[發明專利]一種大型雙饋風電場的無功優化控制方法

有效

• 申請號: 202010672281.0
• 申請日: 2020-07-14
• 公開（公告）號: CN111987747B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 周詩嘉;榮飛;寧曉潔;許曉玥;朱語博;劉誠
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;H02J3/50;H02J3/38;H02J3/18
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠

1.一種大型雙饋風電場的無功優化控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、對大型雙饋風電場的每一條饋線上的風機進行分組，從第一臺風機起，每6臺風機為一組，最后若剩余不足6臺的風機也組成一組，并依次將風機組編號為1,2,....,m,....,N_G；用N_m表示第m組風機的風機臺數，m＝1,2,...,N_G；

步驟二、以風電場輸出的總有功功率最大為目標建立目標函數f：

其中，和分別表示第m組第i臺雙饋風機輸出的有功功率、銅耗、定子側變流器損耗、網側變流器損耗和變壓器損耗，i＝1,2,...,N_m；表示第i段線路的有功損耗，表示風電場平衡節點到匯流母線節點之間線路的有功損耗；由下式計算：

其中，R_s和R_r分別表示風機定子繞組和轉子繞組的等效電阻，從風機銘牌中獲得；I_ds和I_qs分別為風機定子側電流的d軸和q軸分量，I_dr和I_qr分別是風機轉子側電流的d軸和q軸分量，通過測量風機三相電流后經過d-q坐標變換得到；是從風機網側變流器到電網的正弦電流的均方根值，是從風機轉子側變流器到發電機的正弦電流的均方根值，分別通過測量其正弦電流后計算均方根值后得到；P₀和P_k分別是變壓器的空載損耗和負載損耗，從變壓器說明書中獲得，β是變壓器的負載率，通過計算變壓器三相電流平均值與變壓器額定電流的比值得到；是第i個節點到第i+1個節點之間的線路電阻，從廠家給出的電纜說明書中獲得；是從第i個節點到第i+1個節點的電流，通過測量得到；R_v和I_v分別是風電場平衡節點到匯流母線節點之間線路的電阻和電流，分別通過電纜說明書和測量得到；是第m組第i臺風機的風功率，通過公式計算得到，其中，R為風機葉片半徑，從風機說明書中得到；ρ_空氣為空氣密度，取1.29Kg/m³，V_w為風力機輸入風速，通過測量得到；C_P為最大風能利用率，取45％；

步驟三、結合雙饋風機無功出力特性，計算各臺雙饋風機無功出力的上下限；風機的定子側無功出力的上下限分別為和風機網側變流器的無功出力的上下限分別為和由下式計算：

其中，V_s為風機定子側額定電壓，X_s為風機定子繞組電抗，X_m為風機勵磁電抗，從風機使用手冊中獲得；P_s為風機定子側輸出的有功功率，P_g為風機網側變流器的輸出的有功功率，通過測量得到；S_g為網側變流器容量，S_s為定子側變流器容量，I_rmax為風機定子側變流器額定電流值，從變流器使用手冊中獲得；

步驟四、以雙饋風機機組無功出力上下限、風電場各節點電壓偏差及電網對風電場的無功調度指令為約束條件，建立約束條件函數；

其中，表示第m組第i臺風機輸出的總無功功率，通過上式計算得到；和分別表示第m組第i臺風機定子側和網側變流器輸出的無功功率，通過分組無功優化得到；表示節點i的電壓，通過測量得到；Q_v表示風電場總輸出無功功率，通過分組無功優化得到，Q₀表示電網無功調度值，從電網調度中心得到；V_max和V_min分別為節點電壓的上下限，分別取線路額定電壓的+10％和-10％；

步驟五、采用分組無功優化控制策略對目標函數進行求解，且滿足所述約束條件，形成滿足要求的風電場無功控制方法；

(1)處理目標函數：把看作為常數；并采用加入懲罰函數的方法把電壓約束和無功調度約束加入目標函數中，目標函數f變成函數F：

其中，

(2)分組：將風電場的風機分為N_G組,然后按照以下公式分別計算第m組風機定子側無功出力上下限和第m組風機網側變流器無功出力上下限和再計算和然后進行下一步；

(3)初始化變量：定義令其中，x_j有2N_G個維度，根據以下公式初始化v_j和x_j，j＝1,2,...,200；然后進行下一步；

其中，r_v和r_x為0到1之間的隨機數，v^max、v^min、x^max和x^min分別由下式計算：

(4)定義pbest_j＝x_j,gbest＝[0,…,0,…,0]，其中gbest有2N_G個維度，根據以下公式計算和然后計算F(x_j)，定義fpbest_j＝F(pbest_j)；然后進行下一步；

(5)找出F(pbest_j)中的最小值,并把其賦值給fgbest；把fgbest所對應的pbest_j賦值給gbest；然后進行下一步；

(6)根據如下公式更新v_j，其中d＝1,2,...,2N_G；r₁和r₂是0到1之間的隨機數；然后進行下一步；

(7)根據如下公式更新x_j；然后進行下一步；

(8)根據公式計算然后根據如下公式計算和然后進行下一步；

(9)計算F(x_j),然后根據如下公式更新fpbest_j和pbest_j；然后進行下一步；

(10)根據如下公式更新fgbest和gbest；然后進行下一步；

(11)重復步驟(6)-(10)直到兩次迭代的fgbest的差值小于0.00001；

(12)根據以下公式計算第m組第i臺風機定子側無功功率參考值和網側無功功率參考值