中国电力 ›› 2025, Vol. 58 ›› Issue (4): 98-106.DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202406035
• 风电机组暂态运行控制与试验验证关键技术 • 上一篇 下一篇
朱乾龙1(), 金小强1(
), 王绪利2, 苏凡亚1, 邓天白1, 陶骏1
收稿日期:
2024-06-12
录用日期:
2024-09-10
发布日期:
2025-04-23
出版日期:
2025-04-28
作者简介:
基金资助:
ZHU Qianlong1(), JIN Xiaoqiang1(
), WANG Xuli2, SU Fanya1, DENG Tianbai1, TAO Jun1
Received:
2024-06-12
Accepted:
2024-09-10
Online:
2025-04-23
Published:
2025-04-28
Supported by:
摘要:
等值误差阈值是平衡风电场模型数学复杂度与仿真速度的基石,可推动风电场等值模型的标准化进程。世界主要风电大国在量化风电模型误差阈值方面的出发点和侧重点不同,误差阈值的形式及指标尚未统一。为此,从理论层面提出一种基于Bayes判别准则的风电场等值误差阈值最小风险量化方法。首先,以等值误差的时间分布特性为切入点,量化不同时段内风电场等值模型的欧几里得误差,进而通过核密度估计拟合上述误差的概率密度分布。然后,使用实时加权先验概率算法获取风电场模型有效的先验概率,并计及模型有效性漏判和误判给电力系统带来的不同损失,基于Bayes判别准则建立面向最小风险的风电场等值误差阈值量化模型。最后,以某实际风电场算例进行分析,验证了所提方法的可行性,与国内外误差阈值相比,所提方法可更加快速、准确地判定风电场等值模型的有效性。
朱乾龙, 金小强, 王绪利, 苏凡亚, 邓天白, 陶骏. 基于Bayes判别准则的风电场等值误差阈值最小风险量化方法[J]. 中国电力, 2025, 58(4): 98-106.
ZHU Qianlong, JIN Xiaoqiang, WANG Xuli, SU Fanya, DENG Tianbai, TAO Jun. Minimum Risk Quantification Method for Equivalent Error Threshold of Wind Farm Based on Bayes Criterion[J]. Electric Power, 2025, 58(4): 98-106.
类型 | 基于风电场详细模型的系统稳定性仿真 结果 | 基于风电场等值模型的系统稳定性仿真 结果 | 风电场等值模型实际 有效性 | 基于误差阈值的风电场等值模型有效性判定结果 | ||||
漏判 | 稳定 | 不稳定 | 无效 | 有效(等值误差小于误差阈值) | ||||
不稳定 | 稳定 | 无效 | 有效(等值误差小于误差阈值) | |||||
误判 | 稳定 | 稳定 | 有效 | 无效(等值误差大于等于误差阈值) | ||||
不稳定 | 不稳定 | 有效 | 无效(等值误差大于等于误差阈值) |
表 1 风电场等值模型有效性漏判、误判的判别逻辑
Table 1 Discriminatory logic for missed judgment and misjudgment of the validity of wind farm equivalent models
类型 | 基于风电场详细模型的系统稳定性仿真 结果 | 基于风电场等值模型的系统稳定性仿真 结果 | 风电场等值模型实际 有效性 | 基于误差阈值的风电场等值模型有效性判定结果 | ||||
漏判 | 稳定 | 不稳定 | 无效 | 有效(等值误差小于误差阈值) | ||||
不稳定 | 稳定 | 无效 | 有效(等值误差小于误差阈值) | |||||
误判 | 稳定 | 稳定 | 有效 | 无效(等值误差大于等于误差阈值) | ||||
不稳定 | 不稳定 | 有效 | 无效(等值误差大于等于误差阈值) |
方法 | 时窗1 | 时窗2 | 时窗3 | 时窗4 | 时窗5 | 时窗6 | ||||||
本文方法 | ||||||||||||
最小错误概率 | ||||||||||||
3σ准则 |
表 2 风电场有功功率等值误差阈值
Table 2 Active power equivalent error threshold of wind farm
方法 | 时窗1 | 时窗2 | 时窗3 | 时窗4 | 时窗5 | 时窗6 | ||||||
本文方法 | ||||||||||||
最小错误概率 | ||||||||||||
3σ准则 |
方法 | 时窗1 | 时窗2 | 时窗3 | 时窗4 | 时窗5 | 时窗6 | ||||||
本文方法 | ||||||||||||
最小错误概率 | ||||||||||||
3σ准则 |
表 3 风电场无功功率等值误差阈值
Table 3 Reactive power equivalent error threshold of wind farm
方法 | 时窗1 | 时窗2 | 时窗3 | 时窗4 | 时窗5 | 时窗6 | ||||||
本文方法 | ||||||||||||
最小错误概率 | ||||||||||||
3σ准则 |
主要判别时窗 | 次要判别时窗 | 错判个数/个 | 准确率/% | |||
时窗3、4 | 时窗5、6 | 2 | 97.50 | |||
时窗5、6 | 时窗3、4 | 2 | 97.50 | |||
时窗3、4 | 时窗5 | 2 | 97.50 | |||
时窗3、4 | 时窗6 | 2 | 97.50 | |||
时窗3、4 | 无 | 5 | 93.75 | |||
时窗5、6 | 无 | 21 | 73.75 |
表 4 不同验证时窗下的阈值判定结果
Table 4 Threshold determination results under different validation time windows
主要判别时窗 | 次要判别时窗 | 错判个数/个 | 准确率/% | |||
时窗3、4 | 时窗5、6 | 2 | 97.50 | |||
时窗5、6 | 时窗3、4 | 2 | 97.50 | |||
时窗3、4 | 时窗5 | 2 | 97.50 | |||
时窗3、4 | 时窗6 | 2 | 97.50 | |||
时窗3、4 | 无 | 5 | 93.75 | |||
时窗5、6 | 无 | 21 | 73.75 |
测试 组号 | 电压跌 落值 (p.u.) | 时窗3 | 时窗4 | 时窗5 | 时窗6 | 判定结果 | ||||||||||||||||||
有功功率 (p.u.) | 无功功率 (p.u.) | 有功功率 (p.u.) | 无功功率 (p.u.) | 有功功率 (p.u.) | 无功功率 (p.u.) | 有功功率 (p.u.) | 无功功率 (p.u.) | 3σ 准则 | 最小错 误概率 | 本文 方法 | ||||||||||||||
1 | 0.79 | 正确 | 正确 | 正确 | ||||||||||||||||||||
2 | 0.31 | 正确 | 正确 | 正确 | ||||||||||||||||||||
3 | 0.22 | 错判 | 错判 | 正确 | ||||||||||||||||||||
4 | 0.17 | 正确 | 正确 | 正确 | ||||||||||||||||||||
5 | 0.13 | 正确 | 正确 | 正确 |
表 5 超同步转速场景下基于3种判定准则的风电场等值模型判定结果
Table 5 The wind farm equivalent model determination results based on three criteria under the scenario of hyper-synchronous speed
测试 组号 | 电压跌 落值 (p.u.) | 时窗3 | 时窗4 | 时窗5 | 时窗6 | 判定结果 | ||||||||||||||||||
有功功率 (p.u.) | 无功功率 (p.u.) | 有功功率 (p.u.) | 无功功率 (p.u.) | 有功功率 (p.u.) | 无功功率 (p.u.) | 有功功率 (p.u.) | 无功功率 (p.u.) | 3σ 准则 | 最小错 误概率 | 本文 方法 | ||||||||||||||
1 | 0.79 | 正确 | 正确 | 正确 | ||||||||||||||||||||
2 | 0.31 | 正确 | 正确 | 正确 | ||||||||||||||||||||
3 | 0.22 | 错判 | 错判 | 正确 | ||||||||||||||||||||
4 | 0.17 | 正确 | 正确 | 正确 | ||||||||||||||||||||
5 | 0.13 | 正确 | 正确 | 正确 |
测试 组号 | 电压跌落 值(p.u.) | 故障前平均绝对偏差(p.u.) | 故障期间平均绝对偏差(p.u.) | 故障后平均绝对偏差(p.u.) | 加权平均绝对偏差(p.u.) | 判定 结果 | ||||||||||||||
有功功率 | 无功功率 | 有功功率 | 无功功率 | 有功功率 | 无功功率 | 有功功率 | 无功功率 | |||||||||||||
1 | 0.79 | 0.046 | 0.093 | 0.006 | 0.142 | 0.047 | 0.086 | 0.023 | 0.120 | 正确 | ||||||||||
2 | 0.31 | 0.046 | 0.093 | 0.052 | 0.024 | 0.145 | 0.095 | 0.079 | 0.053 | 正确 | ||||||||||
3 | 0.22 | 0.046 | 0.091 | 0.065 | 0.030 | 0.187 | 0.157 | 0.099 | 0.074 | 错判 | ||||||||||
4 | 0.17 | 0.046 | 0.093 | 0.031 | 0.027 | 1.281 | 1.073 | 0.408 | 0.347 | 正确 | ||||||||||
5 | 0.13 | 0.046 | 0.093 | 0.010 | 0.014 | 1.335 | 1.048 | 0.411 | 0.332 | 正确 |
表 6 超同步转速场景下基于NB/T 31053—2021的风电场等值模型判定
Table 6 Wind farm equivalent model determination based on NB/T 31053-2021 under the scenario of super-synchronous speed
测试 组号 | 电压跌落 值(p.u.) | 故障前平均绝对偏差(p.u.) | 故障期间平均绝对偏差(p.u.) | 故障后平均绝对偏差(p.u.) | 加权平均绝对偏差(p.u.) | 判定 结果 | ||||||||||||||
有功功率 | 无功功率 | 有功功率 | 无功功率 | 有功功率 | 无功功率 | 有功功率 | 无功功率 | |||||||||||||
1 | 0.79 | 0.046 | 0.093 | 0.006 | 0.142 | 0.047 | 0.086 | 0.023 | 0.120 | 正确 | ||||||||||
2 | 0.31 | 0.046 | 0.093 | 0.052 | 0.024 | 0.145 | 0.095 | 0.079 | 0.053 | 正确 | ||||||||||
3 | 0.22 | 0.046 | 0.091 | 0.065 | 0.030 | 0.187 | 0.157 | 0.099 | 0.074 | 错判 | ||||||||||
4 | 0.17 | 0.046 | 0.093 | 0.031 | 0.027 | 1.281 | 1.073 | 0.408 | 0.347 | 正确 | ||||||||||
5 | 0.13 | 0.046 | 0.093 | 0.010 | 0.014 | 1.335 | 1.048 | 0.411 | 0.332 | 正确 |
测试 组号 | 电压跌 落值(p.u.) | 误差采样点低于0.1 p.u./% | 判定 结果 | |||||
有功功率(p.u.) | 无功功率(p.u.) | |||||||
1 | 0.79 | 96.02 | 17.91 | 错判 | ||||
2 | 0.31 | 74.13 | 73.63 | 错判 | ||||
3 | 0.22 | 72.64 | 75.12 | 错判 | ||||
4 | 0.17 | 74.13 | 75.62 | 正确 | ||||
5 | 0.13 | 73.63 | 73.63 | 正确 |
表 7 超同步转速场景下基于西班牙PO 12.3的风电场等值模型判定
Table 7 Wind farm equivalent model determination based on Spain PO 12.3 under the scenario of hypersynchronous speed
测试 组号 | 电压跌 落值(p.u.) | 误差采样点低于0.1 p.u./% | 判定 结果 | |||||
有功功率(p.u.) | 无功功率(p.u.) | |||||||
1 | 0.79 | 96.02 | 17.91 | 错判 | ||||
2 | 0.31 | 74.13 | 73.63 | 错判 | ||||
3 | 0.22 | 72.64 | 75.12 | 错判 | ||||
4 | 0.17 | 74.13 | 75.62 | 正确 | ||||
5 | 0.13 | 73.63 | 73.63 | 正确 |
判别标准 | 错判个数(样本 数为25)/个 | 错判率/% | 正确率/% | |||
本文方法 | 0 | 0 | 100 | |||
3σ准则 | 1 | 4 | 96 | |||
最小错误概率 | 1 | 4 | 96 | |||
NB/T 31053—2021 | 2 | 8 | 92 | |||
PO 12.3 | 16 | 64 | 36 |
表 8 不同判别准则在不同场景下判定结果
Table 8 The determination results by different criteria under different scenarios
判别标准 | 错判个数(样本 数为25)/个 | 错判率/% | 正确率/% | |||
本文方法 | 0 | 0 | 100 | |||
3σ准则 | 1 | 4 | 96 | |||
最小错误概率 | 1 | 4 | 96 | |||
NB/T 31053—2021 | 2 | 8 | 92 | |||
PO 12.3 | 16 | 64 | 36 |
1 | 陈国平, 李明节, 董昱, 等. 构建新型电力系统仿真体系研究[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43 (17): 6535- 6551. |
CHEN Guoping, LI Mingjie, DONG Yu, et al. Research on the simulation technology architecture for the new-type power system[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43 (17): 6535- 6551. | |
2 | 李丹, 秦世耀, 李少林, 等. 基于混沌粒子群的双馈风电机组LVRT实测建模及暂态参数辨识[J]. 中国电力, 2024, 57 (8): 75- 84. |
LI Dan, QIN Shiyao, LI Shaolin, et al. LVRT measurement model and transient parameter identification of wind turbine based on chaotic particle swarm[J]. Electric Power, 2024, 57 (8): 75- 84. | |
3 | 蒋昊, 许立雄, 崔晓丹, 等. 基于保护电路运行状态增强识别的双馈风电场等值建模[J]. 电力系统保护与控制, 2024, 52 (22): 129- 142. |
JIANG Hao, XU Lixiong, CUI Xiaodan, et al. Equivalent modeling of a DFIG farm based on enhanced recognition of protection circuit operating state[J]. Power System Protection and Control, 2024, 52 (22): 129- 142. | |
4 | 杨舒婷, 陈新, 黄通, 等. 考虑MMC环流控制的海上风电经柔直送出系统阻抗塑造方法[J]. 中国电力, 2023, 56 (4): 38- 45. |
YANG Shuting, CHEN Xin, HUANG Tong, et al. Impedance modeling method of offshore wind farm integration through MMC-HVDC with MMC circulation control[J]. Electric Power, 2023, 56 (4): 38- 45. | |
5 | 王晗玥, 付乐融, 刘星, 等. 风电场站等值模型综合评价体系[J]. 电力自动化设备, 2024, 44 (7): 271- 277. |
WANG Hanyue, Fu Lerong, Liu Xing, et al. The synthetic evaluation system of wind power station equivalent model[J]. Electric power automation equipment, 2024, 44 (7): 271- 277. | |
6 | 朱乾龙, 齐盟. 风电场等值模型准确度评价研究综述[J]. 电力电容器与无功补偿, 2020, 41 (6): 180- 184, 190. |
ZHU Qianlong, QI Meng. Review on accuracy evaluation of equivalent model of wind farm[J]. Power Capacitor & Reactive Power Compensation, 2020, 41 (6): 180- 184, 190. | |
7 | MEUSER M, BRENNECKE M. Analysis and comparison of national and international validation methods to assess the quality of DG simulation models[C]//International ETG Congress 2015, Die Energiewende - Blueprints for the New Energy Age·VDE, 2016. |
8 | FGW-TR4: Technical guidelines for power generating units and systems part 4, demands on modelling and validating simulation models of the electrical characteristics of power generating units and systems[S]. 2016. |
9 | Procedimientos de verificación, validación y certificación de los requisitos del PO 12.3 y P. O. 12.2. sobre la respuestade las instalaciones eólicas y fotovoltaicas ante huecos de tensión, 11th ed: PO 12.3[S]. Asociación Empresarial Eólica. 2017. |
10 |
JIMÉNEZ-BUENDÍA F, VILLENA-RUIZ R, HONRUBIA-ESCRIBANO A, et al. Submission of a WECC DFIG wind turbine model to Spanish operation procedure 12.3[J]. Energies, 2019, 12 (19): 3749.
DOI |
11 | National Electricity Market Management Company Limited. Wind farm model guidelines and checklist-memmco[S]. Australia, 2006. |
12 |
LI W X, CHAO P P, LIANG X D, et al. An improved single-machine equivalent method of wind power plants by calibrating power recovery behaviors[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2018, 33 (4): 4371- 4381.
DOI |
13 | WECC Renewable Energy Modeling Task Force. WECC wind power plant dynamic modeling guidelines[R]. USA: EPRI, 2014. |
14 | Wind energy generation systems—Part 27-2: electrical simulation models—model validation: IEC 61400-27-2[S]. Switzerland, 2020. |
15 | 风能发电系统 通用电气仿真模型: GB/T 36237—2023[S]. 北京: 中国标准出版社. |
16 | 风电机组电气仿真模型验证规程: NB/T 31053—2021[S]. 北京: 中国电力出版社. |
17 |
CHEN P, CHEN C C, PENG Y H, et al. A time-domain SAR smart temperature sensor with curvature compensation and a 3σ inaccuracy of −0.4 ℃~0.6 ℃ over a 0 ℃ to 90 ℃ range[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2010, 45 (3): 600- 609.
DOI |
18 | 狄亚南, 江刚武, 张一, 等. 联合变化强度和相关系数最小错分概率变化检测阈值优化[J]. 测绘科学技术学报, 2016, 33 (2): 180- 184. |
DI Yanan, JIANG Gangwu, ZHANG Yi, et al. Change detection threshold optimization of combining change intensity with correlation coefficient based on the minimum error probability[J]. Journal of Geomatics Science and Technology, 2016, 33 (2): 180- 184. | |
19 | 孙华东, 李佳豪, 李文锋, 等. 大规模电力系统仿真用新能源场站模型结构及建模方法研究(二): 机电暂态模型[J]. 中国电机工程学报, 2023, 43 (6): 2190- 2202. |
SUN Huadong, LI Jiahao, LI Wenfeng, et al. Research on model structures and modeling methods of renewable energy station for large-scale power system simulation(Ⅱ): electromechanical transient model[J]. Proceedings of the CSEE, 2023, 43 (6): 2190- 2202. | |
20 | 陈继明, 王辉, 仉志华. 双馈风电场等值准确度研究[J]. 电网技术, 2014, 38 (7): 1867- 1872. |
CHEN Jiming, WANG Hui, ZHANG Zhihua. Research on equivalent accuracy of wind farm composed of DFIGs[J]. Power System Technology, 2014, 38 (7): 1867- 1872. | |
21 |
ZHU Q L. Quantitative evaluation method for error of wind farm equivalent model based on multiscale entropy-greedy Gaussian segmentation[J]. Electric Power Systems Research, 2023, 220, 109270.
DOI |
22 | 贾巍, 雷才嘉, 方兵华, 等. 供电分区场景下基于数据驱动的负荷密度综合评估及预测方法[J]. 中国电力, 2023, 56 (6): 71- 81. |
JIA Wei, LEI Caijia, FANG Binghua, et al. A comprehensive evaluation and prediction method for load density based on big data under power supply partition scenarios[J]. Electric Power, 2023, 56 (6): 71- 81. | |
23 |
HATZIARGYRIOU N, MILANOVIC J, RAHMANN C, et al. Definition and classification of power system stability–revisited & extended[J]. IEEE Transactions on Power Systems, 2021, 36 (4): 3271- 3281.
DOI |
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