风电场动态等值模型的软件开发

（1）项目来源

国家自然科学基金项目。

（2）项目依托单位（公司）实力概述

项目依托单位：黑龙江科技大学。

黑龙江科技大学是黑龙江“十二五”期间重点建设的特色应用型本科高校，是黑龙江省人民政府和国家安全生产监督管理总局共建高校。学校建成“煤炭产业”省级重点学科群，“矿业工程、电气工程、机械工程”3个省重点一级学科。拥有1个博士后科研流动站，1个博士点，11个一级学科硕士点，42个二级学科硕士点，具有MBA授予权和6个工程硕士，会计硕士，金融硕士授权领域。学校2001年、2004年、2007年、2010年共获得国家科技进步奖4项。2011年获得教育部技术发明一等奖1项、科技进步一等奖1项、山东省科技进步一等奖1项，2012年获得黑龙江省技术发明一等奖1项。2009年-2014年，获得省部级科研成果奖73项，其中省部级一等奖6项；承担国家科技支撑计划、国家科技重大专项、国家自然科学基金、省级重大科技攻关等科研项目394项

电气工程及其自动化专业是国家级特色专业、省级重点专业专业，拥有国家级教学团队、电气工程省级重点一级学科、省级实验与实践教学示范中心和省级电气工程虚拟仿真实验室。近年来，电气系教师承担国家重大科学仪器专项1项等项目34项，获得省部级科技进步二等奖3项、三等奖3项、地市级科技进步奖5项、省部级发明奖2项；完成科研经费359万；获国家发明专利8项，发表论文141篇，检索论文37篇；出版专著2部、编著2部；承担省部级教改项目6项，获省高等教育教学成果一等奖1项。

（3）基础条件及创新发展能力

1）项目申请人简介：苏勋文，1976年生，博士，副教授，硕士生导师，电气与控制工程学院电气系系主任，院学术委员会委员，省级电气工程重点学科梯队成员，国家自然科学基金通讯评委。

2003-2010年就读于华北电力大学，师从杨奇逊院士硕博连读，获电力系统及其自动化专业工学博士学位。2010年12月进入哈尔滨工业大学电气博士后工作站工作，师从徐殿国教授。目前主攻科研方向为风电场等值建模。

2）依托单位有较好的研究平台，电气工程及其自动化专业是国家级特色专业、省级重点专业专业，拥有国家级教学团队、电气工程省级重点一级学科、省级实验与实践教学示范中心和省级电气工程虚拟仿真实验室，该方向已拥有硕士点10年。

3）即将完成国家自然科学基金项目（51107015），风电场不同应用的动态等效建模方法研究，该项目是国家自然科学基金首次对风电场等值建模进行资助。

4）发表学术论文20余篇，其中EI检索10篇，作为负责人主持国家自然科学基金、中国博士后基金、黑龙江省博士后基金、黑龙江省教育厅项目各1项。作为主研人参与国家自然科学基金重点项目、台达电力电子科教发展计划重大项目、博士点基金各1项、横向课题7项。

5）授权发明专利3项，其中以第一发明人授权有关风电场等效建模方法的发明专利2项。

6）提出了基于运行数据的风电机组建模方法。解决了采用经典风电机组模型及其参数难以反映机组实际运行特性的问题。

7）针对风速波动下定速机组风电场的动态等值建模，提出了一种变参数电容补偿的单机表征方法。针对电网故障条件下等值建模，定义了新的机群分类指标，提出了一种适用于定速机组风电场动态等值模型的多机表征法。

8）以双馈机组的浆距角控制动作情况为机组分群原则，通过提取反映浆距角控制动作的特征向量，作为SVM的输入进行机组分群，提出了适用于电网故障条件下双馈机组风电场动态等值模型的三机表征模型

9）根据直驱永磁同步风电机组中双脉宽调制变换器起到隔断故障的特点，针对不考虑低电压穿越控制或低电压穿越控制采用超级电容器的情况，将风电场模型等值成一台风电机组，并给出了等值模型中各参数的获取方法。

10）项目申请人的博士论文“风电场动态等值建模方法”是国内第一篇风电场等值建模方面的博士论文，国内率先提出了风电场分群等值的研究思路。

（4）技术水平

1）技术路线

课题研究首先以数学模型和风电场动态等效建模方法的理论分析为基础，并辅以仿真和实验验证。然后利用C++和等值建模方法搭建软件，并和仿真工具接口，将风电场等值模型嵌入到电力系统仿真工具中。

数学模型主要研究三种风电机组及其控制模型、适用于中长期动态分析的风电机组简化数学模型（包括风速模型、有功功率模型以及功率控制模型等）以及常规发电机组模型（包括发电机、汽轮机、AGC、锅炉及其控制以及调速器模型）。风电场动态等效建模方法包括适用于功率控制的风电场动态等效建模方法、适用于低电压穿越能力分析和检测的风电场动态等效建模方法以及适用于功率平衡和频率控制的风电场及风电场群动态等效建模方法。最后利用C++和研究的等值建模方法实现软件的研制。具体技术路线见图1。

2）产品的成熟性

目前即将完成风电场不同应用的动态等值建模方法研究，下一步进行软件的实现，产品预期两年内能够实现。

3）主要创新点

① 提出适用于功率控制的风电场动态等效建模方法；

② 给出一种能准确判断风电场内最易脱网运行风电机组的指标，提出适用于低电压穿越能力分析和检测的风电场动态等效建模方法；

③ 建立适用于中长期动态特性分析的风电机组和常规机组的简化模型，提出适用于功率平衡和频率控制的风电场及风电场群动态等效建模方法；

④ 拟最先完成国内适用于风电场等值建模的软件。

（5）经济效益和市场前景分析

国家电网公司于2009年2月颁布了风电场接入电网技术规定(修订版)。技术规定中提出了风电场有功功率、风电场低电压穿越以及风电场运行频率等风电场接入电网的相关技术要求。不同的并网要求其研究的侧重点不同。当研究不同并网要求时，需要给出相应的风电场等效建模方法。该研究将对解决风电场、电力科研院所与电力调度单位亟需的风电场动态等效模型问题，对风电场接入检测、风电场接入系统规划与设计、电力系统在线动态安全分析、保护与安全自动装置配置与整定等都具有重要的科学意义和重要的应用价值。

该项目的完成将对大规模新能源接入电网的安全稳定运行有重要的意义，供电安全将是经济发展的重要保障。该研究成果将应用全国的风电场模型中，如果产品研究成果，将在国内风电场、电研院等有较广泛的应用范围，另外，目前国内第一篇相关博士论文和较多的相关发明专利属于申请人，将利于该产品的推广。

由于该产品为软件，需要的是等值建模方法、发明专利和软件编程，因此产品成本较低。另外，全国有600个以上的风电场以及每个省的电力研究院，即使1/3的单位需要该产品，其社会需求较大，因此经济效益十分可观。

（6）社会效益

1）该产品将对解决风电场、电力科研院所与电力调度单位亟需的风电场动态等效模型问题，对风电场接入检测、风电场接入系统规划与设计、电力系统在线动态安全分析、保护与安全自动装置配置与整定等都具有重要的科学意义和重要的应用价值。

2）本课题成果将丰富电力系统动态等值理论，特别是风电场的动态等值建模理论，并对大规模风电接入系统的稳定分析特别是在线分析具有重要的理论意义和实用价值。

3）该产品用于新能源接入电网的分析和研究，新能源接入越多，将有利于节能减排、改善空气质量、提高人民的生活质量。

4）该产品拥有较大的预期经济效益，将成立公司，带动就业，增加黑龙江的税收等社会效益。

（7）产品产业化能力

黑龙江科技大学明确要强化科技平台建设，以创建面向行业、产业和区域发展的协同创新中心为主要目标，与科研院所加强协同创新，面向国家与区域、行业重大发展战略需求，广泛开展以咨询服务和对策研究为主的软科学研究。要强化科技管理体制和运行机制建设。建立重大项目和重大学术成果培育机制，在人、财、物等方面制定倾斜政策，加大支持力度。完善科研特区政策，实行一人一策、一项一策、一区一策。

本项目团队结构合理，由不同专长（风电机组控制、控制理论、风电场动态等效、电力系统分析、软件开发）组成的科研队伍，拥有多名优秀博士研究生、硕士研究生，团队一直从事电力系统安全分析与控制、风力发电等方面的研究，积累了较丰富的研究经验，研究基础扎实。项目立项依据充分，对于每项研究内容拟定了详细的研究方案，并在研究方法、技术路线、实验手段、关键技术、研究队伍、研究条件等方面，均具备开展本项目的研究条件。另外，项目申请人每年带3到4名硕士生，以上都为该产品的研发和售后等提供人员和技术保障。