大规模风电送出系统高效高精度建模方法
研究背景及关键问题
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系统节点数高：
- 风电场含有成百上千台风电机组，单台风电机组节点数可达25阶。
- 高阶矩阵重构和求逆运算导致计算复杂度与节点数的3次方成正相关。
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仿真步长小：
- 风力发电机发出的电能需经过机组换流器后并入电网。
- 为了确保仿真中换流器PWM控制的精度，需要将仿真步长降低到10us左右。
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等值法不精确：
- 传统简化算法或“以少代多”模型丧失内部电路信息。
- 完全聚合法在单台风机模型上并联受控电流源，但仿真精度差，无法反映不同风电机组风速、功率随机波动的性质。
相关研究基础介绍
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风电机组建模：
- 基于离散化方法构建直驱型和双馈型风电机组电气部分各核心设备模型。
- 采用快速嵌套求解算法构建风电机组仿真模型，保留内部信息，等效后仅含4个外节点。
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送出系统关键直流装备等效建模：
- 提出了适用于多类型子模块MMC、高频隔离型直流变压器的电磁暂态等效建模框架。
- 模型平均相对误差低，可实现显著提速。
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新能源场站电气系统无损解耦并行：
- 基于OpenMP并行技术设计大规模风电场并行计算架构。
- 模型平均相对误差不超过2%，加速比近4个数量级。
实时仿真验证
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风电机组模型效率及时域波形精度测试：
- 仿真规模可扩大至3倍。
- 一次电路仿真步长为5μs，二次控制仿真步长为50μs。
- 模型平均相对误差不超过3%。
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风电机组模型阻抗测试：
- 全频段自研模型与RTDS模型仿真结果一致。
- 全频段平均误差小于4.86%。
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计及线路的风电场站模型精度仿真：
- 一次电路仿真步长为10μs，二次控制仿真步长为50μs。
- 模型平均相对误差不超过3.6%。
结论
大规模风电送出系统的离线和实时精细化仿真，核心是规模效率、精度、资源的平衡。通过模型等值和并行仿真，平衡点将逐渐向大规模、高速、高精度、低成本方向移动。
