[發(fā)明專利]基于雙饋風電機組風機拓撲結(jié)構(gòu)的海上風電場無功優(yōu)化配置方法

在審

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• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN107579546A
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周偉;譚茂強;黃偉;楊舒文;李寧坤;譚任深;陳楠;陸瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/50
• 分類號: H02J3/50;G06F17/16
• 代理公司: 廣州廣信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司44261
• 代理人: 張文雄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于雙饋風電機組風機拓撲結(jié)構(gòu)的海上風電場無功優(yōu)化配置方法，是一種基于雙饋風電機組(DFIG)(doubly fed induction generator)風機機群拓撲結(jié)構(gòu)并且充分計及其無功調(diào)節(jié)，并考慮海纜對地電容與匝間電容的無功補償配置方法。屬于電力系統(tǒng)無功補償技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于海上風資源豐富，具有高風速、低風切變、低湍流、高產(chǎn)出等顯著優(yōu)點，對環(huán)境影響小，不占用陸地面積，而且海上風電不會對人類居住環(huán)境造成噪聲污染，因此近年來風電開發(fā)呈現(xiàn)從陸上向海上轉(zhuǎn)移的趨勢。

海上風電設(shè)備故障修復(fù)大多依靠維修船出海作業(yè)完成，運行維護成本比陸上風電高。因此，對海上風電系統(tǒng)可靠性要求非常高。其中，無功補償方案設(shè)計尤為關(guān)鍵。但由于海底電纜的對地電容與匝間電容較大，海上風電場的動態(tài)無功分布及其補償需求與陸上風電場有較大區(qū)別，因而陸上風電場無功補償方案不適用于海上風電場。

早期風電場主流機型為籠型風力發(fā)電機組，由于籠型機組沒有調(diào)節(jié)無功功率輸出的能力，因此研究的方向主要集中在如何為風電場配置電容器等無功補償裝置上。隨著風電機組制造和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，風能轉(zhuǎn)化率更高的雙饋風電機組成為風電主力機型。雙饋感應(yīng)電機(簡稱DFIG)具有PQ解耦控制能力，采用雙饋感應(yīng)電機(簡稱DFIG)的風電場能夠動態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率輸出，為電網(wǎng)提供電壓支撐，因此可以作為風電場內(nèi)的無功功率源。

目前的研究主要集中在如何確定雙饋風電機組的無功調(diào)節(jié)能力和利用雙饋機組參與風電場無功功率補償策略研究上。且隨著風電場并網(wǎng)容量的不斷增大，近年來國內(nèi)外在無功優(yōu)化方面進行了大量研究：一些文獻利用人工智能及一些優(yōu)化方法，如遺傳算法、粒子群算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等都取得了一定成果；還有一些文獻目前的研究主要集中在如何確定雙饋風電機組的無功調(diào)節(jié)能力和利用雙饋機組參與風電場無功功率補償策略研究上。但按照該“利用雙饋機組參與風電場無功功率補償策略”的方法，仍然存在無功補償點的補償容量大、離散設(shè)備成本支出高、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、安全性差和運行成本高等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，為了解決現(xiàn)有雙饋機組參與風電場無功功率補償存在無功補償點的無功補償容量大、離散設(shè)備調(diào)節(jié)成本支出高、系統(tǒng)運行不穩(wěn)定、安全性差和運行成本高等問題，提供一種基于雙饋風電機組風機拓撲結(jié)構(gòu)的海上風電場無功優(yōu)化配置方法。具有無功補償點的無功補償容量小、離散設(shè)備調(diào)節(jié)成本支出低、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、安全性高差和運行成本低等特點。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

基于雙饋風電機組風機拓撲結(jié)構(gòu)的海上風電場無功優(yōu)化配置方法，其特征在于：

1)通過計算海上風電場雙饋風電機組的無功極限，控制雙饋風電機組的換流器進行無功調(diào)節(jié)，將雙饋風電機組作為風電場連續(xù)無功源；

2)通過海上風電場無功的控制變量選擇為發(fā)電機節(jié)點的雙饋風電機組無功出力，以及海上升壓站低壓側(cè)及陸上集控中心兩個無功補償點無功補償設(shè)備的容量設(shè)置，將風電機組等效為電流可控的恒壓功率源，并基于實際風電場與等效風電場的功率傳輸特性相同的原則，建立海上風電系統(tǒng)的風電場等值模型，為海上風電場無功優(yōu)化建立前提條件；

3)在考慮雙饋風電機組風機拓撲結(jié)構(gòu)與海纜對地電容、匝間電容影響的基礎(chǔ)上，應(yīng)用CMO算法對海上風電場雙饋風電機組的風機集群進行無功補償。

本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

進一步地，第1)點中將雙饋風電機組作為風電場連續(xù)無功源時，所述雙饋風電機組的定子側(cè)與電網(wǎng)直接相連，轉(zhuǎn)子側(cè)與電網(wǎng)通過網(wǎng)側(cè)換流器和機側(cè)換流器相連，由此實現(xiàn)轉(zhuǎn)子側(cè)功率的雙向流動，進而實現(xiàn)雙饋風機的變速恒頻運行。

進一步地，第1)點中控制雙饋風電機組的換流器進行無功調(diào)節(jié)，是指所述雙饋風電機組通過對換流器控制實現(xiàn)有功和無功解耦控制，使得雙饋風電機組具有動態(tài)調(diào)節(jié)無功能力。

進一步地，第1)點中控制雙饋風電機組的換流器進行無功調(diào)節(jié)時，當網(wǎng)側(cè)換流器不發(fā)出無功，雙饋風電機組發(fā)出的無功等于定子側(cè)發(fā)出的無功功率Q_S，

Q_T＝Q_S (3-1)

雙饋風電機組DFIG的最優(yōu)功率追蹤曲線公式可用式(3-2)表示：

P_T＝K_opt(1-s)³ (3-2)

式中：P_T為雙饋風電機組DFIG發(fā)出有功功率；Kopt為最佳轉(zhuǎn)速時的比例常數(shù)；s為轉(zhuǎn)差率，