[發(fā)明專利]風(fēng)機(jī)及風(fēng)電匯集線路的無(wú)功功率能力估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210355726.8
• 申請(qǐng)日: 2012-09-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102868165A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 舒鵬;喬元;張毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京金風(fēng)科創(chuàng)風(fēng)電設(shè)備有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/16
• 分類號(hào): H02J3/16;H02J3/50
• 代理公司: 北京銘碩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 王兆賡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域。更具體地講，涉及一種風(fēng)機(jī)及風(fēng)電匯集線路的無(wú)功功率能力估計(jì)方法。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)的發(fā)展，可再生能源的關(guān)注和利用程度日益增加，其中，風(fēng)力發(fā)電是一種已經(jīng)發(fā)展相對(duì)成熟的能源技術(shù)。然而，我國(guó)風(fēng)電行業(yè)“建設(shè)大基地，融入大電網(wǎng)”的發(fā)展規(guī)劃與歐洲“分散上網(wǎng)，就地消納”不同，有著“大規(guī)模”、“高集中”等特點(diǎn)。間歇性風(fēng)電造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)，系統(tǒng)短路容量增加，暫態(tài)穩(wěn)定性改變，特別在大規(guī)模風(fēng)電集中接入電網(wǎng)情況下尤為突出。同時(shí)，電網(wǎng)末端電能質(zhì)量也會(huì)影響風(fēng)電場(chǎng)，例如電網(wǎng)擾動(dòng)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)、風(fēng)電場(chǎng)解列，不平衡電壓會(huì)造成機(jī)組振動(dòng)、過(guò)熱等。

研究風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的技術(shù)關(guān)鍵，在于將風(fēng)電場(chǎng)作為一個(gè)整體單元接入電網(wǎng)來(lái)分析，通過(guò)改善風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)(簡(jiǎn)稱PCC)的穩(wěn)定性，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)性能提高。

PCC點(diǎn)的穩(wěn)定性最重要的指標(biāo)為電壓穩(wěn)定性。電壓波動(dòng)直接影響了風(fēng)機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，危害甚至波及所接入的電力網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)潮流分析技術(shù)可知，PCC點(diǎn)的電壓主要受該點(diǎn)的無(wú)功功率影響：當(dāng)消耗感性無(wú)功功率(即吸收無(wú)功功率)過(guò)多時(shí)電壓將會(huì)下降；反之，當(dāng)發(fā)出感性無(wú)功功率(即發(fā)出無(wú)功功率)過(guò)多時(shí)電壓將會(huì)上升。通過(guò)某些技術(shù)控制PCC點(diǎn)的無(wú)功功率動(dòng)態(tài)平衡，即可達(dá)到控制PCC點(diǎn)電壓穩(wěn)定的效果。

然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，控制風(fēng)電場(chǎng)PCC點(diǎn)的無(wú)功功率平衡，會(huì)受到兩個(gè)技術(shù)點(diǎn)制約：首先必須滿足我國(guó)電力系統(tǒng)無(wú)功功率“分層分區(qū)”控制原則，其次必須充分考慮風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率源的控制機(jī)理。

當(dāng)前主要使用集中無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備(例如靜止無(wú)功功率補(bǔ)償裝置(SVC))進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)充。集中無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率平衡起到了積極有效的作用，但也存在造價(jià)高、損耗大和穩(wěn)定性差的缺陷，并且SVC與風(fēng)機(jī)運(yùn)行配合差。

圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的依靠集中無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)PCC點(diǎn)的電壓控制的風(fēng)電場(chǎng)電壓自動(dòng)控制(AVC)系統(tǒng)的拓?fù)涫疽鈭D。

如圖1所示，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)電場(chǎng)AVC系統(tǒng)中，多條風(fēng)電匯集線路1-N(每條風(fēng)電匯集線路包括多個(gè)風(fēng)機(jī))以及設(shè)置有SVC的SVC線路接入到低壓母線，低壓母線上的電壓經(jīng)由變壓器升壓，接入高壓母線，然后經(jīng)由PCC點(diǎn)通過(guò)送出線路接入大電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)，其中，SVC根據(jù)低壓母線和/或高壓母線的電壓變化，自動(dòng)發(fā)出無(wú)功功率或吸收無(wú)功功率，從而調(diào)節(jié)PCC點(diǎn)的電壓。

然而，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)電場(chǎng)AVC系統(tǒng)存在以下缺點(diǎn)：

(1)要實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)電壓穩(wěn)定，需要裝設(shè)大于總裝機(jī)容量30％～50％的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備(即，SVC)，而SVC造價(jià)昂貴，存在固有損耗，卻穩(wěn)定性不高；

(2)當(dāng)母線電壓降低時(shí)，SVC發(fā)出無(wú)功功率的能力下降，其補(bǔ)償能力成平方倍地下降；

(3)不利于風(fēng)機(jī)發(fā)出無(wú)功功率的能力，這造成重要無(wú)功功率源的浪費(fèi)。

實(shí)際上，風(fēng)機(jī)具有額外發(fā)出無(wú)功功率的能力，但單個(gè)風(fēng)機(jī)的自由控制會(huì)引起風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率內(nèi)耗，無(wú)法達(dá)到指定控制目標(biāo)，因此基本不使用風(fēng)機(jī)提供的無(wú)功功率進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。為了降低采用SVC導(dǎo)致的高成本，可考慮使用風(fēng)電場(chǎng)中的風(fēng)機(jī)群來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的補(bǔ)償。然而，由于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)機(jī)群具有數(shù)量大、分布廣的特點(diǎn)，風(fēng)速具有隨機(jī)性特點(diǎn)，故而每臺(tái)風(fēng)機(jī)當(dāng)前的無(wú)功功率輸出能力相互不同，且實(shí)時(shí)變化，使得在明確了需要的無(wú)功功率量的情況下，風(fēng)電場(chǎng)AVC系統(tǒng)分配每臺(tái)風(fēng)機(jī)無(wú)功功率任務(wù)的配額尤為困難。

例如，如果不考慮風(fēng)機(jī)當(dāng)前的無(wú)功功率能力，而簡(jiǎn)單讓風(fēng)機(jī)承擔(dān)平均的無(wú)功功率任務(wù)，會(huì)出現(xiàn)如下問(wèn)題：

(1)部分風(fēng)機(jī)無(wú)法完成超額的無(wú)功功率任務(wù)，容易發(fā)生有功出力減少，機(jī)組損壞，或者根本無(wú)法執(zhí)行；

(2)部分風(fēng)機(jī)具有較大的無(wú)功功率能力，但只利用了一小部分，造成浪費(fèi)；(3)沒(méi)有考慮潮流的分布特性，造成風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)無(wú)功功率換流，無(wú)法送出到風(fēng)電場(chǎng)外。表現(xiàn)為部分風(fēng)機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率被其他風(fēng)機(jī)吸收，或者部分風(fēng)機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率根本無(wú)法流出風(fēng)電場(chǎng)。

因此，為了使用風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率，首先需要確定風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率能力(包括無(wú)功功率輸出能力和/或無(wú)功功率吸收能力，即，能夠發(fā)出和/或接收的無(wú)功功率)。然而，風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率能力難以準(zhǔn)確地確定(尤其是實(shí)時(shí)地確定)，因此導(dǎo)致無(wú)法向風(fēng)機(jī)下達(dá)無(wú)功功率任務(wù)。此外，作為風(fēng)機(jī)的一個(gè)重要性能指標(biāo)，在其他場(chǎng)合，也需要準(zhǔn)確地估計(jì)風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率能力這一指標(biāo)。因此，需要一種能夠準(zhǔn)確地估計(jì)風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率能力的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)機(jī)及風(fēng)電匯集線路的無(wú)功功率能力估計(jì)方法，以解決上面的至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。