组低电压穿越测试与验证示意图 a） 用于模型验证的测试数据应包括测量点 1 的电压和电流、测试期间风速。测量点 2 和测量点 3 的电压和电流以及发电机转速、风力机转速、桨距角等测试数据可根据模型验证的需求选取。 b） 仿真建模需要的数据： 1） 等效电网模型参数，包括：等效电网电压 U G 、电压跌落发生装置电网侧接入点短路容量 S k 及阻抗角 或阻抗比 X/R； 2） 电压跌落设备参数，包括：限流阻抗 Z 1 的电阻和电抗值、短路阻抗 Z 2 的电阻和电抗值， 以及开关 S 1 和 S 2 的动作时序。 6.3.2 测试信息 模型验证中需要的低电压穿越测试信息按照附录 A

25、的格式提供。 6.4 模型验证步骤 6.4.1 模型仿真 模型仿真包括两方面的内容： a） 应依据实际测试情况，设置模型为 6.2 的规定验证工况，进行模型仿真，得到风电机组变压器 低压侧（或高压侧）电压、电流和功率仿真结果。 b） 在全部验证工况完成仿真验证后，宜根据 GB/T 19963-2011 或 Q/GDW 392-2009 对低电压穿越 要求的电压跌落曲线，通过模拟风电场并网点短路故障的方式，设置并网点在三相短路故障、 两相短路故障和单相接地短路故障下，自电压跌落至 20%额定电压起，以 5%额定电压为步长 的电压跌落仿真工况，仿真该风电机组模型的低电压穿越运行特性。 6.4.2

26、数据处理 依据 Q/GDW 1990 的规定方法，计算测试与仿真数据的线电压、有功功率、无功功率和无功电流的 基波正序分量。为保证测试数据与仿真数据对比的有效性，所有模型验证数据应采用相同的量纲、时标 和分辨率格式，仿真数据与测试数据的时间序列应同步。 6.4.3 故障过程分区 以实际测试数据为依据，对故障过程进行分区，分区方法见附录 B，即： a） 根据测试电压数据，将测试与仿真的数据序列分为 A（故障前） 、 B（故障期间） 、 C（故障后） Q / GDW 1991 2013 9 三个时段； b） 根据有功功率和无功电流的响应特性，将 B、 C 时段分为暂态区间和稳态区间，其中 B 时段

27、分 为 B1（暂态）和 B2（稳态）区间， C 时段分为 C1（暂态） 、 C2（稳态） （若考虑限流阻抗的 影响，还包括 C3（限流阻抗引起的暂态）和 C4（稳态） ）区间。 6.4.4 偏差计算 通过计算测试数据与仿真数据之间的偏差，考核模型的准确程度。测试与仿真偏差计算的电气量主 要是：电压（ U） 、有功功率（ P） 、无功功率（ Q）和无功电流（ I Q ） 。 用 X S 和 X M 分别表示以上电气量的仿真数据和测试数据基波正序分量的标幺值。 K Start 和 K End 分别 表示计算偏差时第一个和最后一个仿真、测试数据的序号。 计算有功功率、无功功率和无功电流仿真数据与测试

28、数据的偏差，包括平均偏差、平均绝对偏差、 最大偏差以及加权平均绝对偏差。其中，各时段暂态区间分别计算平均偏差和平均绝对偏差，稳态区间 分别计算平均偏差、 平均绝对偏差和最大偏差。 计算电压仿真数据与测试数据的稳态区间平均绝对偏差。 偏差计算方法如下： a） 稳态区间的平均偏差 在稳态区间内，计算测试数据与仿真数据基波正序分量差值的算术平均，并取其绝对值，用 F 1 表 示。 End Start K MS K 1 End Start () () KK1 i Xi Xi F （ 2） b） 暂态区间的平均偏差 在暂态区间内，计算测试数据与仿真数据基波正序分量差值的算术平均，并取其绝对值，用 F 2

29、 表 示。 End Start K MS K 2 End Start () () KK1 i Xi Xi F （ 3） c） 稳态区间的平均绝对偏差 在稳态区间内，计算测试数据与仿真数据基波正序分量差值的绝对值的算术平均，用 F 3 表示。 End Start K MS K 3 End Start () () KK1 i Xi Xi F （ 4） d） 暂态区间的平均绝对偏差 在暂态区间内，计算测试数据与仿真数据基波正序分量差值的绝对值的算术平均，用 F 4 表示。 End Start K MS K 4 End Start () () KK1 i Xi Xi F （ 5） e） 稳态区间的最大

30、偏差 在稳态区间内，计算测试数据与仿真数据基波正序分量差值的绝对值的最大值，用 F 5 表示。 Start End 5 i=K .K M S max ( ) ( )F Xi Xi （ 6） f） 加权平均绝对偏差 Q / GDW 1991 2013 10 分别计算有功功率、无功功率、无功电流在 A、 B、 C 时段的平均绝对偏差，以 F AP 、 F BP 、 F CP 、 F AQ 、 F BQ 、 F CQ 、 F AIQ 、 F BIQ 、 F CIQ 表示。 以 B 时段有功功率的平均绝对偏差 F BP 为例， K Start 和 K End 分别表示 B 时段数据序列第一个和最后 一

31、个数据的序号。计算如下： End Start K MS K BP End Start () () KK1 i Xi Xi F （ 7） 将各时段的平均绝对偏差进行加权平均，得到整个过程的加权平均绝对偏差。三个区间的权值分别 是： A（故障前） ： 10% B（故障期间） ： 60% C（故障后） ： 30% 以有功功率为例计算加权平均绝对偏差如下： G_P AP BP CP 0.1 0.6 0.3FFFF （ 8） 每个验证工况按照附录 C 表 C.1 的格式记录验证结果。全部工况验证完成后，按照附录 C 表 C.2 的 格式记录验证结果，表中电压跌落幅值根据实际开展模型验证工况选择的电压跌落

32、幅值填写。 6.5 验证结果评价 偏差计算结果应满足以下条件： a） 所有工况的稳态区间电压平均绝对偏差不超过 0.05。 b） 所有工况稳态和暂态区间的有功功率、无功功率和无功电流平均偏差、平均绝对偏差，稳态区 间的最大偏差以及加权平均绝对偏差应不大于表 1 中的偏差最大允许值。 表 1 偏差最大允许值 电气参数 F 1max F 2max F 3max F 4max F 5max F Gmax 有功功率， P/P n 0.07 0.20 0.10 0.25 0.15 0.15 无功功率， Q/P n 0.05 0.20 0.07 0.25 0.10 0.15 无功电流， I/I n 0.0

33、7 0.20 0.10 0.30 0.15 0.15 F 1max ： 稳态区间平均偏差最大允许值； F 2max ： 暂态区间平均偏差最大允许值； F 3max ： 稳态区间平均绝对偏差最大允许值； F 4max ： 暂态区间平均绝对偏差最大允许值； F 5max ： 稳态区间最大偏差最大允许值； F Gmax ： 加权平均绝对偏差最大允许值。 Q / GDW 1991 2013 11 附 录 A （ 资料性附录 ） 风电机组模型验证用测试数据信息 表 A.1 风电机组模型验证用测试数据信息表 1. 风电机组详细信息 风电机组制造商 风电机组型号 额定功率 P n （ kW） 额定电压 U

34、n （ V） 风电机组测试地点 其它设备（测试附 加设备）型号 2. 测量点 3 电网信息 额定电压 U n （ V） 短路容量 S k （ MVA） 阻抗角 /阻抗比 （） / X/R 3. 测试信息 测试序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 测试文件号 故障类型 （对称 /不对称） 跌落持续时间 t（ ms） 电压跌落幅值 U/U n Z 1 阻抗 （限流阻抗） R L （ ） 1.1.1 X L （ ） Z 2 阻抗 （短路阻抗） R K （ ） 1.1.1 X K （ ） Q / GDW 1991 2013 12 附 录 B （ 规范性附录

35、 ） 故障过程分区方法 B.1 总则 在进行偏差计算前，根据测试数据对故障前后及故障期间进行分区，以实现对各区段分别计算仿真 数据与测试数据的偏差。 B.2 A、 B、 C 时段判定 以测试电压数据为依据，将测试与仿真的数据序列分为三个时段： a） A故障前； b） B故障期间； c） C故障后。 各时段针对有功功率、无功功率和无功电流测试数据在电压跌落过程中的特性，分为暂态和稳态区 间，如图 B.1 所示。 0 0.5 1 U ( p .u .) 0 0.5 1 P ( p .u.) 0 0.5 1 I Q ( p .u.) 0 0.5 1 Q ( p . u .) 图 B.1 验证过程分区

36、 判定 A、 B、 C 时段的开始和结束时刻方法如下： a） 电压跌落前 1s 为 A 时段开始； Q / GDW 1991 2013 13 b） 电压跌落至 0.9U n 时刻的前 20ms 为 A 时段结束， B 时段开始； c） 故障清除开始时刻的前 20ms 为 B 时段结束， C 时段开始； d） 故障清除后，风电机组有功功率开始稳定输出后的 1s 为 C 时段结束。 B.3 暂态和稳态区间判定 B.3.1 A 时段 A 时段均为稳态区间，如图 B.1 中的 A1 区间。 B.3.2 B 时段 B 时段分为暂态区间和稳态区间。电压瞬时跌落阶段为暂态区间，跌落后的稳定运行阶段为稳态区

37、间。 图 B.1 中 B1 为暂态区间， B2 为稳态区间。按照有功功率和无功电流的特性， B1 和 B2 区间分别判 定。 B1_a 表示有功功率的暂态区间， B2_a 表示有功功率的稳态区间。 B1_r 表示无功功率和无功电流的 暂态区间， B2_r 表示无功功率和无功电流的稳态区间。 B.3.3 C 时段 C 时段分为暂态区间和稳态区间。电压瞬时恢复阶段为暂态区间，恢复后的稳定运行阶段为稳态区 间。 C 时段内，如果限流阻抗退出引起风电机组有功功率和无功电流波动小于 7%，则将 C 时段分为 C1 暂态区间和 C2 稳态区间。按照有功功率和无功电流的特性， C1 和 C2 区间分别判定。

38、同 B 时段，有功 功率、无功功率和无功电流各区间分别为 C1_a， C2_a， C1_r， C2_r。 如果限流阻抗退出引起风电机组有功功率或无功电流波动大于 7%，则将 C 时段分为 C1、 C2、 C3、 C4 区间。其中 C3 为限流阻抗退出引起的暂态区间， C4 为稳态区间。有功功率、无功功率和无功电流 各区间分别为 C1_a， C2_a， C3_a， C4_a， C1_r， C2_r， C3_r， C4_r。 B.3.4 B、 C 时段暂态和稳态区间判定方法 根据有功功率和无功电流的响应特性，划分 B、 C 时段的暂态区间和稳态区间。暂态开始时刻即为 上一稳态结束时刻，暂态结束时刻

39、即为下一稳态开始时刻。暂态区间判定如表 B.1。 表 B.1 暂态区间判定 时刻 B时段 C时段 开始 B 时段的开始时刻为 B1_a 和 B1_r 暂态区间 的开始。 1. C 时段的开始时刻为 C1_a 和 C1_r 暂态区间的开始。 2. 限流阻抗退出时刻为 C3_a 和 C3_r 暂态区间的开始。 结束 一般以电压跌落后 100ms 为 B1_a 和 B1_r 暂态区间的结束。 如果暂态过程不能在上述时间结束，则分别 以有功功率、无功电流的波动进入该时段内其 平均值的 10%范围内时刻的后 20ms 为 B1_a 和 B1_r 暂态区间的结束。 1. 一般以故障清除后的 500ms 为

40、有功功率暂态区间 C1_a 的结束时刻；故障清除后的 100ms 为无功电流暂态 区间 C1_r 的结束。 2. 一般以限流阻抗退出后 250ms 为暂态区间 C3_a 和 C3_r 的结束。 如果暂态过程不能在上述时间内结束，则分别以有功功 率和无功电流的波动进入该时段内其平均值的 10%范围 内时刻的后 20ms 为 C1_a、 C1_r、 C3_a 和 C3_r 暂态区间 的结束。 注：无功功率、电压的暂态、稳态区间与无功电流相同。 Q / GDW 1991 2013 14 附 录 C （ 资料性附录 ） 模 型 验 证 结 果 表 C.1 模型验证工作表 时 段 区间 区间平均偏差 区

41、间平均绝对偏差 时段平均 绝对偏差 权 值 加权平均绝对偏差 稳态区间最大偏差 区 间 名 描 述 F 1_IQ / F 2_IQ F 1_P / F 2_P F 1_Q / F 2_Q F U F 3_I Q /F 4 _IQ F 3_P / F 4_P F 3_Q / F 4_Q F AIQ / F BIQ / F CIQ F AP / F BP / F CP F AQ / F BQ / F CQ F G_IQ F G_P F G_Q F 5_IQ F 5_P F 5_Q A A1 稳 态 0.1 B1 暂 态 B B2 稳 态 0.6 C1 暂 态 C2 稳 态 C3 暂 态 C C4

42、稳 态 0.3 Q / GDW 1991 2013 15 表 C.2 模型验证总表 表 C.2.1 有功功率验证结果 A B C 全时段 稳态 稳态 暂态 稳态 暂态 电压跌 落 F 1_P F 3_P F 5_P F 1_P F 3_P F 5_P F 2_P F 4_P F 1_P F 3_P F 5_P F 2_P F 4_P F G_P 20% 35% 50% 75% 表 C.2.2 无功功率验证结果 A B C 全时段 稳态 稳态 暂态 稳态 暂态 电压跌 落 F 1_Q F 3_Q F 5_Q F 1_ Q F 3_Q F 5_Q F 2_ Q F 4_Q F 1_Q F 3_ Q

43、 F 5_Q F 2_ Q F 4_Q F G_Q 20% 35% 50% 75% 表 C.2.3 无功电流验证结果 A B C 全时段 稳态 稳态 暂态 稳态 暂态 电压 跌落 F 1_I Q F 3_I Q F 5_IQ F 1_IQ F 3_IQ F 5_IQ F 2_IQ F 4_IQ F 1_IQ F 3_I Q F 5_IQ F 2_I Q F 4_I Q F G_IQ 20% 35% 50% 75% Q / GDW 1991 2013 16 Q / GDW 1991 2013 17 风电机组低电压穿越建模及验证方法 编 制 说 明 Q / GDW 1991 2013 18 目 次

44、 一、编制背景 19 二、编制主要原则 19 三、与其他标准文件的关系 19 四、主要工作过程 19 五、标准结构和内容 20 六、条文说明 20 Q / GDW 1991 2013 19 一、 编制背景 随着风电装机容量迅速增加，风电在电网中所占比例越来越高，其对电网的影响范围也逐渐扩大， 风电并网稳定运行的问题日益突出。因此并网运行的大规模风电场必须具备良好的电网适应能力，风电 场低电压穿越能力尤其重要。如果风电场 /风电机组不具备低电压穿越能力，在电网发生扰动或故障时， 风电机组会从电网中切除，当区域风电装机比例较高时，尤其是风电出力较大时，电网大量风电短时间 切除会导致系统潮流发生大幅

45、变化，造成电网电压和频率波动加剧使故障恶化，甚至可能引起大面积的 停电事故。近年来，由于风电场不具备低电压穿越造成风电机组大面积脱网事件在我国东北、华北、甘 肃等地区多次出现，并呈现分布范围越来越广、影响范围越来越大、出现频率越来越高的特点。 国家标准 GB/T 19963-2011风电场接入电力系统技术规定中明确规定了风电场的低电压穿越能 力，要求在标准规定的电压跌落时间和范围内，风电场内的风电机组应不脱网连续运行，同时对风电场 在故障期间的动态无功支撑和故障清除后的有功功率恢复变化率做出了明确的规定。 单台风电机组的低电压穿越性能可通过测试得到，但依据单台风电机组的低电压穿越特性无法简单

46、判断整个风电场的低电压穿越特性，而目前常规的测试手段难以对整个风电场的低电压穿越性能进行测 试。因此，需要通过模型仿真的方法，基于准确的风电机组模型，建立风电场模型，仿真分析风电场在 系统发生短路故障时的低电压穿越特性是否满足标准要求。风电机组模型作为风电场仿真模型的基本单 元，须准确反映其低电压穿越动态性能。通过风电机组模型仿真数据与其低电压穿越测试数据的对比计 算，验证风电机组模型的准确性，以保证风电场模型的仿真结果真实反映风电场的低电压穿越性能。 目前，国内对用于风电场低电压穿越能力仿真的风电机组模型结构及其仿真精度没有明确规定。因 此，迫切需要制定风电机组低电压穿越建模及验证方法，以指

47、导风电机组建模，统一和规范模型验证方 法。 根据关于下达公司第一批重点推广新技术相关标准制修订计划的通知 （国家电网科 2011 1296 号）安排，国家电力调度控制中心组织中国电力科学研究院开展了风电机组低电压穿越建模及验证方 法编制工作。 本标准为首次制定，内容涵盖了用于风电场低电压穿越能力仿真评估的风电机组模型的基本要求和 模型验证方法。 二、 编制主要原则 本标准编制的原则遵守现有相关法律、条例、标准和导则等，兼顾电网运行和风电发展的要求。 本标准的出发点和基本原则是确保用于风电场低电压穿越能力仿真评估的风电机组模型基本结构 和验证方法有据可依，同时尽量使条文具有可操作性，便于理解、引用和实施。 风电机组低电压穿越建模及验证的主要核心问题有两个：一是风电机组模型的基本结构