CN104538979B - 风电场动态无功补偿容量优化的仿真建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电场动态无功补偿容量优化的仿真建模方法，首先，建立风电场系统模型，风电场系统模型采用PSCAD软件；然后，在风电场现场主变压器高、低压侧，各集电线及选定风机设置测点，利用电能质量监测仪器实时记录风电场现场测点的电气变量数据，电气变量数据经转换成无功电流数据导入到PSCAD仿真环境的FileRead模块，输出分别控制风电场负荷等效无功电流源；其中，电气变量数据包括测点的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数；接着，通过修正风电场系统模型中的主变压器两侧的线路等效电感参数，使得风电场系统模型模型中的主变压器两侧的电压和风电场现场实际录波的数据相一致，以达到真实模拟风电场现场无功、电压变压的目的。

Description

风电场动态无功补偿容量优化的仿真建模方法

技术领域

本发明涉及风力发电邻域，更具体地说，是涉及一种风电场动态无功补偿容量优化的仿真建模方法。

背景技术

在风力发电的使用过程中，由于风速等环境因素影响，风电发电间歇性较为明显，风电场有功、无功功率及接入点电压均会不断变化，目前风电场大都采用就地进行动态无功补偿方式，以解决风电场无功功率波动带来的电能质量恶化影响。为基于风电场实际运行情况，评估风电场动态无功补偿容量，需进行风电场系统建模，然后综合模型的稳态与暂态仿真结果进行优化设计。

目前传统的风电场系统建模方法，均是在特定稳态工况下进行风电场内部风机、箱式变压器、电缆、主变压器等各个无功负荷的潮流计算与组合建模，通过改变各个无功负荷模型参数的方式，在一定程度上模拟反映风电场无功功率及电压变化，但是这种方法与现场实际无功及电压的稳态与暂态变化仍存在较大差别，难以全面展现风电场无功、电压变化规律。

对于优化分析风电场动态无功补偿容量，各个无功负荷自身的模型并非是最重要的，其对风电场接入点表现出的电气特性是最重要的，由于风电场对系统的外部总体特性可近似为电流源，因此，为克服目前传统风电场系统建模方法的弊端，本发明采用基于现场实际录波数据构建风电场无功负荷电流源模型的方法，并根据系统短路容量配置仿真模型电源负荷和短路阻抗，以模拟风电场无功功率、电压的变化，从而为风电场无功补偿容量的优化设计提供参考指导。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种风电场动态无功补偿容量优化的仿真建模方法。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种风电场动态无功补偿容量优化的仿真建模方法，该方法的具体步骤为：

A.建立与实际风电场现场相匹配的风电场系统模型，所述风电场系统模型采用PSCAD软件；

B.在风电场现场主变压器高、低压侧，各集电线及选定风机设置测点，利用电能质量监测仪器实时记录风电场现场测点的电气变量数据，所述电气变量数据经转换成无功电流数据导入到PSCAD仿真环境的FileRead模块，输出分别控制风电场负荷等效无功电流源；其中，

所述电气变量数据包括测点的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数；

C.通过修正风电场系统模型中的主变压器两侧的线路等效电感参数，使得风电场系统模型模型中的主变压器两侧的电压和风电场现场实际录波的数据相一致，以达到真实模拟风电场现场无功、电压变压的目的。

所述步骤B中的电气变量数据经转换成无功电流数据导入到PSCAD仿真环境的FileRead模块，输出分别控制风电场负荷等效无功电流源的具体步骤为：

1)在Matlab中通过textread命令读取各列数据；

2)通过str2num命令将字符型转换为数值型；

3)将取出的各列数据计算转换成无功电流数值，另存为PSCAD仿

真软件的txt格式数据；

4)录波数据导入，通过PSCAD的File Reader模块直接读取；

5)将录波的电流数据作为风电场系统仿真模型的无功负荷电流源。

还包括以下步骤：为进一步模拟复现风电场现场实际运行情况，在风电场系统模型中，根据系统短路容量配置仿真模型电源负荷和短路阻抗，依据仿真模型电压与现场实测录波电压有效值波动差异进行调整修正，获取与风电场实际运行情况最为接近的负荷和短路阻抗数值。

与现有技术相比，采用本发明的一种风电场动态无功补偿容量优化的仿真建模方法，风电场系统模型完全根据风电场现场实际运行数据建立，仿真结果与实际运行结果匹合度高，为进一步进行风电场动态无功补偿容量的优化设计奠定基础。

附图说明

图1是本发明的风电场系统模型的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示基于现场实际录波数据构建的风电场系统模型，模型中，E1为系统电源、L1，L2为模拟线路等效电感、T1为风电场主变压器、M1为主变压器低压侧有功与无功功率测量模块、Iabc，Uab，Ubc，Uca分别为主变压器低压侧相电流和线电压测量模块、B1～B3为线路分线器、I1，I2，I3为风电场系统等效负荷无功电流源、D1为风电场现场实测数据经转换后导入PSCAD仿真环境的无功电流数据文件，输出三相无功电流Ifa、Ifb、Ifc分别控制负荷电流源I1、I2、I3。

仿真环境采用PSCAD软件，主要包括系统电源、主变压器、集电线以及基于风电场现场实际录波数据构建的无功负荷电流源模型。

在风电场现场主变压器高、低压侧，各集电线及选定风机设置测点，利用电能质量监测仪器实时记录测点的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数等关键电气变量数据，这些现场实际无功、电压变化录波数据经相应的格式转换成无功电流数据导入到PSCAD仿真环境的FileRead模块，输出分别控制风电场负荷等效无功电流源，以达到模拟实际风电场无功、电压等动态变化的目的。

模型建立后，通过修正模型中线路等效电感L1，L2参数，以模型中主变压器两侧的电压和现场实际录波的数据是否接近一致作为修正目标，修正完成后的系统模型可以达到真实模拟风电场无功、电压变压的目的，进一步可以根据风电场接入点的补偿目标仿真和优化选型该风电场无功补偿设备容量。

模型中关键的基于风电场现场实际录波数据构建无功负荷电流源模型，实现步骤如下：

1)在Matlab中通过textread命令读取各列数据；

2)通过str2num命令将字符型转换为数值型；

3)将取出的各列数据计算转换成无功电流数值，另存为PSCAD仿真软件的txt格式数据；

4)录波数据导入，通过PSCAD的File Reader模块直接读取；

5)将录波的电流数据作为风电场系统仿真模型的无功负荷电流源；

6)为进一步模拟复现风电场实际运行情况，在基于风电场现场实际录波数据构建无功负荷电流源模型的基础上，根据系统短路容量配置仿真模型电源负荷和短路阻抗，可以依据仿真模型电压与现场实测录波电压有效值波动差异进行调整修正，获取与风电场实际运行情况最为接近的负荷和短路阻抗数值。

经过基于风电场现场实际录波数据的无功负荷电流源模型的构建，并根据系统短路容量调整修正仿真模型电源负荷和短路阻抗后，系统模型仿真效果为：

1)仿真数据与实测数据的电压有效值、电流有效值和波动程度吻合程度较好；

2)仿真数据与实测数据的电压波形和电流波形吻合程度较好；

3)仿真数据与实测数据的有功功率和无功功率吻合程度较好。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (2)

1.一种风电场动态无功补偿容量优化的仿真建模方法，其特征在于：

该方法的具体步骤为：

A.建立与实际风电场现场相匹配的风电场系统模型，所述风电场系统模型仿真环境采用PSCAD软件；

B.在风电场现场主变压器高、低压侧，各集电线及选定风机设置测点，利用电能质量监测仪器实时记录风电场现场测点的电气变量数据，所述电气变量数据经相应的格式转换成无功电流数据导入到PSCAD仿真环境的FileRead模块，输出三相无功电流分别控制风电场负荷等效无功电流源；其中，

所述电气变量数据包括测点的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数；

C.通过修正风电场系统模型中的主变压器两侧的线路等效电感参数，使得风电场系统模型中的主变压器两侧的电压和风电场现场实际录波的数据相一致，以达到真实模拟风电场现场无功、电压变化的目的；

为进一步模拟复现风电场现场实际运行情况，在风电场系统模型中，根据系统短路容量配置仿真模型电源负荷和短路阻抗，依据仿真模型电压与现场实测录波电压有效值波动差异进行调整修正，获取与风电场实际运行情况最为接近的电源负荷和短路阻抗数值。

2.根据权利要求1所述的仿真建模方法，其特征在于：

所述步骤B中的电气变量数据经相应的格式转换成无功电流数据导入到PSCAD仿真环境的FileRead模块，输出分别控制风电场负荷等效无功电流源的具体步骤为：

1)在Matlab中通过textread命令读取各列数据；

2)通过str2num命令将字符型转换为数值型；

3)将取出的各列数据计算转换成无功电流数值，另存为PSCAD仿真软件的txt格式数据；

4)录波数据导入，通过PSCAD的File Reader模块直接读取；

5)将录波的电流数据作为风电场系统模型的无功电流源的数据。