双馈风电场电磁暂态等值优化：基于转速分群与参数聚合的研究

风电接入电力系统的快速发展，特别是双馈式感应发电机（DFIG）风电机组的广泛应用，对电力系统的继电保护产生了显著影响。DFIG风机由于其包含电力电子元件，其电磁暂态过程的仿真需要高精度和高速度的数值积分，这在传统的离线软件如PSCAD/EMTDC上是一项挑战，因为模拟大型风电场的详细模型耗时且难以处理。 为解决这一问题，本文提出了一种创新的双馈式风电场电磁暂态等值建模方法。首先，针对DFIG风机在短路故障时转子Crowbar保护的特性，作者提出了以故障前转子转速作为分群指标，利用K-means聚类算法将相似的风机归类到同一机群中。这种方法考虑了故障条件下的动态行为，有助于提高模型的准确性。 在单个机群内，由于可能存在不同型号的DFIG风机，作者采用了基于风机容量加权的参数聚合策略，精确计算等值风电机组的转子运动方程参数、阻抗参数、变流器及其控制环节参数以及箱式变压器参数。这些参数的准确度对于模拟风机在故障情况下的动态响应至关重要。 在PSCAD/EMTDC平台上，作者构建了详细的DFIG风电场模型和等值模型，并进行了对比仿真。结果显示，等值模型在相同故障条件下能有效捕捉详细模型的故障电流特性，这表明该方法在模拟继电保护影响方面具有很高的精度。 然而，仅仅基于稳态潮流和机电暂态的等值模型并不能完全满足电磁暂态过程研究的需求。大规模风电接入对继电保护和控制装置的动作行为有复杂影响，这些影响需要基于全面考虑DFIG风机特性、风电场故障特征以及电磁暂态过程的仿真来深入分析。因此，本文提出的基于转速分群的DFIG风电场多机等值方案，结合高性能仿真平台，为后续的继电保护设计和电网运行优化提供了强有力的工具。 本文的工作重点在于提供一种高效、精确的DFIG风电场电磁暂态等值模型，以支持大规模风电接入下电力系统的继电保护分析和电网稳定性的研究。通过与详细模型的对比验证，证明了这种方法在实际应用中的有效性。