CN103853888A - 一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法，包括以下步骤：根据海上风电系统拓扑结构对风电场内的风电机进行分组，每组包括至少一台风电机；每组的多台风电机组成的支路成为风电机组的单链支路，等值容量为所有风电机组的容量之和，采用潮流计算的方法求出等值风电机组的总容量；对每组的多台风电机中的变压器进行等值分析，得到等效多机系统；对多组风电机组的集电系统进行等值分析，得到等效多链系统；根据步骤二、三、四得出的结果，建立适用于无功补偿的海上风电系统的仿真模型。本发明提出的建模方法简单，能够快速建立模型，更好的满足实际应用的要求。

Description

一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法
技术领域
    本发明属于风力发电系统仿真领域，尤其是设计一种适用于无功补偿的适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法。
背景技术
    近年来，风力发电技术的发展非常迅速。但因陆上风电场存在占地面积大，噪声污染严重以及风速不稳定的问题，目前风电的发展趋势从陆上风电向海上风电转移。
    对海上风电系统的设计研究，一般都要研究海上风电场的建模。在海上风电场的建模方面，目前海上风力发电机的主流单机容量为3-5MW，由于风机数量众多，如果分别对每台风机进行详细建模，那么整个风电场的模型将会是一个高阶模型，用电力仿真软件进行分析时计算量非常大, 计算时间长，占用内存大, 并且在数据处理和计算结果分析方面也非常困难。另一方面，在研究海上风电场系统中各种无功补偿装置对电网电压的影响时，也不需要对每台风机进行精确的建模。
    经对现有技术文献的检索发现，大规模风电并网的电力系统无功补偿研究（李亚明. 大规模风电并网的电力系统无功补偿研究[D]. 华北电力大学, 2012），分析了对静态电压稳定性分析方法、无功/电压常见控制措施进行研究,提出无功补偿策略；基于综合灵敏度的风电系统无功补偿研究（侯耀飞, 李广凯, 沈洁, 等. 基于综合灵敏度的风电系统无功补偿研究[J]. 电气时代, 2012 (9): 62-64）提出来电压/有功灵敏度指标,并综合考虑电压/无功灵敏度和电压/有功灵敏度指标进行无功补偿点的选择,并通过实际系统仿真验证了该方法的有效性，但是上述方法建模过程显得较为复杂和繁琐。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结合海上风电系统的运行特点，能够快速建模、且适用于海上风电场的无功补偿的适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为一种适应于无功补偿的海上风电系统建模方法，包括以下步骤：
步骤一，根据海上风电系统拓扑结构对风电场内的风电机组进行分组，每组包括至少一台风电机组；
步骤二，每组的多台风电机组成的支路成为风电机组的单链支路，等值容量为所有风电机组的容量之和，采用潮流计算的方法求出等值风电机组的总容量；
步骤三，对每组的多台风电机中的变压器进行等值分析，得到等效多机系统；
步骤四，对多组风电机组的集电系统进行等值分析，得到等效多链系统；
步骤五，根据步骤二、三、四得出的结果，建立适用于无功补偿的海上风电系统的仿真模型。
所述步骤二中，根据海上风电系统的典型拓扑，每列的多台风机组成的支路成为风电机组的单链支路，等值容量为每台风电机组的容量之和。对于整个风电场来说，可根据风电机组和机组变压器参数等因素把风电场等值为1台或多台风电机组，并在潮流计算时把每台等值机组作为PQ节点，则等值风电机组的容量为：
Figure 2014100835167100002DEST_PATH_IMAGE001
所述步骤三中，根据变压器的无功损耗计算公式如下：
Figure 810768DEST_PATH_IMAGE002
公式中，
Figure 695547DEST_PATH_IMAGE003
为空载时无功损耗，
Figure 523432DEST_PATH_IMAGE004
为额定负载时的有功损耗，
Figure 784649DEST_PATH_IMAGE005
为空载电流，
Figure 515845DEST_PATH_IMAGE006
为额定容量，
Figure 509209DEST_PATH_IMAGE007
 为变压器电抗。
从以上公式可以看出，无功损耗与系统的等效容量和通过的视在功率相关成正比，因此多个型号相同的变压器的无功损耗是关于视在功率的线性系统，满足叠加定理。
所述步骤四中，关于等效多链系统中集电系统等值分析的具体方案如下：
目前新建的海上风电场所选用的风电机组型号都一样，即单机容量和功率因数可调范围一致，同时海上风电场的集电系统中每条链路都是树状结构，对单链支路中的风机数分别为
Figure 325855DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 626649DEST_PATH_IMAGE009
，…，
Figure 150034DEST_PATH_IMAGE010
，等效多链系统中的单链支路数为
Figure 642195DEST_PATH_IMAGE011
进行等效系统的设计。
由于风机的型号都一样，当风机的输出视在功率一致时，可假设风机输出的有功功率为，无功功率为
Figure 283578DEST_PATH_IMAGE013
，在无功补偿设计时海上风电系统风机的输出功率都是一样的。由于风电场的输出可以看成是一个电流可控的恒压功率源，因此为了保证等效的准确性，则等效后的集电系统要保证与原系统的有功损耗和无功损耗相同。
对于单链支路中的电缆，其模型是长距离传输线模型，且电缆一般给出的参数包括单位长度电感、单位长度电容、单位长度电阻。根据长距离传输模型可知，电感和电阻是串联在传输线路中，而电容是并联在传输线路中。
由于海底电缆的线路上的电压
Figure 927049DEST_PATH_IMAGE014
基本上保持不变，根据以上可以计算
Figure 823067DEST_PATH_IMAGE015
条单链支路中的有功损耗和无功损耗等效值：
  
Figure 614306DEST_PATH_IMAGE016
令等效后的电缆长度为，等效后的电缆经过的有功功率为
Figure 253415DEST_PATH_IMAGE020
，无功功率为
Figure 87378DEST_PATH_IMAGE022
，根据等效前后的有功损耗和无功损耗相等，可得，等效单位电阻、等效单位电感、等效单位电容参数为：
Figure 601799DEST_PATH_IMAGE024
附图说明
图1为本发明中适用于无功补偿的海上风电系统建模方法流程图；
图2为本发明的典型海上风电场拓扑图；
图3为正常运行时，等效前后波形图；
图4为电网电压跌落为0.45时，等效前后波形图。
具体实施方式
参照图1、图2所示，本发明中适用于无功补偿的海上风电系统建模方法，其步骤是：海上风电场的等效容量分析；等效多机系统中变压器的等值分析；等效多链系统中集电系统等值分析；模型仿真。本专利所提建模方法中的海上风电场模型简单，并且能够适用于海上风电场的无功补偿方案设计的研究。最后通过PSCAD仿真分析，验证了模型建立的准确性。
其中，海上风电场的等效容量分析方案如下：对海上风电场的风电机组容量进行等效建模，求得等值风电机组的容量，形式如下：
Figure 484304DEST_PATH_IMAGE025
等效多机系统中变压器的等值分析方案为根据变压器无功损耗与等值风电机组容量成正比的关系，对每组多台风机进行等值分析。
等效多链系统中集电系统等值分析方案如下：
1)  计算
Figure 899105DEST_PATH_IMAGE015
条单链支路中的有功损耗和无功损耗等效值
Figure 903970DEST_PATH_IMAGE015
条单链支路中的有功损耗为
Figure 404221DEST_PATH_IMAGE026
Figure 824838DEST_PATH_IMAGE015
条单链支路中的感性无功损耗为
Figure 858260DEST_PATH_IMAGE027
Figure 34027DEST_PATH_IMAGE015
条单链支路中的容性无功损耗为
Figure 959257DEST_PATH_IMAGE028
2)  计算等效集电系统的电气参数
等效后的电缆长度为
Figure 245882DEST_PATH_IMAGE029
，等效后的电缆经过的有功功率为，无功功率为
Figure DEST_PATH_IMAGE031
，根据等效前后的有功损耗和无功损耗相等，可得，等效单位电阻、等效单位电感、等效单位电容参数为：
 
Figure DEST_PATH_IMAGE032
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
本发明的实例分析；
本发明在采用PSCAD软件为仿真工具，以广东省正设计的某海上风电场的相关参数为例，来验证设计的正确性。该海上风电场有33台风机，风机全都为双馈风机，其额定功率为3MW，风机的最小输出功率因数为0.95，系统具有4条支路，三条链路有8台风机，第四条链路有9台风机。海底电缆选用宁波东方集团，各电缆参数如下：
表1  某海上风电场集电系统的电缆选型表
Figure DEST_PATH_IMAGE033
在系统正常运行条件下，设定每台风机的输出有功功率从0逐渐增加到3MW，在0-5s时，功率因数为0.95；在5s-10s，功率因数为1，实际系统输出和等效系统输出的波形如图3所示，从图中可以看出，等效前后输出的有功功率和功率因数都能良好地吻合，证明了系统在正常的运行情况，能够满足要求。
在电网电压跌落到u%情况下，根据电缆的电流限制，输出的最大功率降为原来的u%，根据以上的分析，下面分析电网电压跌落到0.45的典型情况。实际系统的输出和等效系统的输出波形对比如图4所示，从图中可以看出，等效系统在电网电压跌落时，也能满足相关要求。

Claims (5)

1.一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法，包括以下步骤：
步骤一，根据海上风电系统拓扑结构对风电场内的风电机进行分组，每组包括至少一台风电机；
步骤二，每组的多台风电机组成的支路成为风电机组的单链支路，等值容量为所有风电机组的容量之和，采用潮流计算的方法求出等值风电机组的总容量；
步骤三，对每组的多台风电机中的变压器进行等值分析，得到等效多机系统；
步骤四，对多组风电机组的集电系统进行等值分析，得到等效多链系统；
步骤五，根据步骤二、三、四得出的结果，建立适用于无功补偿的海上风电系统的仿真模型。
2.根据权利要求1所述的一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法，其特征在于：所述的步骤二中，通过以下公式采用潮流计算求出等值风电机组的总容量：
Figure 294910DEST_PATH_IMAGE001
公式中，
Figure 179689DEST_PATH_IMAGE002
为等值风电机组的总容量；
Figure 259772DEST_PATH_IMAGE003
，为单机
Figure 501452DEST_PATH_IMAGE005
的有功功率和无功功率；
Figure 494816DEST_PATH_IMAGE006
表示单位虚数；
Figure 311462DEST_PATH_IMAGE007
表示一条链路的风机数；
Figure 127103DEST_PATH_IMAGE008
表示风电场的总链路数；
根据权利要求1所述的一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法，其特征在于：所述的步骤三中，根据变压器无功损耗与步骤二中得出的等效总容量相关成正比的关系，对每组多台风电机的变压器进行等值分析。
3.根据权利要求1所述的一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法，其特征在于：所述的步骤四中，根据风电场的输出为电流可控的恒压功率源，根据集电系统的功率损耗之和与步骤二中的等效输出有功功率和无功功率相同的原则，对多组风电机组的集电系统进行等值分析。
4.根据权利要求4所述的一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法，其特征在于：所述的集电系统包括m条单链支路，m条单链支路中的有功损耗和无功损耗等效值采用以下公式计算：
公式中，
Figure 877070DEST_PATH_IMAGE010
为集电系统的总损耗功率； 
Figure 430280DEST_PATH_IMAGE011
为集电系统的总损耗感性无功功率；
Figure 33299DEST_PATH_IMAGE012
为集电系统的总损耗容性无功功率；
Figure 411191DEST_PATH_IMAGE013
为单台风电机组输出的有功功率，
Figure 824986DEST_PATH_IMAGE014
为单台风电机组输出的无功功率；
Figure 350645DEST_PATH_IMAGE015
为集电系统的电压；为单链支路数的序号；
Figure 239022DEST_PATH_IMAGE017
为单链支路的最大值；
Figure 72986DEST_PATH_IMAGE006
为单链支路数的序号；
Figure 836673DEST_PATH_IMAGE018
为单链支路的风机数；
Figure 781496DEST_PATH_IMAGE019
为第
Figure 445564DEST_PATH_IMAGE016
条链路中的第
Figure 388112DEST_PATH_IMAGE006
条电缆上通过的功率是单台风机输出功率的倍数；
Figure 888364DEST_PATH_IMAGE020
、、
Figure 656917DEST_PATH_IMAGE022
为第
Figure 770366DEST_PATH_IMAGE016
条链路中的第
Figure 30619DEST_PATH_IMAGE006
条电缆的单位电阻、电感和电容值；
Figure 317244DEST_PATH_IMAGE023
为第条链路中的第
Figure 476141DEST_PATH_IMAGE006
条电缆的长度；
6.根据权利要求4所述的一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法，其特征在于：所述的风电机组的等效后电阻长度为
Figure 950984DEST_PATH_IMAGE024
，电缆经过的有功损耗和无功损耗分别为
Figure 290568DEST_PATH_IMAGE025
 和 
Figure 472150DEST_PATH_IMAGE026
。
5.根据权利要求4所述的一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法，其特征在于：所述的等效多链系统中集电系统的等效电阻、等效单位电感以及等效单位电容参数采用以下公式计算：
Figure 989719DEST_PATH_IMAGE027
    公式中，r为电阻， L为电感， C为电容。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104573221A (zh) * 2015-01-05 2015-04-29 国网宁夏电力公司电力科学研究院 风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法及装置
CN105243230A (zh) * 2015-11-02 2016-01-13 合肥工业大学 一种计及卸荷电路的直驱风电场的等值建模方法
CN105956230A (zh) * 2016-04-19 2016-09-21 杭州华三通信技术有限公司 一种电气参数补偿方法及装置
CN108345740A (zh) * 2018-02-08 2018-07-31 南京国电南自电网自动化有限公司 一种海上风电综合监控系统统一建模方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102012956B (zh) * 2010-11-30 2016-01-20 山东科技大学 一种考虑风电场输入风速和风向随机波动的风电场等值方法
CN103366064B (zh) * 2013-07-16 2016-01-06 国家电网公司 风电场动态模型参数测试方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104573221A (zh) * 2015-01-05 2015-04-29 国网宁夏电力公司电力科学研究院 风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法及装置
CN104573221B (zh) * 2015-01-05 2018-02-27 国网宁夏电力公司电力科学研究院 风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法及装置
CN105243230A (zh) * 2015-11-02 2016-01-13 合肥工业大学 一种计及卸荷电路的直驱风电场的等值建模方法
CN105243230B (zh) * 2015-11-02 2018-02-06 合肥工业大学 一种计及卸荷电路的直驱风电场的等值建模方法
CN105956230A (zh) * 2016-04-19 2016-09-21 杭州华三通信技术有限公司 一种电气参数补偿方法及装置
CN105956230B (zh) * 2016-04-19 2019-11-12 新华三技术有限公司 一种电气参数补偿方法及装置
CN108345740A (zh) * 2018-02-08 2018-07-31 南京国电南自电网自动化有限公司 一种海上风电综合监控系统统一建模方法

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