一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)等值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種風(fēng)電場(chǎng)等值方法，具體設(shè)及一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)等 值方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)仿真中，如果對(duì)每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行建模，不僅工作量大，而且會(huì)影 響算法的速度、精度和收斂性，因此，有必要對(duì)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)等值建模。目前風(fēng)電場(chǎng)等值 建模方法主要有單機(jī)等值法、半等值法和多機(jī)等值法。單機(jī)等值法是指將風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)所有風(fēng) 電機(jī)組等值成1臺(tái)機(jī)；半等值是指保留各風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)力機(jī)部分，將發(fā)電機(jī)模型等值成1 臺(tái)；多機(jī)等值是指將風(fēng)電機(jī)組按照運(yùn)行點(diǎn)等值成m臺(tái)機(jī)。其中，單機(jī)等值法的精度最差但模 型簡(jiǎn)單，多機(jī)等值法仿真精度最好但模型復(fù)雜，半等值法處于二者之間，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情 況，風(fēng)電場(chǎng)的多機(jī)等值方法研究較為廣泛。
[0003] 多機(jī)等值首先需將風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組依據(jù)運(yùn)行特性分為多個(gè)群，然后對(duì)各群內(nèi)的 風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行單機(jī)等值，其中如何實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組分群是關(guān)鍵之一。常見方法是選擇風(fēng)電機(jī) 組在某一時(shí)刻的狀態(tài)信息作為分群指標(biāo)，利用聚類算法進(jìn)行分群。風(fēng)速、獎(jiǎng)距角動(dòng)作情況、 風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)變量、風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制區(qū)域、風(fēng)電機(jī)組風(fēng)速、轉(zhuǎn)速和獎(jiǎng)距角 綜合指標(biāo)等已經(jīng)被提出作為風(fēng)電機(jī)組分群指標(biāo)。然而，當(dāng)前的風(fēng)電機(jī)組分群多基于固定時(shí) 刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行，隨著時(shí)間的改變分群方式會(huì)發(fā)生變化，若欲使風(fēng)電場(chǎng)在一段時(shí)間內(nèi)的分群 結(jié)果唯一，則利用時(shí)間序列進(jìn)行分群是一種可選的方法，而目前利用時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng) 電機(jī)組分群的研究較少。有文獻(xiàn)從機(jī)端電壓暫態(tài)軌跡中提取指標(biāo)對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行分群，但 實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)故障的情況較少，適應(yīng)性不是很廣；還有文獻(xiàn)利用基于擴(kuò)散映射理論的譜 聚類算法，針對(duì)量測(cè)得到的風(fēng)電機(jī)組有功、無(wú)功時(shí)間序列實(shí)現(xiàn)分群，給利用風(fēng)機(jī)量測(cè)的時(shí)間 數(shù)據(jù)進(jìn)行分群的研究提出了一種可行的思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電 場(chǎng)動(dòng)態(tài)等值方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明提供一種直驅(qū)永磁風(fēng)電機(jī)組風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)等值方法，其改進(jìn)之處在于，所述 方法是基于風(fēng)電機(jī)組輸出時(shí)間序列數(shù)據(jù)分群的，包括下述步驟：
[0007] A、選擇風(fēng)電機(jī)組分群樣本數(shù)據(jù)；
[0008] B、對(duì)所有樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行相空間重構(gòu)；
[0009] C、利用幾何模板匹配算法得到風(fēng)電機(jī)組兩兩之間的距離矩陣cU。；
[0010] D、利用屬性闊值聚類算法對(duì)風(fēng)電機(jī)組分群；
[0011] E、對(duì)風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行等值。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟A中，選擇風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)η臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的輸出有功功率時(shí)間序列數(shù) 據(jù)Xi(t)，…，X。(t)作為分群樣本，t= 1，2,…，Τ，其中下標(biāo)表示第1，…，η臺(tái)風(fēng)機(jī)；X(t)表 示一組時(shí)間序列數(shù)據(jù)，t= 1，2,…，T;Τ表示數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；t表示計(jì)數(shù)變量，表示該時(shí)間序列中 的第t個(gè)值；
[0013] 選擇樣本的數(shù)據(jù)類型為任意時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，所述時(shí)間序列數(shù)據(jù)為風(fēng)電 機(jī)組輸出有功功率時(shí)間序列。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟B包括下述步驟：
[0015] B1、構(gòu)造非線性復(fù)自相關(guān)函數(shù)R(T)，計(jì)算得到嵌入維數(shù)m和時(shí)間延遲τ:
[0016] 對(duì)于給定的嵌入維數(shù)m，將時(shí)間延遲τ由小到大取值，計(jì)算非線性復(fù)自相關(guān)函數(shù) R(T)，選取非線性復(fù)自相關(guān)函數(shù)R(T)的第一個(gè)局部極小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值τ作為嵌入維數(shù) m對(duì)應(yīng)的時(shí)間延遲；構(gòu)造非線性復(fù)自相關(guān)函數(shù)R(τ)如下：
[0017]
(1)
[001引其中，
為時(shí)間序列x(t)，t= 1，2,…，Τ的平均值，i，j分別為累加符 號(hào)Σ中的計(jì)數(shù)變量，分別取1，…，Μ和1，···，πι-1 ;x(i)和x(i+jτ)為時(shí)間序列x(t)，t= 1，2,…，Τ的第i和i+jτ個(gè)值；時(shí)間序列X(t)，t= 1，2,…，Τ分別取為(t)，…，X。ω， t= 1，2,…，Τ;函數(shù)f(X)為一個(gè)多項(xiàng)式函數(shù)，取為：
[001引f (X) = 1+χ+χ2+···1似
[0020] 對(duì)嵌入維數(shù)m從小到大取值，計(jì)算每一個(gè)嵌入維數(shù)m對(duì)應(yīng)的時(shí)間延遲τ，當(dāng)求得的 時(shí)間延遲τ隨嵌入維數(shù)m的增加趨于穩(wěn)定時(shí)，此時(shí)的時(shí)間延遲τ即為最佳時(shí)間延遲，對(duì)應(yīng) 的m作為嵌入維數(shù)；
[0021 ] B2、樣本(t)，…，X。(t)，t=1，2,…，T經(jīng)相空間重構(gòu)得到新的m維向量組 Xi(t，），···，Xn(t，），t' = 1，2, =T-(m-l)τ:
[0022] 對(duì)于一個(gè)非線性系統(tǒng)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)x(t)，t= 1，2,…，Τ，經(jīng)相空間重構(gòu)后，得到 一組新的m維向量數(shù)據(jù)X(t'），t' = 1，2，···，Μ，重構(gòu)公式為：
[002引X(t' ) = (x(t' ),x(t' +τ),…，x(t' +(m-l)τ))
[0024] (3)
[00巧]t'=1, 2,…，Μ;M=T-(m-l)τ
[0026] 其中，Μ為重構(gòu)后長(zhǎng)度；t'表示計(jì)數(shù)變量，表示該向量組中的第t'個(gè)向量；X(t')， t' = 1，2,…，Μ表示一組向量數(shù)據(jù)，由Μ個(gè)m維向量構(gòu)成；
[0027] 對(duì)于η組時(shí)間序列數(shù)據(jù)(t)，…，X。(t)，t= 1，2,…，T，共得到η組新的m維向量 數(shù)據(jù)Xi(t，），...，Xn(t，），t，= 1，2,…，M;M=T-(m-l)τ。
[0028] 進(jìn)一步地，所述步驟C包括下述步驟：
[0029] C1、從η組新的m維向量數(shù)據(jù)Xi(t'），…，、(t'），t' = 1，2,…，Μ中任選兩組m維 向量數(shù)據(jù)Xp(t'）和Xq(t'），t' = 1，2，···，Μ，求得Xp(t'），t' = 1，2，···，Μ中距離Xq(t'）， t' =l，2,…，Μ中的第u個(gè)向量Xq(u)最近的k個(gè)元素，即k鄰近元素，為Xp(riu,i)，…， Xp(Du,k)，序號(hào)町,1，···irvk表達(dá)式如下：
[0030]
(4；
[0031] 其中，11。,1的值為求取I|Xq(u)-Xp(w)I I達(dá)到最小值時(shí)對(duì)應(yīng)的w值，rVk的值為求取 IXq(U)-Xp(W)I I達(dá)到第k小值時(shí)對(duì)應(yīng)的W值，I II I表示求取向量的2范數(shù)；
[00礎(chǔ) C2、求兩組m維向量數(shù)據(jù)Xp(t'）和Xq(t'），t'= 1，2，···，Μ之間的相似度S0(p，Xq):
[0037] 式中：Xp(u)表示向量數(shù)據(jù)組Xp(t')，t'= 1,2, ···，！中的第U個(gè)向量；Xq(u)表示向 量數(shù)據(jù)組Xq(t')，t' = 1，2,…，Μ中的第U個(gè)向量；義為向量組Xp(t')，t' = 1，2,…，Μ 中距離Xq(t' )，t' = 1，2,…，Μ中的第u個(gè)向量Xq(u)的k鄰近元素平均值；+ 為 向量組Xp(t'），t' = 1，2，···，Μ中距離Xq(t'），t' = 1，2，···，Μ中的第U個(gè)向量Xq(u)的k 鄰近元素下一點(diǎn)的平均值；?表示向量點(diǎn)乘；
[00測(cè)03、求兩組111維向量數(shù)據(jù)乂。似和乂。似，*' = 1，2，'"，1之間的距離(1成，乂。）
[003引 d成，Xq) =exp(-S狂P，Xq))做
[0040] C4、求取風(fēng)電機(jī)組兩兩之間的距離矩陣cU。:重復(fù)步驟Cl~C3,直到求得所有m維 向量組兩兩間的距離山構(gòu)成距離矩陣cU。。
[0041] 進(jìn)一步地，所述步驟D包括下述步驟：
[0042] D1、用戶給定聚類半徑r。（聚類半徑r。根據(jù)實(shí)際情況由用戶自行設(shè)定），為每一個(gè) 樣本創(chuàng)建候選類：
[004引如果cKXp，Xq) <r。，則將樣本q劃入WP為聚類中屯、的候選類中；
[0044] D2、把具有最多樣本數(shù)的候選類作為第1類，并從集合中刪除該候選類中的樣本；
[0045] D3、重復(fù)步驟D1~D2,直到所有樣本均屬于某一候選類。
[0046] 進(jìn)一步地，所述步驟E包括下述步驟：
[0047] E1、對(duì)風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組參數(shù)進(jìn)行等值：
[0048] 基于等值前后風(fēng)電機(jī)組輸出特性不變對(duì)風(fēng)電機(jī)組參數(shù)進(jìn)行等值，對(duì)風(fēng)電機(jī)組群內(nèi) 風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速V、掃風(fēng)面積A、容量S、有功功率P、無(wú)功功率Q、軸系慣性時(shí)間常數(shù)H、軸系 剛度系數(shù)K和軸系阻尼系數(shù)D參數(shù)分別按照如下公式進(jìn)行等值：
[0049]
(9)
[0057] 式中：nif為風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組數(shù)目；Vcq、Vh分別為風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的總 風(fēng)速和第h臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)速；A。。、Ah分別為風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的總掃風(fēng)面積和第h 臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的掃風(fēng)面積；S。。、Sh分別為風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的總?cè)萘亢偷趆臺(tái)風(fēng)電機(jī)組 的容量；P。。、^分別為風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的總有功功率和第h臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的有功功率； Qeq、Qh分別為風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功功率和第h臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功功率；Heq、Hh分 另IJ為風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的軸系慣性時(shí)間常數(shù)和第h臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的軸系慣性時(shí)間常數(shù)； K。。、Kh分別為風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的軸系剛度系數(shù)和第h臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的軸系剛度系數(shù)； Dpq、Dh分別為風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組的軸系阻尼系數(shù)和第h臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的軸系阻尼系數(shù)；
[0058] E2、對(duì)風(fēng)電機(jī)組群內(nèi)集電線路參數(shù)和箱式變壓器參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行等值：
[0059] 對(duì)線路阻抗的等值是基于等值前后電壓損耗不變的原則進(jìn)行，計(jì)算如