CN103715714B - 一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法，所述方法包括下述步骤：步骤1、获取每台风电机组的无功上限值Q_igmax和双馈型风电场的无功极限Q_wfmax；步骤2、依据并网点电压偏移量ΔU%计算双馈型风电场的无功需求参考值Q_dem；步骤3、若Q_dem≤Q_wfmax依据无功需求参考值Q_dem确定进行无功补偿的所述风电机组的个数k，并获取每台风电机组的无功参考值步骤4、若Q_dem＞Q_wfmax，将n台风电机组同时进行无功补偿，并获取每台风电机组的无功参考值步骤5、将无功参考值分配到风电机组定子侧和网侧换流器分别进行无功补偿，返回步骤1。和现有技术相比，本发明提供的一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法能够降低风电机组的有功损耗，简化风电场的功率调度控制系统，从而提高风电场的运行效率。

Description

一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法

技术领域

本发明涉及一种风电场无功补偿方法，具体涉及一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法。

背景技术

目前，接入电网的风电场所占比例不断增大，且多位于偏远的地区或者海上，需要通过长距离的输电线与电网相连，使得随风速变化而变化的风电场功率输出对局部电网电压稳定带来了威胁，风电机组的运行和控制方式也对风电场以及接入电网的电压稳定性产生很大的影响。目前双馈型风电机组，可对有功和无功进行解耦控制，机组的定子侧和网侧换流器均能够向电网注入无功，对负荷的无功消耗动态补偿，为电网提供电压支撑。针对一些边远地区的风电场接入电网普遍存在电压不稳的情况，考虑风电机组自身的无功支持能力，可以给风电场的无功动态补偿带来更多的选择。

风力发电系统对无功功率的控制主要取决于电网的需求以及无功控制方式。控制双馈风力发电机组可实现有功和无功的解耦控制，风力发电机组正常情况下一般运行在单位功率因数模式。网侧换流器不仅可以通过稳定直流电压的办法来实现有功功率双向流动，还可以通过控制无功电流分量来控制无功功率，在电压跌落的时候充分发挥网侧换流器的无功支持能力。风电场无功补偿中，根据需求将无功任务分配到每台机组，按各自无功能力的分配原则，将无功需求按等比例的原则分配给各台机组。以上这些分配原则及所有风机的无功出力，增大了集电系统和机组的有功损耗，影响机组的使用寿命，增加整个风电场运行调度复杂性。

因此，提供一种能够简化风电场的调度控制系统，提高风电场的运行效率的风电场无功补偿运行方法显得尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需求，本发明提供了一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法所述双馈型风电场包括n台风电机组；所述方法包括下述步骤：

步骤1：获取每台所述风电机组的无功上限值Q_igmax和所述双馈型风电场的无功极限Q_wfmax，i＝1,2...n；

步骤2：依据并网点电压偏移量ΔU%计算所述双馈型风电场的无功需求参考值Q_dem；

步骤3：若Q_dem≤Q_wfmax依据所述无功需求参考值Q_dem确定进行无功补偿的所述风电机组的个数k，并获取每台风电机组的无功参考值执行步骤5；

步骤4：若Q_dem＞Q_wfmax将所述n台风电机组同时进行无功补偿，并获取每台风电机组的无功参考值以及

步骤5：将所述无功参考值分配到风电机组定子侧和网侧换流器分别进行无功补偿；返回步骤1。

优选的，所述步骤1中所述风电机组的无功上限值 $Q_{\mathrm{ig}\max }=\sqrt{{\left(\frac{3U_s{X}_m{I}_{r\max }}{X_s+X_m}\right)}^2-P_s^2}-\frac{3U_s^2}{X_s+X_m}+\sqrt{S_{c\max }^2-{\left(s{P}_s\right)}^2};$ 所述双馈型风电场的无功极限其中，所述U_s为定子电压，所述P_s为定子侧输出的有功功率，所述I_rmax为转子侧最大电流，所述S_cmax为网侧换流器最大容量，所述s为转差率，所述X_s为定子漏抗，所述X_m为励磁电抗；

优选的，实时检测并网点电压U_pcc，并依据额定电压U_N获取所述并网点电压偏移量所述并网点电压偏移量范围为3%～10%时所述双馈型风电场正常运行；

优选的，所述步骤3中所述风电机组的个数k的确定方法为：获取k个所述风电机组的无功上限值若Q_ctlmax＞Q_dem，则k个所述风电机组进行无功补偿；

将所述无功需求参考值Q_dem分配到k个所述风电机组，每台所述风电机组的无功参考值 $Q_{\mathrm{ig}}^{\mathrm{ref}}=Q_{\mathrm{dem}}\frac{Q_{\mathrm{ig}\max }}{Q_{\mathrm{ctl}\max }};i=\mathrm{1,2}...k;$

优选的，所述步骤4中通过桨距角控制系统调节所述风电机组的桨距角，降低所述风电机组输出的有功功率，从而提高所述风电机组的无功补偿能力；

将所述无功需求参考值Q_dem分配到n台所述风电机组，每台所述风电机组的无功参考值所述Q'_wfmax为通过桨距角控制系统调节后的双馈型风电场的无功极限值；

优选的，所述步骤5中将所述无功参考值分配到风电机组定子侧和网侧换流器进行无功补偿的约束条件为： $\left\{\begin{array}{c}\min \mathrm{\&Delta;}{P}_Q=i_{\mathrm{qs}}^2{R}_s+i_{\mathrm{qr}}^2{R}_r+i_{\mathrm{qc}}^2{R}_c\\ i_{\mathrm{qs}}=3Q_s/2U_s\\ i_{\mathrm{qr}}=-3Q_s{L}_s/2U_s{L}_m\\ i_{\mathrm{qc}}=3Q_c/2U_c\\ Q_{s\min }<Q_s<Q_{s\max }\\ Q_{c\min }<Q_c<Q_{c\max }\end{array}\right.;$ 其中，所述minΔP_Q为无功电流对有功功率损耗ΔP_Q的最小值，所述R_s、R_r和R_c分别为定子电阻、转子电阻和换流器等效电阻，所述i_qs、i_qr和i_qc分别为定子、转子和换流器通过的无功电流分量，所述Q_s为定子无功值，所述U_s为定子电压，所述Q_c为换流器无功值，所述U_c为换流器电压，所述L_s为定子自感，所述L_m为转子互感；

优选的，所述风电机组定子侧无功功率参考值的值为所述Q_s的值，所述网侧换流器无功功率参考值的值为所述Q_c的值。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，依据并网点电压偏移量即电网电压偏移程度，将双馈型风电场中的风电机组动态分区，选择满足无功需求的风机机组参与无功补偿运行，不影响其他机组常规运行；

2、本发明技术方案中，双馈型风电场的无功需求参考值Q_dem大于双馈型风电场的无功极限Q_wfmax时，即双馈型风电场满功率或者接近满功率运行的时候，无功能力很小，在不能满足无功需求的时候，通过桨距角控制系统调节风电机组的桨距角，降低有功出力，以增加无功出力，从而为风电场提供无功补偿；

3、本发明技术方案中，依据系统无功需求和风电机组的无功能力，优化风电机组实时动态分区，既满足系统无功调节需求，也充分发挥风电机组的有功出力。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法流程图；

图2是：本发明实施例中双馈型风电场无功补偿控制结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供的一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法，简化了双馈型风电场的功率调度控制系统，提高了双馈型风电场的运行效率，图1示出了所述方法的流程图，具体步骤为：

步骤1：功率调度控制系统实时检测双馈型风电场输出的有功功率和并网点电压U_pcc；获取每台风电机组的无功上限值Q_igmax和双馈型风电场的无功极限Q_wfmax，i＝1,2...n；

风电机组的无功上限值 $Q_{\mathrm{ig}\max }=\sqrt{{\left(\frac{3U_s{X}_m{I}_{r\max }}{X_s+X_m}\right)}^2-P_s^2}-\frac{3U_s^2}{X_s+X_m}+\sqrt{S_{c\max }^2-{\left(s{P}_s\right)}^2};$ 风电机组的无功下限值双馈型风电场的无功极限其中，n为风电机组个数，U_s为定子电压，P_s为定子侧输出的有功功率，I_rmax为转子侧最大电流，I_smax为定子侧最大电流，S_cmax为网侧换流器最大容量，s为转差率，X_s为定子漏抗，X_m为励磁电抗。

步骤2：依据并网点电压U_pcc和额定电压U_N获取并网点电压偏移量当并网点电压偏移量范围为3%～10%时双馈型风电场正常运行；依据并网点电压偏移量ΔU%计算双馈型风电场的无功需求参考值Q_dem；若Q_dem≤Q_wfmax执行步骤3，若Q_dem＞Q_wfmax执行步骤4；

步骤3：依据无功需求参考值Q_dem确定进行无功补偿的风电机组的个数k，将无功需求参考值Q_dem分配到k个风电机组，每台风电机组的无功参考值保证每台风电机组具有相同的无功裕度，防止无功越限；

风电机组的个数k的确定方法为：获取k个风电机组的无功上限值若Q_ctlmax＞Q_dem，且能够留有一部分无功功率进行冗余，则将k个风电机组进行无功补偿；执行步骤5。

步骤4：将n台风电机组同时进行无功补偿，将无功需求参考值Q_dem分配到n台所电机组，每台风电机组的无功参考值保证每台风电机组具有相同的无功裕度，防止无功越限；通过桨距角控制系统调节风电机组的桨距角，降低风电机组输出的有功功率，从而提高风电机组的无功补偿能力，使得通过桨距角控制系统调整过的双馈型风电场的无功极限Q'_wfmax＞Q_dem。

步骤5：将无功参考值分配到风电机组定子侧和网侧换流器分别进行无功补偿；约束条件为： $\left\{\begin{array}{c}\min \mathrm{\&Delta;}{P}_Q=i_{\mathrm{qs}}^2{R}_s+i_{\mathrm{qr}}^2{R}_r+i_{\mathrm{qc}}^2{R}_c\\ i_{\mathrm{qs}}=3Q_s/2U_s\\ i_{\mathrm{qr}}=-3Q_s{L}_s/2U_s{L}_m\\ i_{\mathrm{qc}}=3Q_c/2U_c\\ Q_{s\min }<Q_s<Q_{s\max }\\ Q_{c\min }<Q_c<Q_{c\max }\end{array}\right.;$ 其中，minΔP_Q为无功电流对有功功率损耗ΔP_Q的最小值，R_s、R_r和R_c分别为定子电阻、转子电阻和换流器等效电阻，i_qs、i_qr和i_qc分别为定子、转子和换流器通过的无功电流分量，Q_s为定子无功值，U_s为定子电压，Q_c为换流器无功值，U_c为换流器电压，L_s为定子自感，L_m为转子互感；风电机组定子侧无功功率参考值的值为所述Q_s的值，网侧换流器无功功率参考值的值为所述Q_c的值。

返回步骤1，对无功补偿后的双馈型风电场重新检测其输出的有功功率和并网点电压，判断所述有功功率和并网点电压是否符合实际工况对无功功率的补偿需求。

图2示出了基于本发明提供的一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法的双馈型风电场无功补偿控制结构图；功率调度控制系统的协调控制中心依据并网点电压偏移量ΔU%计算无功需求参考值Q_dem确定进行无功补偿的风电机组；风电机组无功功率补偿控制方式包括电压控制方法和单位功率控制方法。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (6)

1.一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法，其特征在于，所述双馈型风电场包括n台风电机组；所述方法包括下述步骤：

步骤1：获取每台所述风电机组的无功上限值Q_igmax和所述双馈型风电场的无功极限Q_wfmax，i＝1,2...n；

步骤2：依据并网点电压偏移量ΔU％计算所述双馈型风电场的无功需求参考值Q_dem；

步骤3：若Q_dem≤Q_wfmax依据所述无功需求参考值Q_dem确定进行无功补偿的所述风电机组的个数k，并获取每台风电机组的无功参考值执行步骤5；

步骤4：若Q_dem＞Q_wfmax将所述n台风电机组同时进行无功补偿，并获取每台风电机组的无功参考值以及

步骤5：将所述无功参考值分配到风电机组定子侧和网侧换流器分别进行无功补偿；返回步骤1；

所述步骤4中通过桨距角控制系统调节所述风电机组的桨距角，降低所述风电机组输出的有功功率，从而提高所述风电机组的无功补偿能力；

将所述无功需求参考值Q_dem分配到n台所述风电机组，每台所述风电机组的无功参考值i＝1,2...n，所述Q'_wfmax为通过桨距角控制系统调节后的双馈型风电场的无功极限值。

2.如权利要求1所述的一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法，其特征在于，所述步骤1中所述风电机组的无功上限值 $Q_{igmax}=\sqrt{{\left(\frac{3U_s{X}_m{I}_{r\max }}{X_s+X_m}\right)}^2-P_s^2}-\frac{3U_s^2}{X_s+X_m}+\sqrt{S_{cmax}^2-{\left({\mathrm{sp}}_s\right)}^2};$ 所述双馈型风电场的无功极限其中，所述U_s为定子电压，所述P_s为定子侧输出的有功功率，所述I_rmax为转子侧最大电流，所述S_cmax为网侧换流器最大容量，所述s为转差率，所述X_s为定子漏抗，所述X_m为励磁电抗。

3.如权利要求1所述的一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法，其特征在于，实时检测并网点电压U_pcc，并依据额定电压U_N获取所述并网点电压偏移量所述并网点电压偏移量范围为3％～10％时所述双馈型风电场正常运行。

4.如权利要求1所述的一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法，其特征在于，所述步骤3中所述风电机组的个数k的确定方法为：获取k个所述风电机组的无功上限值若Q_ctlmax＞Q_dem，则k个所述风电机组进行无功补偿；

将所述无功需求参考值Q_dem分配到k个所述风电机组，每台所述风电机组的无功参考值 $Q_{ig}^{ref}=Q_{dem}\frac{Q_{ig\max }}{Q_{ctl\max }};i=1,\mathrm{2...}k.$

5.如权利要求1所述的一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法，其特征在于，所述步骤5中将所述无功参考值分配到风电机组定子侧和网侧换流器进行无功补偿的约束条件为： $\left\{\begin{array}{c}\min \mathrm{\&Delta;}{P}_Q=i_{qs}^2{R}_s+i_{qr}^2{R}_r+i_{qc}^2{R}_c\\ i_{qs}=3Q_s/2U_s\\ i_{qr}=-3Q_s{L}_s/2U_s{L}_m\\ i_{qc}=3Q_c/2U_c\\ Q_{smin}<Q_s<Q_{smax}\\ Q_{cmin}<Q_c<Q_{cmax}\end{array}\right.;$ 其中，所述minΔP_Q为无功电流对有功功率损耗ΔP_Q的最小值，所述R_s、R_r和R_c分别为定子电阻、转子电阻和换流器等效电阻，所述i_qs、i_qr和i_qc分别为定子、转子和换流器通过的无功电流分量，所述Q_s为定子无功值，所述U_s为定子电压，所述Q_c为换流器无功值，所述U_c为换流器电压，所述L_s为定子自感，所述L_m为转子互感。

6.如权利要求5所述的一种双馈型风电场自适应无功补偿运行方法，其特征在于，所述风电机组定子侧无功功率参考值的值为所述Q_s的值，所述网侧换流器无功功率参考值的值为所述Q_c的值。