[發(fā)明專利]降低風(fēng)機(jī)損耗的分散式風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功優(yōu)化控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310032104.6
• 申請(qǐng)日: 2013-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN103151795A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢作霞;張保華;井艷軍;姜立兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02J3/18
• 代理公司: 沈陽(yáng)智龍專利事務(wù)所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍;周楠

1.一種降低風(fēng)機(jī)損耗的分散式風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于：該分散式風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)包括：處理器、存儲(chǔ)模塊、輸入輸出模塊、CANopen網(wǎng)關(guān)、檢測(cè)模塊、路由器；處理器分別連接存儲(chǔ)模塊和輸入輸出模塊；輸入輸出模塊通過(guò)CANopen網(wǎng)關(guān)與檢測(cè)模塊通信連接，并通過(guò)路由器與各臺(tái)風(fēng)機(jī)的SCADA進(jìn)行通信；檢測(cè)模塊安裝于變電站二次側(cè)風(fēng)電場(chǎng)匯集開關(guān)柜中。

2.一種如權(quán)利要求1所述降低風(fēng)機(jī)損耗的分散式風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于：步驟如下：

第一步，判斷電壓偏差值是否越限，將遠(yuǎn)端控制點(diǎn)電壓與調(diào)度中心參考電壓值進(jìn)行比較，得到電壓偏差值

ΔU·=U·w-U·ref---(1)]]>

為了防止設(shè)備的頻繁調(diào)節(jié)，設(shè)置電壓死區(qū)范圍，設(shè)置范圍為-0.01≤ΔU≤0.01，其中ΔU為的幅值；如果電壓偏差值ΔU大于誤差死區(qū)模塊的閾值時(shí)，則進(jìn)行下一步的無(wú)功整定；

第二步，計(jì)算無(wú)功功率補(bǔ)償量，偏差值經(jīng)PI調(diào)節(jié)控制器調(diào)節(jié)處理后輸出并網(wǎng)點(diǎn)所缺的無(wú)功ΔQ，算出風(fēng)電場(chǎng)所需調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償量為：

ΔQ=(K1+K2s)ΔU·---(2)]]>

式(2)中，s為時(shí)域到頻域的拉式變換，K₁、K₂的選取要結(jié)合電壓/無(wú)功靜態(tài)線性有差調(diào)節(jié)特性與風(fēng)電場(chǎng)接入地區(qū)的電壓無(wú)功具體情況整定得到；

第三步，將整定所得的無(wú)功參考值ΔQ經(jīng)過(guò)風(fēng)電場(chǎng)最大無(wú)功輸出約束與風(fēng)電場(chǎng)功率因數(shù)約束后得到風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功整定值Q_reg，若風(fēng)機(jī)正常工作情況下的功率因數(shù)范圍為λ_L≤λ≤λ_H，此時(shí)

Qref=ΔQ+Qwλ=QregPw---(3)]]>

則Q_reg約束為

Qrmin≤Qreg≤QrmaxPw1-λL2λL≤Qreg≤Pw1-λH2λH---(4)]]>

式（4）可控制風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功整定量不越限，進(jìn)而防止風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際無(wú)功輸出超出合理范圍，然后進(jìn)入步驟四；

第四步，建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功功率與損耗之間的關(guān)系方程：

本發(fā)明提出的優(yōu)化無(wú)功分配策略是以風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機(jī)有功功率損耗和最小為依據(jù)來(lái)進(jìn)行無(wú)功分配；

設(shè)第k臺(tái)風(fēng)機(jī)的出口有功、無(wú)功分別為P_k、Q_k，經(jīng)整理得

fk=aQk2+bQk+c---(5)]]>

其中式中：a、b、c為系數(shù)，表達(dá)式如下

a=Xm2R1+R12R2+X12R23U12Xm2---(6)]]>

b=2X1R2Xm2---(7)]]>

c=13Xm2U12[(R1Xm2+R12R2+X12R2)P12+6R1R2U12P1+9R2U14]---(8)]]>

式中，U₁為風(fēng)機(jī)定子端電壓，P₁為風(fēng)機(jī)出口有功功率，X_1σ、X_2σ、X_m分別為定、轉(zhuǎn)子漏抗和勵(lì)磁感抗，X₁＝X_1σ+X_m,X₂＝X_2σ+X_m。R₁、R₂分別為定、轉(zhuǎn)子電阻；

第五步，確定考慮損耗最小的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題數(shù)學(xué)模型：

考慮單臺(tái)風(fēng)機(jī)無(wú)功極限和所有風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功出力值滿足的條件可得以下兩個(gè)約束條件：

單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率的極限計(jì)算公式為：

Qk=|U1|Xm2X12Irmax2-Pk2-|U1|X1---(9)]]>

式（9）中，U₁為風(fēng)機(jī)定子端電壓，P₁為風(fēng)機(jī)出口有功功率，I_rmax為變流器電流限定值，一般為變流器額定電流的150%；

而風(fēng)機(jī)群總的無(wú)功功率已由無(wú)功控制系統(tǒng)給定：

Qref=Σk=1nQk---(10)]]>

然后由式（5）可知損耗為f_k,k＝1,2,...,n，確定風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)各臺(tái)機(jī)組損耗總和的目標(biāo)函數(shù)為：

f=Σk=1nfk=Σk=1n(akQk2+bkQk+ck)---(11)]]>

約束條件為：

Qref=Σk=1nQk]]>

Qk≤|U1|Xm2X12Irmax2-Pk2-|U1|X1---(12)]]>

機(jī)組無(wú)功分配問(wèn)題變?yōu)閮?yōu)化求解問(wèn)題，如式（11）、（12）所示；通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)并計(jì)算得到a、b、c、Q_k；

第六步，利用粒子群算法求解無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題，得到各臺(tái)風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率整定值Q_k。