ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ГОСТР 54418.27.1 —

2019

(МЭК 61400-27-1:2015)

УСТАНОВКИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

Часть 27-1

Общие имитационные модели ветроэнергетических установок, присоединенных к энергосистеме

(IEC 61400-27-1:2015,

Wind turbines — Part 27-1: Electrical simulation models — Wind turbines,

MOD)

Издание официальное

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «ВИЭСХ-ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ» (ООО аВИЭСХ-ВИЭ») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 016 «Электроэнергетика»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 29 ноября 2019 г. № 1287-ст

4    Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту МЭК 61400-27-1:2015 «Установки ветроэнергетические. Часть 27-1. Электрические имитационные модели. Общие модели» (IEC 61400-27-1:2015 «Wind turbines —Part 27-1: Electrical simulation models — Wind turbines». MOD) путем изменения отдельных фраз. слов, ссылок, которые выделены в тексте курсивом, а также путем изменения его структуры для приведения в соответствие с правилами, установленными в ГОСТ 1.5 (подразделы 4.2 и 4.3).

Внесение указанных технических отклонений направлено на учет потребностей национальной экономики Российской Федерации и особенностей объекта стандартизации, характерных для Российской Федерации.

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов междуна-родным стандартам, использованным 8 качестве ссылочных в примененном международном стандарте. приведены в дополнительном приложении ДА

Сравнение структуры настоящего стандарта со структурой указанного международного стандарта приведено в дополнительном приложении ДБ

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к нашоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомления и тексты размещаюпкя также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

© Стандартинформ. оформление. 2020

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официапьного издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

и

Модель должна включать возможность генерации ВЭУ реактивной мощности.

Модели должны быть верны в интервале допустимых в соответствии с ГОСТ Р 58491 отклонений частоты напряжения в энергосистеме (см. также [3]).

Модели должны правильно представлять отклонения напряжения установившегося режима от номинального значения, установленные в нормативных документах на момент применения настоящего стандарта.

Модели должны правильно представлять явления динамических изменений напряжения (например. короткие замыкания), когда напряжение может испытывать кратковременные провалы до уровня, близкого к нулевому.

Примечание — Модели не гарантируют правильности номенклатуры и очередности событий при перенапряжениях в электрической сети, к которой подключены ВЭУ Для случаев провалов напряжения правильность моделей также ограничена в случае неустойчивости управления преобразователем мощности

Типичное время имитационного моделирования реакции ВЭУ на внешние воздействия составляет от 10 до 30 секунд. В таком масштабе времени скорость ветра предполагается постоянной.

Шаг интегрирования по времени составляет до V* периода и, следовательно, диапазон частот, при котором процесс воссоздается адекватно, не может превышать 15 Гц.

Примечания

1    Модели, установленные в настоящем стандарте, дают устойчивые результаты при шаге интегрирования по времени, составляющем 'Л периода, но при этом требуется изменение некоторых постоянных времени до уровня не менее удвоенного шага интегрирования по времени Такое изменение параметров повлияет на точность моделирования

2    Обычно принимается, что минимальная постоянная времени, которая включается в динамическую модель, должна составлять удвоенный шаг интегрирования по времени Таким образом, ограничение шага интегрирования одной четвертью периода моделируемых колебаний обеспечивает работоспособность модели с шагом интегрирования по времени 0,005 с в наихудшем случае (50 Гц). При этом минимальная постоянная времени составляет 0,01 с Для инерционного звена с постоянной времени 0,01 с граница полосы пропускания при затухании в 3 дБ составляет 10 рад/с, что соотвествует 15.9 Гц. которые округляются в меньшую сторону до 15 Гц.

Модель должна инициализироваться к установившемуся режиму при полной или частичной номинальной мощности ВЭУ посредством расчета потокораслределения мощности.

Внешние условия, такие как скорость ветра, должны быть включены в расчеты неявно через доступную аэродинамическую мощность.

В расчетах следует учитывать инерционные свойства комбинации ветроколеса/ротора с генератором и первую гармонику крутильных колебаний там, где они могут существенно влиять на колебания мощности.

Примечание — Это возможно только в тех случаях, когда частота первой гармоники крутильных колебаний находится в частотной полосе модели, что справедливо для практически всех ВЭУ

Модели должны быть применимы как для случаев работы в системах с высокими значениями характеристик короткого замыкания, так и для случаев работы в системах с низкими значениями характеристик короткого замыкания. Минимальное значение отношения токов короткого замыкания и/или иные характеристики короткого замыкания системы, при которых модель применима для поставляемого оборудования, должны быть указаны изготовителями оборудования.

Требования, указанные в настоящем подразделе, не являются требованиями к производительности ВЭУ.

5.3 Взаимосвязь имитационной модели ВЭУ с имитационными моделями ВЭС и энергосистемы

Взаимодействия между моделью ВЭУ, моделью энергосистемы и моделью ВЭС показаны на рисунке 2.

В качестве входных переменных, характеризующих состояние энергосистемы в данный момент времени, модель ВЭУ использует напряжения, выходными переменными модели ВЭУ являются токи, характеризующие состояние ВЭУ для энергосистемы (реакцию ВЭУ на входные сигналы). Значения этих входных и выходных переменных определяют на выводах ВЭУ.

Моделирование может быть инициировано или событием в модели сети, таким как короткое замыкание. или изменением опорных значений параметров, задаваемых средствами управления ВЭС.

Перемешые. характеризующие

для энергосистемы Рисунок 2 — Схема взаимодействий между моделью ВЭУ, моделью энергосистемы и моделью ВЭС

Опорные значения параметров, по которым происходит регулирование. ВЭУ может получать от ВЭС в оперативном режиме, обычно они предоставляются системой сбора данных ВЭС либо системой удаленного мониторинга. Набор опорных величин зависит от типа ВЭУ. изготовителя ВЭУ и рабочего режима. В общих моделях ВЭУ используются следующие опорные значения:

-    опорное значение активной мощности;

• опорное значение реактивной мощности;

-    опорное значение напряжения.

Примечание — В модели ВЭУ не включено регулирование по частоте Соответственно для моделей ВЭУ не используется опорное значение частоты Регулирование по частоте включено в модели уровня ВЭС (см . например, приложение А).

Модели ВЭУ также могут воспроизводить режим регулирования коэффициента мощности, но в этом случае предполагается, что опорное значение коэффициента мощности ВЭУ является постоянным на протяжении всего моделирования.

5.4 Параметры/переменные моделей и начальное состояние

5.4.1    Общие положения

Общие параметры моделей ВЭУ указаны в 5.4.3. Остальные параметры/переменные моделей ВЭУ определяют и объясняют в перечне к конкретной модели в каталоге моделей модулей ВЭУ (см. 5.6). Классификация этих параметров/переменных приведена в 5.4.2.

Параметры/переменные для каждого из модулей модели ВЭУ предоставляются изготовителем ВЭУ.

Некоторые из моделей модулей также используют переменные начального состояния, описанные в 5.4.4.

5.4.2    Виды параметров моделей модулей ВЭУ

В зависимости от того, чем определяется параметр (переменная), параметры (переменные) моделей модулей ВЭУ разделяют:

-    на параметры, зависящие от типа ВЭУ. Обычно это механические и электрические параметры;

-    параметры, зависящие от проекта, т. е. от конкретного применения ВЭУ. работы ВЭУ в конкретной ВЭС; в разных проектах номенклатура этих параметров может быть различной для одного и того же типа ВЭУ. Обычно это параметры системы управления, которые определяются требованиями нормативных документов/требованиями системных кодексов;

-    параметры, зависящие от режима работы ВЭУ. установившегося до возникновения переходного процесса, т. е. режима работы ВЭУ до поступления сигнала от системы электроснабжения или/и ВЭС (см. 5.3) — иначе предшествующего установившегося режима ВЭУ. Эти параметры являются случайными параметрами и определяются с использованием теории вероятности и математической статистики. Они зависят от параметров, характеризующих режим работы ВЭУ, случайным образом изменяющихся во времени, что связано, прежде всего, со случайной природой изменения ветра.

Примечание — Например параметром, характеризующим режим работы ВЭУ, случайным образом изменяющимся во времени, является реальная мощность ВЭУ. которая в конкретный период времени, т е при конкретном установившемся режиме, может принимать значение от нуля до номинального значения в зависимости от скорости ветра При этом в соответствии с принятым для общих моделей ВЭУ допущением, в пределах каждого установившегося режима скорость ветра и, соответственно, реальная мощность ВЭУ считаются постоянными

Для построения моделей ВЭУ изготовитель должен указать, как случайные параметры зависят от параметров, характеризующих предшествующий установившийся режим ВЭУ. Изготовитель указывает, как и от каких параметров, характеризующих предшествующий установившийся режим ВЭУ, зависит кахщый из случайных параметров, указанных для модели ВЭУ данного типа, приводит соответствующие зависимости.

Случайные параметры присутствуют в общих моделях ВЭУ типов 3 и 4 (в моделях аэродинамического модуля ВЭУ типов ЗА и ЗВ. модуля генератора ВЭУ типа ЗВ и модуля управления ВЭУ типов ЗА. ЗВ.4А, 4В).

Примечание — К случайным параметрам общих моделей ВЭУ относятся:

-    начальный угол установки лопастей (однопараметрическая аэродинамическая модель аэродинамического модуля ВЭУ типов ЗА, ЗВ, см 5.6.1.2);

-    доступная аэродинамическая мощность (двухпараметрическая аэродинамическая модель аэродинамического модуля ВЭУ типа ЗА, см 5 6.1.3);

-    угол установки лопастей, если номинальная мощность ВЭУ не понижена (двухпараметрическая аэродинамическая модель аэродинамического модуля ВЭУ типа ЗА, см 5 6 1 3);

-    длительности замыкания в зависимости от изменения напряжения (модель генератора ВЭУ типа ЗВ. см 563.3);

-    постоянная времени сглаживающего фильтра замыкающего устройства (модель генератора ВЭУ типа ЗВ,

см 5 6 3 3);

-    режим управления замыкающего устройства (модель генератора ВЭУ типа ЗВ, см 5 6 3.3);

-    смещение опорного значения, которое ограничивает действие регулятора при изменениях скорости вращения ротора генератора (модель регулирования активной мощности модуля управления ВЭУ типа 3. см. 5 6 5 4);

-    смещение опорного напряжения (модель регулирования реактивной мощности модуля управления ВЭУ типов ЗА. ЗВ, 4А, 4В. см 5 6 5 7)

То. чем в общем случае определяется каждый параметр/переменная. указано в перечнях параметров к моделям модулей ВЭУ в 5.6.

Изготовитель ВЭУ может изменить вариант определения параметров, указанный 8 5.6. если это возможно для конкретной ВЭУ. Если возможно, количество случайных параметров, зависящих от предыдущего установившегося режима, должно быть минимальным. При изменении варианта определения параметров (по сравнению с указанными в 5.6) должен быть указаны ограничения для применения отличного от указанного в 5.6 варианта определения параметров/отдельного параметра (например, что приведенное определение параметров применяется для конкретного(ых) ВЭУ данного типа, для данного(ых) ВЭУ, используемой в конкретных условиях и т. п.).

5.4.3 Общие параметры моделей

Общие параметры моделей ВЭУ указаны в таблице 1.

Таблица 1— Общие параметры моделей ВЭУ

Обозначение Единица измерения Описание *иом гц Номинальная частота _h_ С Шаг интегрирования по времени

5.4.4 Начальное состояние

Начальное состояние модели ВЭУ должно быть согласовано с начальными состояниями модели энергосистемы и модели ВЭС. Взаимосвязь начальных состояний энергосистемы, модели ВЭС и модели ВЭУ показано на рисунке 3.

Перед инициализацией модели необходимо обновить параметры, зависящие от варианта построения сеанса моделирования (от установившегося режима ВЭУ до возникновения возмущения), а также параметры, определяемые потокораспределением мощности в модели энергосистемы и зависящие от варианта моделирования параметры ВЭУ и ВЭС.

Модель энергосистемы приводится в начальное состояние параметрами потокораспределения мощности, которые должны быть заданы в соответствии с режимами управления в моделях ВЭС и ВЭУ. Эти параметры оказывают влияние на начальное состояние моделей ВЭС и ВЭУ. поскольку они определяют исходные напряжения и токи. Кроме того, в зависимости от начальных значений опорных параметров начальное состояние модели ВЭС может оказывать влияние на начальное состояние модели ВЭУ.

Переменные начального состояния, используемые в моделях ВЭУ. приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Переменные начального состояния моделей ВЭУ

Обозначение Базисная величина Описание Р** р ном Начальная активная мощность Tin« МЬаь*> Начальный стационарный момент трансмиссии tg<4W — Коэффициент пересчета реактивной мощности по активной, используемый в регулировании коэффициентом мощности

5.5 Структура общих моделей

5.5.1    Общая модульная структура

Модели ВЭУ строятся по модульному принципу. Общая структура моделей ВЭУ, установленных в настоящем стандарте, показана на рисунке 4. Эта структура соответствует структуре взаимодействия модели ВЭУ с моделью энергосистемы и моделью ВЭС, показанной на рисунке 2. Горизонтальный ряд модулей, расположенный посередине, отображает преобразование аэродинамической мощности в электрическую мощность на выводах ВЭУ.

5.5.2    Модели ВЭУ типа 1

5.5.2.1 Описание ВЭУ типа 1

В ВЭУ типа 1 применяют асинхронные генераторы, непосредственно подключаемые к энергосистеме, т. е. не использующие преобразователи энергии. В большинстве ВЭУ типа 1 применяют системы легкого запуска, но они являются активными только при первоначальном пуске.

Переме***яе. характеризующие состояние энергосистемы для ВЭУ и состояние ВЭУ для энергосистемы

Рисунок 4 — Общая структура моделей ВЭУ

На рисунке 5 показаны основные электрические и механические компоненты, включаемые в модели ВЭУ типа 1. Ветроколесо/ротор ВЭУ соединено с асинхронным генератором через мультипликатор. Компенсацию реактивной мощности обеспечивает конденсаторная батарея. Большинство ВЭУ типа 1 оснащены конденсаторными батареями с механическим переключением, емкости которых при кратковременном моделировании считаются неизменяющимися. В ВЭУ типа 1 с защитой от провалов напряжения обычно используют конденсаторные батареи с тиристорным переключением, которые имеют динамическое управление во время и после возникновения неисправностей. Главный автоматический выключатель отсоединяет генератор и конденсаторы одновременно. Как указано в ГОСТ Р 54418 21, выводы ВЭУ могут располагаться как до. так и после трансформатора.

В ВЭУ типа 1 могут использоваться как ветроколесо/ротор с постоянным углом установки лопастей, так и с управляемым углом установки лопастей, положение которых может как ослаблять аэродинамическое торможение (положительный угол установки), так и усиливать его (отрицательный угол установки, также называемый активным управлением мощностью или комбинированным управлением торможением). В некоторых ВЭУ типа 1 управление углом установки лопастей используется для преодоления провалов напряжения.

ВЭУ. в которых угол установки лопастей постоянный или управление им не используется для преодоления провалов напряжения, относят к ВЭУ типа 1А. ВЭУ. в которых управление углом установки лопастей используют для преодоления провалов напряжения, относят к ВЭУ типа 1В.

5.5 2.2 Структура модели ВЭУ типа 1А

На рисунке 6 показана структура модели ВЭУ типа 1А с постоянным углом установки лопастей. Модели, описывающие каждый модуль, указаны в таблице 3.

				Защита электрической сети	1 1
				т °взу р , hoce Т 1	1 1 1
Механический “ОДупь	—    “в*"—* -    Ы	Генератор	"в" __ -W	Электро оборудование	РвЭУ *-*] %ЭУ IV

Рисунок 6 — Структура модели ВЭУ типа 1А Таблица 3 — Модули модели ВЭУ типа 1А

Модуль Модели Описание модели, пункт А эрод и на м ически й Модель с постоянным аэродинамическим моментом 5.6 1.1 Механический Двухмассовая модель 5.6.2.1 Генератор Модель асинхронного генератора 5 6 3.1 Электрооборудование Модель шунтирующего конденсатора 56 4 1 Модель автоматического выключателя 5.64.2 (Модель трансформатора) (5 6 4 3) Защита электрической сети Модель защиты электрической сети 5.6.6

5.5.2.3 Структура модели ВЭУ типа 1В

На рисунке 7 показана структура модели ВЭУ типа 1 В. В этой модели предполагается управление углом установки лопастей для преодоления провалов напряжения Модели, описывающие каждый модуль, указаны в таблице 4.

Таблица 4 — Модули модели ВЭУ типа 1В

Модуль Модели Описание модели, пункт Механический Двухмассовая модель 5.6.2.1 Генератор Модель асинхронного генератора 56 3 1 Эл ектрооборудова н ие Модель шунтирующего конденсатора 564 1 Модель автоматического выключателя 56 4 2 (Модель трансформатора) (56 4 3) Управление Модель регулирования мощности посредством изменения утла установки лопастей 56.5.1 Защита электрической сети Модель защиты электрической сети 5.66

5.5.3 Модель ВЭУ типа 2

5.5.3.1 Определение ВЭУ типа 2

На рисунке 8 показаны основные электрические и механические компоненты, включаемые в модели ВЭУ типа 2.

Рисунок 8 — Основные электрические и механические компоненты ВЭУ типа 2

Во многих отношениях ВЭУ типа 2 подобны ВЭУ типа 1. В отличие от ВЭУ типа 1 в ВЭУ типа 2 используют асинхронные генераторы с переменным сопротивлением ротора. ВЭУ типа 2 также обычно снабжены управлением углом установки лопастей.

5.5.3.2 Структура модели ВЭУ типа 2

Структура модели ВЭУ типа 2 показана на рисунке 9. Модели, описывающие каждый модуль, указаны в таблице 5.

“ВЭУ Рвэу	Регулирование мощности посредством изменения угла установки лопастей Регулирование сопрот ИВ/10НИЯ ротора генератора
V Рисунок 10 — Структурная схема модуля управления модели ВЭУ типа 2

Рисунок 11 — Основные электрические и механические компоненты ВЭУ типа 3

5.5.4 2 Структура моделей ВЭУ типов ЗА и ЗВ

Структура моделей ВЭУ типов ЗА и ЗВ. показанная на рисунке 12. включает механический и аэродинамический модули. Это необходимо не для всех ВЭУ типа 3. В некоторых случаях для описания ВЭУ типа 3 достаточно упрощенной модели — одной из общих моделей ВЭУ типа 4. Модели ВЭУ типов ЗА и ЗВ отличаются моделью модуля генератора, а также для всех ВЭУ типа ЗВ аэродинамический модуль описывается одномерной аэродинамической моделью.

Модели, описывающие каждый модуль на рисунке 12. указаны в таблице 6.

РВЭУгвС ХВЭУг*
Рисунок 12 — Структура моделей ВЭУ типов ЗА и ЗВ

Таблица 6 — Модули моделей ВЭУ типа 3

Модуль Модели Описание модели, пункт А эрод и на м ически й Двухпараметрическая аэродинамическая модель или однопараметрическая аэродинамическая модель 5 6 1.3 или 5 61.2 Механический Двухмассовая модель 562.1 Генератор Модель генератора ВЭУ типа ЗА или модель генератора ВЭУ типа ЗВ 5 6.3 2 или 5.6.3.3 Электрооборудование Модель автоматического выклгсмателя (Модель трансформатора) 56 4 2 (5643) Управление Модель регулирования активной мощности ВЭУ типа 3 Модель регулирования реактивной мощности Модель ограничения тока Модель ограничения реактивной мощности или Модель ограничения реактивной и активной мощности или реактивной мощности и напряжения Модель управления углом установки лопастей 5.6.54 5.6.57 5658 5 6.5.9 или 5.6.5.10 5.652 Защита электрической сети Модель защиты электрической сети 566

На рисунке 13 показана структурная схема модуля управления для моделей ВЭУ типа 3.

Содержание

1    Область применения.....................................................................................................................

2    Нормативные ссылки......................................................................................................................

3    Термины и определения................................................................................................................

4    Обозначения ..................................................................................................................................

5    Построение общих имитационных моделей ВЭУ........................................................................

5.1    Типы ветроэнергетических установок.....................................................................................

5.2    Требования к моделям.............................................................................................................

5.3    Взаимосвязь имитационной модели ВЭУ с имитационными моделями ВЭС

и энергосистемы.......................................................................................................................

5.4    Параметры/переменные моделей и начальное состояние...................................................

5.5    Структура общих моделей.......................................................................................................

5.6    Каталог моделей модулей ВЭУ...............................................................................................

6    Проверка моделей..........................................................................................................................

6.1    Общие положения....................................................................................................................

6.2    Общие требования...................................................................................................................

6.3    Проверка реакции модели на провалы напряжения.............................................................

6.4    Проверка реакции модели на изменение опорных значений..............................................

6.5    Проверка модели защиты электрической сети......................................................................

Приложение А (справочное) Упрощенная модель ветроэнергетической станции........................

Приложение В (обязательное) Каталог типовых звеньев..............................................................

Приложение С (справочное) Двухпараметрическая аэродинамическая модель.........................

Приложение D (обязательное) Пределы возможной точности модели.........................................

Приложение Е (справочное) Пример составления отчета о проверке модели............................

Приложение F (обязательное) Цифровой фильтр низкой частоты 2-го порядка

с критическим затуханием......................................................................................

Приложение G (справочное) Общее сопряжение программного обеспечения для применения с различными программными комплексами

моделирования........................................................................................................

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных национальных и межгосударственных стандартов международным стандартам, использованным в качестве ссылочных в примененном

международном стандарте...................................................................................

Приложение ДБ (справочное) Сопоставление структуры настоящего стандарта

со структурой примененного в нем международного стандарта.......................

Библиография...................................................................................................................................

ГОСТ P 54418.27.1—2019 (МЭК 61400-27-1:2015)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УСТАНОВКИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ Часть 27-1

Общие имитационные модели ветроэнергетических установок, присоединенных к энергосистеме

Wind turbines Part 27-1 Genenc simulation models of grid connected wind turbines

Дата введения — 2020—06—01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на ветроэнергетические установки (ВЭУ). присоединенные к энергосистеме, и устанавливает общие имитационные модели таких ВЭУ.

Модели предназначены, прежде всего, для оценки влияния работы ВЭУ на энергосистему, для оценки изменения выходных параметров ВЭУ при возникновении возмущений в энергосистеме и изменении параметров ветроэнергетической станции (ВЭС) с учетом возможных изменений других внешних факторов (например, скорости ветра).

Применение моделей ограничивается следующим':

-    приведенные в настоящем стандарте модели ВЭУ предназначены для исследования поведения энергосистемы в переходных режимах с определением характеристик прямой последовательности основной частоты.

Примечания

1    Основной частотой является частота 50 Гц

2    В настоящем стандарте учитывают как симметричные короткие замыкания, так и несимметричные короткие замыкания, однако для несимметричных коротких замыканий задаются только составляющие прямой последовательности;

-    модели не предназначены для анализа результирующей устойчивости энергосистем;

-    модели предназначены только для исследования синхронных режимов работы (взаимодействий) ВЭУ с ВЭС (другими ВЭУ в ВЭС) и энергосистемой и не предназначены для исследования явлений, происходящих в процессе самосинхронизации до достижения полной синхронизации работы ВЭУ. ВЭС и энергосистемы;

-    модели не учитывают такие явления, как наличие гармонических составляющих, пульсации и другие электромагнитные эффекты (см. (1]);

-    модели не включают подробные расчеты режимов короткого замыкания;

-    модели не применимы для изучения энергосистем, в которых могут быть ситуации выделения на изолированную работу ВЭУ без других источников синхронной генерации;

-    в моделях не учитывают динамические характеристики устройств автоматической синхронизации фазы.

Примечание — В целом динамические свойства устройств автоматической синхронизации фазы на порядок величины быстрее, чем динамические свойства устройств управления мощностью ВЭУ С этой точки зрения влияние автоматической синхронизации фазы пренебрежимо мало для большей части энергоустановок ВЭУ;

-    в модели ВЭУ не включено регулирование по частоте. Регулирование по частоте включено в модели уровня ВЭС (см., например, приложение А);

• Для оценки применимости моделей см также 5.2.

Издание официальное

-    модели не предназначены для изучения отклонений, обусловленных изменчивостью скорости ветра во времени и пространстве: модели не включают учет таких явлений, как турбулентность, «затенение» ВЭУ. сдвиг ветра и вихревые возмущения;

-    модели не предназначены для непосредственного определения значений собственных внутренних резонансных колебаний ВЭУ

Примечание — Процессы внутренних резонансных колебаний ВЭУ существенно нелинейны, расчет собственных частот в линейном приближении является сложной задачей, и его реализация в общих моделях может привести к неадекватности моделей.

-    модели применимы только к ВЭУ. поэтому не включают средства управления уровня ВЭС или такого дополнительного оборудования, как статические компенсаторы (SVC, STATCOM) и другие устройства, моделирование которых отнесено к моделированию ВЭС. Моделирование взаимодействия ВЭУ с устройствами управления ВЭС также отнесено к моделированию ВЭС и не включено в модели, устанавливаемые в настоящем стандарте.

Модели, устанавливаемые в настоящем стандарте, являются основой для общих динамических имитационных моделей ВЭС.

Порядок проверки модели, установленный в настоящем стандарте, применим для любых моделей ВЭУ. предназначенных для определения характеристик прямой последовательности основной частоты.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 1494 Электротехника. Буквенные обозначения основных величин ГОСТ 18311 Изделия электротехнические. Термины и определения основных понятий ГОСТ 32144 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения ГОСТ Р 51237 Нетрадиционная энергетика. Ветроэнергетика. Термины и определения ГОСТ Р 54418.21-2011 (МЭК 61400-21:2008) Возобновляемая энергетика. Ветроэнергетика. Установки ветроэнергетические. Часть 21. Измерение и оценка характеристик, связанных с качеством электрической энергии, ветроэнергетических установок, подключенных к электрической сети

ГОСТ Р 55589 (МЭК 60050-415 2999) Международный электротехнический словарь. Часть 415. Установки ветроэнергетические. Системы генерирования электроэнергии

ГОСТ Р 58491 Электроэнергетика. Распределенная генерация. Технические требования к объектам генерации на базе ветроэнергетических установок

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты*, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия) Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 1494. ГОСТ 18311. ГОСТ32144. ГОСТР 51237. ГОСТ Р 55589. (2). а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    общая имитационная модель ВЭУ (wind turbines generic simulation model): Имитационная модель, которая описывает один из типов ВЭУ и может быть настроена на имитацию различных вариантов ВЭУ этого типа с помощью изменения параметров модели.

3.2    составляющая прямой последовательности (в трехфазной системе) (positive (sequence) component (of a three-phase system)]: Одна из трех симметричных составляющих как симметричной, так и несимметричной трехфазной системы синусоидальных величин (напряжений или токов) с чередованием фаз. принятым в качестве основного, при разложении по методу симметричных составляющих.

Примечание — Составляющую прямой последовательности вычисляют по формуле

^1 = j(-^L1 ⁺ §^L2⁺*^L3)*    М)

где а — оператор поворота на 120°;

£— фазное значение системного напряжения или тока,

%L2 ^и ^.з — комплексные представления соответствующих фазных величин

3.3    составляющая обратной последовательности (в трехфазной системе) [negative (sequence) component (of a three-phase system)): Одна из трех симметричных составляющих трехфазной несимметричной системы синусоидальных величин (напряжений или токов) с чередованием фаз. обратным принятому в качестве основного, при разложении по методу симметричных составляющих.

Примечания

1    Составляющую обратной последовательности вычисляют по формуле

*2 «5(*L1 + ^*L2+»**)•    (2)

2    Составляющие обратной последовательности тока или напряжения имеют ненулевое значение только в том случае, когда соответственно ток или напряжение не являются сбалансированными Например, если фазные выражения для напряжения симметричны, то есть

У_и = Ue>*. U_L2 = ие>'**^А*¹³⁾ и (4.3 = Ue^l{»+²*'³⁾. то

U₂ = (Ш* +    + 0'²*^,3ио'<«*²*^,3))/3 =    Пв'^2х/3    +    &^j4K/3j/3    =    0.    (3)

3.4    составляющая нулевой последовательности (в трехфазной системе) [zero (sequence) component (of a three-phase system)]: Одна из трех симметричных составляющих трехфазной несимметричной системы синусоидальных величин (напряжений или токов), совпадающих между собой по фазе.

Примечание — Составляющую нулевой последовательности вычисляют по формуле

*0 ⁼ j(^L1 ⁺ -*L2 * *1.з)-    (4)

3.5    коэффициент несимметрии (unbalance factor): Степень несимметрии в трехфазных системах синусоидальных величин, выраженная отношением (в процентах) среднеквадратичных значений составляющей обратной последовательности (или нулевой последовательности) к составляющей прямой последовательности напряжения или тока.

3.6    устойчивость электроэнергетической системы (power system stability): Способность электроэнергетической системы сохранять синхронную работу электрических станций после отключений линий электропередачи, оборудования объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок.

3.7

3.9    квазиустановившийся режим (quasi steady state): Кратковременный установившийся режим, в рамках переходного процесса после возмущения (например, провал напряжения), длительность которого позволяет считать изменения параметров данного режима незначительными.

3.10    провал напряжения (voltage dip): Внезапное снижение напряжения в какой-либо точке системы с последующим восстановлением в течение короткого времени, от нескольких периодов до нескольких секунд.

3.11    опорное значение параметра Значение параметра, относительно которого происходит регулирование.

3.12    переходный период (transient time period): Период времени, когда происходят наблюдаемые переходные электромагнитные процессы.

3.13    время реакции (reaction time): Время от момента выдачи команды на изменение до того момента. когда наблюдаемая величина достигнет 10% установившегося значения.

3.14 время отклика (response time): Время от момента выдачи команды на изменение до того момента, когда наблюдаемая величина впервые попадает в заданный диапазон ее значений (полосу допуска) в установившемся режиме функционирования объекта.

Примечание — Время отклика показано на рисунке 1

3.15 время регулирования (settling time): Время от момента выдачи команды на изменение до момента вхождения наблюдаемой величины в заданный диапазон ее значений (полосу допуска) в установившемся режиме функционирования объекта.

Примечание — Время регулирования показано на рисунке 1.

3.16    шаг интегрирования по времени (integration time step): Интервал времени моделирования между двумя последовательными численными решениями дифференциальных уравнений модели.

3.17    номинальное значение параметра электротехнического изделия (устройства): Значение параметра электротехнического изделия (устройства), указанное изготовителем, при котором оно должно работать, являющееся исходным для отсчета отклонений.

3.20

номинальное напряжение электрической сети: Напряжение, на которое спроектирована электрическая сеть.

(ГОСТ Р 57382-2017, статья 3.2]

3.21 выводы ветроэнергетической установки (wind turbine terminals): Точка электрической части ВЭУ, определяемая поставщиком, в которой осуществляется подключение ВЭУ к коллекторной сети.

4 Обозначения

В настоящем стандарте, если не указано иное, используют значения напряжения и тока прямой последовательности основной частоты.

В дополнение к параметрам, определенным в каталоге моделей модулей («и. 5.6), в настоящем стандарте применены следующие обозначения (для переменных, выраженных в относительных единицах, в скобках приведены их базовые величины):

Примечание — Все параметры, характеризующие ВЭУ в целом (например, напряжение ВЭУ, измеренное и преобразованное напряжение ВЭУ, частота напряжения ВЭУ и т п ). если не указано иное, определяют на выводах ВЭУ (см 3 22 и рисунок 5).

0 — угол установки лопастей, град;

x_jnit — начальное значение момента (M_base);

M_base — базовый момент. = Рнок/Ц»»- ^{н м:}

Wgen — угловая скорость вращения генератора (1^^):

o)_ref — опорная угловая скорость вращения (i2_base);

ro_R — угловая скорость вращения ветроколеса/ротора ВЭУ (1^,*);

ii_base — базовая угловая скорость вращения генератора, рад/с. Базовая угловая скорость вращения генератора определяется как

**ном «ном

"gear

«ном ^— номинальная угловая скорость вращения генератора, рад/с:

cos <р — коэффициент мощности;

f— частота напряжения ВЭУ (7_И0М):

f_sys — частота напряжения в энергосистеме

7_Мом — номинальная частота напряжения в энергосистеме, 7_И0М = 50 Гц;

/_ном — номинальный ток ВЭУ, А;

— фазное значение тока генератора в координатах системы питания (/_мом);

/_ВЭу — фазное значение тока ВЭУ в координатах системы питания (/_ном);

'вэутеа ^— измеренное и преобразованное значение тока ВЭУ (1_ММ):

/'вэугаж ^— необработанное значение тока ВЭУ, измеренное по ГОСТР 54418.21 (/_ном); /_Вэу*|т ^— смоделированное и преобразованное значение тока ВЭУ (I^J:

/pend — уставка генератора по активному току (l_w J;

'ртах — максимальный генерируемый активный ток (/_ном);

'qcmd ^— уставка генератора по реактивному току (l_WM).

' 'ном):

'ном):

'qmin — минимальный генерируемый реактивный ток (/_ном); ^лдеаг ^— передаточное число между ветроколесом/ротором ВЭУ и генератором; .

Р_ад — мощность генератора в воздушном зазоре (Р_ном);

Р_аего — аэродинамическая мощность (Р_иом):

P_ord — уставка по мощности от регулятора ВЭУ (P^J:

Рном ^— номинальная мощность ВЭУ. Вт; р_Вэу — генерируемая активная мощность ВЭУ (P^J:

Рвэугег — опорная активная мощность ВЭУ (Р^н)'-р_Вэу — генерируемая реактивная мощность ВЭУ (Р_ном);

Рвэутах — максимальная генерируемая реактивная мощность ВЭУ (Р_ном); Q_B3ymin — минимальная генерируемая реактивная мощность ВЭУ(Р_Н0М);

^хвэугеГ — опорная реактивная мощность ВЭУ или опорное напряжение в зависимости от режима регулирования ВЭУ. или 1/^;

Z_base — базовое значение сопротивления. Z_base = UmJPhow ^0м

В настоящем стандарте применены индексы по ГОСТ 1494. а также следующие индексы;

ад — относящееся к воздушному зазору;

base — базовое значение;

and —текущая уставка генератора;

drt — относящееся к трансмиссии;

DTD — активное демпфирование трансмиссии;

Е — ошибка между имитационным и измеренным значением;

ег — входная ошибка устройства управления;

gen — генератора;

ini — начальное значение;

filt — отфильтрованное;

МАЕ — средняя абсолютная ошибка между имитационным и измеренным значением;

ME — средняя ошибка меэду имитационным и измеренным значением; теа — измеренное значение;

МХЕ — максимальная ошибка между имитационным и измеренным значением; ord — сигнал уровня активной или реактивной мощности, заданный регулятором ВЭУ; over — повышение параметра/переменной; р — активный компонент; q — реактивный компонент;

R — относящееся к ветроколесу/ротору ВЭУ; ref— опорное значение параметра; sim — имитационное значение; и — напряжения;

under — понижение параметра/переменной;

UVRT — относящийся к преодолению провалов напряжения.

5 Построение общих имитационных моделей ВЭУ

5.1    Типы ветроэнергетических установок

Ветроэнергетические установки, широко используемые для работы в энергосистемах, разделяют на следующие четыре типа:

-    ВЭУ с асинхронным генератором, непосредственно подключаемым к энергосистеме, с коротко-замкнутым ротором и постоянным сопротивлением (тип 1);

-    ВЭУ с асинхронным генератором, непосредственно подключаемым к энергосистеме с переменным сопротивлением ротора (тип 2);

-    ВЭУ с асинхронным генератором со статором, непосредственно подключаемым к энергосистеме. и ротором, подключаемым через преобразователь (тип 3):

-    ВЭУ с синхронным и асинхронным генератором, подключаемым к энергосистеме через преобразователь (тип 4).

Описание ВЭУ кахщого типа приведено в 5.5.

Примечание —В некоторых источниках, например, в соответствии с классификацией Международного общества по солнечной энергетике (ISES) типы ВЭУ обозначают как типы A-D

5.2    Требования к моделям

Модели должны учитывать все типы ВЭУ. широко используемых для работы в энергосистемах

(см. 5.1).

Для представления типичной реакции ВЭУ модели должны быть упрощенными, но при этом достаточно полными для достоверного описания динамического поведения на выводах ВЭУ и пригодными для исследования переходных процессов в энергосистеме с присоединенными ВЭУ

Модели должны иметь модульную структуру. Это позволяет проводить их необходимую доработку в случае появления новых технологий или новых способов управления.

Модели должны быть четко определены при помощи структурных схем. Объяснения нелинейных компонентов, применяемых в модели уравнений, и всех особенностей работы модели должны позволять любому разработчику программного обеспечения выполнить разработку модели.

Общие модели ВЭУ включают общие модели модулей защиты электрической сети и управления, которые отличаются от конкретных устройств, применяемых для этих целей. Структура моделей должна позволять проводить замену общих модулей защиты электрической сети и управления на модули защиты и управления конкретного поставщика. Для представления возможных вариантов устройств модели указанных модулей должны включать легко настраиваемую параметризацию, которая может быть выполнена в отдельных модулях, представляющих средства защиты и управления.

Защита электрической сети по перенапряжению или понижению напряжения и по отклонениям частоты должна быть включена в модель в тех местах, где она представлена в системе управления. Защита электрической сети может быть представлена отдельными модулями, которые подключаются к основной модели ВЭУ.

Примечание — Установленные в стандарте модели не отображают защиту электрической сети с временем срабатывания, менее чем один период.

Модели должны обеспечивать получение свойств, проявляющихся при учете только прямой последовательности основной частоты.

Модели должны представлять все существенные динамические свойства по прямой последовательности основной частоты и описывать состояние системы:

-    при симметричных коротких замыканиях в питающей сети (внешней по отношению к ВЭС. включая время восстановления напряжения);

-    отклонениях частоты и напряжения в энергосистеме;

-    электромеханических резонансах при биениях ротора синхронных генераторов (обычно в диапазоне 0,2—4,0 Гц);

-    изменении опорных значений параметров, по которым происходит регулирование в модели ВЭУ.

-    изменении опорных значений параметров, по которым ведется регулирование в модели ВЭУ.

Примечание — В общем случае для изучения устойчивости большинства электроэнергетических систем достаточно моделирования характеристик прямой последовательности Правильное представление составляющих обратной и нулевой последовательности представляется неоправданно затруднительным