Full-process Coupling Refined Modeling and High-efficiency Parallel Simulation Algorithm for Wind Farms

LI Bing; ZHAO Haoran; JIANG Yibao; TIAN Hang; WANG Mengxue; STRUNZ Kai

doi:10.7500/AEPS20240919004

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Full-process Coupling Refined Modeling and High-efficiency Parallel Simulation Algorithm for Wind Farms

Basic Research | 更新时间：2026-02-28

- Full-process Coupling Refined Modeling and High-efficiency Parallel Simulation Algorithm for Wind Farms
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 23, Pages: 119-128(2025)
- 作者机构：
  
  1.山东大学电气工程学院，山东省济南市 250061
  2.柏林工业大学，柏林 10587，德国
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52307112);Shandong Provincial Natural Science Foundation of China(ZR2023QE204)
- DOI：10.7500/AEPS20240919004
  CLC：
- Received：19 September 2024，
  
  Revised：2025-04-14，
  
  Online First：25 June 2025，
  
  Published：10 December 2025
- 稿件说明：
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李冰,赵浩然,江艺宝等.风电场全过程耦合精细化建模及其高效并行仿真算法[J].电力系统自动化,2025,49(23):119-128.

LI Bing,ZHAO Haoran,JIANG Yibao,et al.Full-process Coupling Refined Modeling and High-efficiency Parallel Simulation Algorithm for Wind Farms[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):119-128.
李冰,赵浩然,江艺宝等.风电场全过程耦合精细化建模及其高效并行仿真算法[J].电力系统自动化,2025,49(23):119-128. DOI： 10.7500/AEPS20240919004.

LI Bing,ZHAO Haoran,JIANG Yibao,et al.Full-process Coupling Refined Modeling and High-efficiency Parallel Simulation Algorithm for Wind Farms[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(23):119-128. DOI： 10.7500/AEPS20240919004.

摘要

随着风电机组尺寸和风电场容量的快速提升，风电场运行风险急剧增加。对风电场进行精细化建模和仿真，有助于降低上述风险，对电力系统稳定运行具有重要意义。为满足准确、高效的仿真需求，提出了风电场精细化建模方法及其并行仿真算法。首先，以精度与效率平衡为切入点，提出考虑“风能-机械能-电能”全过程耦合的风电场精细化建模方法。其次，以精细化模型中各部分时间尺度和计算复杂度为依据，提出系统级粗粒度解耦方法，将精细化模型解耦为多个可并行仿真的子模块。进一步，提出基于细粒度解耦的子模块并行仿真算法，从而构建基于粗-细粒度混合解耦的并行仿真算法。最后，基于包含40台风电机组的风电场仿真算例，将所建模型和仿真算法与传统简化模型和仿真算法进行了对比。对比结果表明，所提精细化模型和并行仿真算法具有更优的仿真精度和仿真效率。

Abstract

With the rapid increase in the size of wind turbines and the capacity of wind farms

the operational risks of wind farms have sharply risen. Conducting refined modeling and simulation of wind farms can help reduce these risks and is of great significance for the stable operation of power systems. In order to meet the demand of accurate and efficient simulation

a refined modeling method for wind farms and a parallel simulation algorithm are proposed. Firstly

taking the balance between accuracy and efficiency as the starting point

a refined modeling method for wind farms that considers the whole coupling process of ‘wind energy-mechanical energy-electric energy’ is proposed. Secondly

based on the time scale and computational complexity of each part of the refined model

a system-level coarse-grained decoupling method is proposed to decouple the refined model into multiple parallel simulation submodules. Furthermore

a parallel simulation algorithm for submodules based on fine-grained decoupling is proposed so as to construct a parallel simulation algorithm based on hybrid coarse-fine-grained decoupling. Finally

based on a simulation case of a wind farm with 40 wind turbines

the proposed model and simulation algorithm are compared with the traditional simplified models and simulation algorithms. The comparison results demonstrate that the proposed refined model and parallel simulation algorithm have better simulation accuracy and efficiency.

关键词

Keywords

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