CN110138002B - 海上风电无功配置方法、装置、计算机设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种海上风电无功配置方法、装置、计算机设备和存储介质，其中海上风电无功配置方法，包括以下步骤：分别获取海上风电场的满发无功容量和空载无功容量；满发无功容量为海上风电场满发时的总无功容量绝对值的最大值；空载无功容量为海上风电场空载时的总无功容量绝对值的最大值；当空载无功容量大于满发无功容量时，根据空载无功容量、满发无功容量和海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量；根据并联电抗器容量和空载无功容量，确定SVG容量，以对海上风电场进行无功补偿。本申请能够提高并联电抗器无功补偿容量占无功补偿总容量的比例，并降低海上风电无功配置的成本。
Description
技术领域
本申请涉及海上风电技术领域，特别是涉及一种海上风电无功配置方法、装置、计算机设备和存储介质。
背景技术
随着海上风力发电技术的发展，海上风电产业链也逐步建设和发展起来。在海上风力发电的过程中，当海上升压站离岸10公里以上时，需要通过交流海缆接入电网，其中，交流电缆对地电容会随着电缆长度的增加而增加。
此外，由于海上风电场与电网电气连接紧密，任何一方的故障都会迅速波及另一方，可能会引起整个供电系统的电压大幅震荡、功角失稳以及风电场失速现象。因此，为提高风电系统的可靠性，需要对无功功率进行调节，以控制和改善风场电压。然而，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统的海上风电无功配置方法存在成本高的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低海上风电无功配置成本的海上风电无功配置方法、装置、计算机设备和存储介质。
为了实现上述目的，一方面，本申请实施例提供了一种海上风电无功配置方法，包括以下步骤：
分别获取海上风电场的满发无功容量和空载无功容量；满发无功容量为海上风电场满发时的总无功容量绝对值的最大值；空载无功容量为海上风电场空载时的总无功容量绝对值的最大值；
当空载无功容量大于满发无功容量时，根据空载无功容量、满发无功容量和海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量；
根据并联电抗器容量和空载无功容量，确定SVG容量，以对海上风电场进行无功补偿。
另一方面，本申请实施例提供了一种海上风电无功配置装置，装置包括：
无功容量获取模块，用于分别获取海上风电场的满发无功容量和空载无功容量；满发无功容量为海上风电场满发时的总无功容量绝对值的最大值；空载无功容量为海上风电场空载时的总无功容量绝对值的最大值；
并联电抗器容量确定模块，用于当空载无功容量大于满发无功容量时，根据空载无功容量、满发无功容量和海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量；
SVG容量确定模块，用于根据并联电抗器容量和空载无功容量，确定SVG容量。
一方面，本申请实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一实施例的海上风电无功配置方法的步骤。
另一方面，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例的海上风电无功配置方法的步骤。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
通过在空载无功容量大于满发无功容量时，分别根据空载无功容量、满发无功容量和海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量，从而能够根据无功补偿总容量确定并联电抗器用于无功补偿的容量，并根据海上风电场的并网点电压确定并联电抗器用于调整工频过电压的容量，进而提高并联电抗器无功补偿容量占无功补偿总容量的比例，并降低海上风电无功配置的成本；同时还确保海上风电场的工频过电压能够满足电力系统要求，提高电力系统的安全性和稳定性；通过根据并联电抗器容量和空载无功容量，确定SVG容量，以对海上风电场进行无功补偿，从而在保证SVG容量占无功补偿总容量的比例满足既定比例的同时，尽量降低其占比，进而实现降低海上风电无功配置的成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为一个实施例中海上风电无功配置方法的示意性流程示意图；
图2为一个实施例中海上风电场的主接线示意图；
图3为一个实施例中确定并联电抗器容量步骤的流程示意图；
图4为一个实施例中得到补偿容量步骤的流程示意图；
图5为一个实施例中确定SVG容量步骤的流程示意图；
图6为一个实施例中基于不同系统侧电压和风机出力条件下的无功需求示意图；
图7为一个实施例中基于不同220kV海缆长度和风机出力条件下的无功需求示意图；
图8为一个实施例中基于220kV海缆长度为30km的风电场工频过电压示意图；
图9为一个实施例中海上风电无功配置装置的示意性结构框图；
图10为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
随着海上风力发电技术的发展，海上风电产业链也逐步建设和发展起来。在海上风力发电的过程中，由于海上升压站离岸10公里以上，需要通过交流海缆接入电网时，当海缆长度增加时，海缆的对地电容会随着海缆长度的增加而增大。因此当电缆长度一定时必须对无功功率进行补偿。而无功功率可通过各种补偿装置进行调节，如可安装无功补偿装置，从而实现风场电压的控制和改善。为满足风电机组本身和电网对对并网风场的要求，必须采取措施改善并网风场的无功和电压状况。
风电场接入电网的无功调节原则可归结为：风电机组自身调节与电网补偿相结合，容性无功补偿与感性无功补偿配合应用，风电场必须在系统无扰动和系统有扰动两种条件下都具有无功和电压调节能力，具体地，可分为以下几点：
(1)风电场的无功容量应按照分(电压)层和分(电)区基本平衡的原则进行配置，并满足检修备用要求。
(2)风电场要充分利用风电机组的无功容量及其调节能力，当风电机组的无功容量不能满足系统电压调节需要时，应在风电场集中加装适当容量的无功补偿装置，且动态无功补偿装置的容量应不小于总补偿容量的50％。
(3)对于直接接入公共电网的风电场，其配置的容性无功容量能够补偿风电场满发时汇集线路、主变压器的感性无功及风电场送出线路的一半感性无功之和，其配置的感性无功容量能够补偿风电场送出线路的一半充电无功功率及风电场自身的容性无功功率。
(4)风电场应配置无功电压控制系统，具备无功功率及电压控制能力。可根据电力调度机构指令，风电场自动调节其发出(或吸收)的无功功率，实现对并网点电压的控制，且控制速度应能满足电网电压调节的要求。
(5)当公共电网电压处于正常范围内时，风电场应当能够控制风电场并网点电压在额定电压的97％到107％范围内。
(6)风电场变电站的主变压器应采用有载调压变压器，通过调整变电站主变压器分接头调整场内电压，确保场内风电机组正常运行。
(7)并入电网的发电机组应具备满负荷时功率因数在0.9(滞相)到0.97(进相)范围内运行的能力，新建机组应满足进相0.95运行的能力。同时，当并网点电压在额定电压的0.9到1.1倍(含边界值)时，风电机组能正常运行。
目前传统技术给出海上风电场的主接线方式和无功补偿配置原则。海上风电场的无功补偿装置，可设置在陆上，同时根据送出线路的电压等级与长度，结合海上风电场无功补偿及工频过电压需要，可安装高压并联电抗器组和动态无功补偿装置。进一步地，可通过传统技术对海上风电场无功补偿配置方法和海缆损耗，以及海缆损耗与风电场出力进行了分析，并根据海上风电场无功补偿配置方案，结合风机不同出力情况，分析了高压海底电缆与架空混合线路的工频过电压，但没有考虑到工频过电压的影响，同时也没有给出并联电抗器和动态无功补偿装置配置的最优结果。
同时，传统技术虽然对海缆无功补偿容量、分组方案和补偿效果进行了经济技术分析，通过以成本和网损费用最小为目标给出无功规划模型，并分析了双馈风力发电机组作为连续无功源参与风电场无功补偿，实现在保证风电场内部节点电压质量的前提下获得风电场内部网损最小的结果，但是没有针对海上风电场的主接线和工频过电压进行优化分析，以及没有给出是否满足工频过电压的分析。
因此，通过传统技术进行海上风电无功配置，存在成本高，以及没有考虑工频过电压条件下，给出并联电抗器和无功补偿装置的配置优化的问题。本申请可通过根据无功补偿总容量确定并联电抗器用于无功补偿的容量，并根据海上风电场的并网点电压确定并联电抗器用于调整工频过电压的容量，进而提高并联电抗器无功补偿容量占无功补偿总容量的比例，并降低海上风电无功配置的成本。
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种海上风电无功配置方法，包括以下步骤：
步骤S102，分别获取海上风电场的满发无功容量和空载无功容量；满发无功容量为海上风电场满发时的总无功容量绝对值的最大值；空载无功容量为海上风电场空载时的总无功容量绝对值的最大值。
其中，当公共电网电压处于正常范围内时，海上风电场能够控制海上风电场的并网点电压在额定电压的97％到107％的范围内，在并网点电压处于上述范围时，分别获取各并网点电压对应的海上风电场满发时的总无功容量，以及海上风电场空载时的总无功容量，并分别对满发时的总无功容量和空载时的总无功容量取绝对值，则满发无功容量为满发时总无功容量绝对值的最大值，空载无功容量为空载时总无功容量绝对值的最大值。
具体地，海上风电场的主接线示意图可如图2所示，目前海上风电机组通过采用了交直交的变频技术，从而可在全部有功功率范围内，按有功功率的60％大小，在送出和吸收无功之间进行无功调节，若并网电压较高、直流母线电压较低，则一般可按照不低于有功功率的40％进行调节。例如一台3000kW(千瓦)的风机全功率变频器，在送出有功功率范围为0kW到3000kW时，无功功率可以在-1800kVar(千乏)到+1800kVar范围内进行调节，当并网电压较高且直流母线电压较低时，无功功率可以在-1200kVar到+1200kVar范围内进行调节。再如当海上风电机组的额定功率为5.5MW(兆瓦)，功率因素为容性0.95到感性0.95时，其无功调节能力为：-1.8kVar到+1.8kVar。
理论上吸收无功仅受制于额定运行电流和电网电压，送出无功还要受制于直流母线电压大小，但由于海上风电机组的无功分配策略尚未明确，本申请暂不考虑风电机组的无功调节能力，通过SVG(Static Var Generator，静止型动态无功发生器)和并联电抗器进行无功调节。进一步地，并联电抗器和SVG可统一布置在陆上集控中心。
而获取海上风电场的总无功容量可通过分别获取变压器的无功损耗和海缆及架空线路的无功损耗得到。其中，获取变压器的无功损耗可通过下例进行说明：当海上风电机组的箱变的额定容量SN＝6.1MVA(兆伏安)、额定电压UN＝35kV(千伏)、阻抗电压Uk＝8％、空载电流I0＝0.5％、短路损耗Pk＝45kW以及空载损耗P0＝9.9kW时，额定工况下一台箱变有功功率损耗ΔPT＝Pk；额定工况下一台箱变无功功率损耗
其中，SN为额定容量，UN为额定电压，XT为变压器绕组等效漏抗，BT为变压器等效电纳；空载工况下变压器有功功率损耗ΔPT＝P0；空载工况下变压器无功功率损耗ΔQT＝UN 2×BT，其中，UN为额定电压。同理，可获取到海上升压站主变压器的无功容量。
获取海缆及架空线路的无功损耗可通过下例进行说明：海上风电场35kV海缆的长度为l km，额定电压UN＝35kV，基准电容SB＝100MVA，同一回支路的海缆根数为n，海缆的单位电阻(Ω/km，欧姆每千米)为r，海缆的单位电感(mH/km，微亨每千米)为L，海缆的单位电容(μF/km，微法每千米)为C。当S2为运行时的容量(MVA)，U2为运行时的电压(kV)，则额定工况下海缆有功功率损耗(MW)为
其中，R为海缆等值电阻；额定工况下海缆无功功率损耗(MVA)为
其中，Xl为海缆等值电抗，Yl为海缆等值导纳；空载工况下海缆有功功率损耗(MW)为0；空载工况下海缆无功功率损耗(MVA)为ΔQL＝-U2 2×Yl。同理，可获取到220kV海缆和220kV架空线路的无功损耗。
当海上风电场的并网点电压在额定电压的97％到107％的范围内，分别获取各并网点电压对应的海上风电场满发时的总无功容量，以及海上风电场空载时的总无功容量，且满发无功容量为满发时总无功容量绝对值的最大值，空载无功容量为空载时总无功容量绝对值的最大值。
步骤S104，当空载无功容量大于满发无功容量时，根据空载无功容量、满发无功容量和海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量。
其中，并联电抗器容量可包括并联电抗器无功补偿容量和并联电抗器电压调节容量；并联电抗器无功补偿容量为并联电抗器用于无功补偿的容量；并联电抗器电压调节容量为并联电抗器用于调节并网点电压的容量。
具体地，当空载无功容量大于满发无功容量时，风电场的无功补偿采用SVG和并联电抗器进行组合补偿，并可确认无功补偿总容量为空载无功容量，本申请可根据空载无功容量和满发无功容量，确定并联电抗器无功补偿容量。进一步地，可通过对空载无功容量与满发无功容量进行计算得到，如将空载无功容量与满发无功容量代入预设计算公式，得到计算结果，并将并联电抗器无功补偿容量的值确认为计算结果，同时，并联电抗器无功补偿容量的绝对值可小于或等于补偿容量预设阈值，如补偿容量预设阈值可为无功补偿总容量的一半。
当确定并联电抗器无功补偿容量时，可根据海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器电压调节容量。当并网点电压大于电压预设阈值时，调整并联电抗器电压调节容量，例如可对并联电抗器电压调节容量进行上调或下调，使得并网点电压可小于或等于电压预设阈值。此时，并联电抗器容量可以为并联电抗器无功补偿容量和并联电抗器电压调节容量之和。进一步地，SVG容量可大于或等于无功补偿总容量的50％，并联电抗器无功补偿容量可小于或等于功补偿总容量的50％。
需要说明的是，确定并联电抗器无功补偿容量以及并联电抗器电压调节容量的执行顺序并不只限于上述次序，还可在先确定并联电抗器电压调节容量，再确定并联电抗器的无功补偿容量，或同时确定并联电抗器电压调节容量和并联电抗器的无功补偿容量。同时，并联电抗器容量还可包括并联电抗器作用于其他方面的容量，此时，可根据实际情况以及设计需求，确定并联电抗器容量。
步骤S106，根据并联电抗器容量和空载无功容量，确定SVG容量，以对海上风电场进行无功补偿。
其中，SVG容量为SVG的容量，可包括SVG用于无功补偿的无功补偿容量。
具体地，本申请可根据并联电抗器容量和空载无功容量，确定SVG容量，如可通过对并联电抗器容量与空载无功容量进行计算得到，将并联电抗器容量与空载无功容量代入预设计算公式，得到计算结果，并将SVG容量的值确认为计算结果，从而可在保证SVG容量占无功补偿总容量的比例满足既定比例的同时，尽量降低其占比，进而实现降低海上风电无功配置的成本。
在其中一个实施例中，如图3所示，根据空载无功容量、满发无功容量和海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量的步骤包括：
步骤S302，根据空载无功容量和满发无功容量，得到补偿容量。
具体地，本申请可根据空载无功容量和满发无功容量，确定补偿容量，例如可通过对空载无功容量与满发无功容量进行计算得到，如将空载无功容量与满发无功容量代入预设计算公式，得到计算结果，并将计算结果确认为补偿容量的值，从而可使得补偿容量占无功补偿总容量的比例满足既定比例。
步骤S304，测量并网点电压，得到工频过电压。
其中，工频过电压可包括空载过电压、甩负荷过电压和单相接地故障过电压三种工况。
具体地，工频过电压的基准电压1.0p.u.(标幺值)应为
Um为额定交流电压的最大值，针对220kV海缆以及220kV架空线路的工频过电压进行分析时，对于220kV电压等级Um取其标准值230kV，其工频过电压不应大于1.3p.u.。
对于空载过电压，当系统电源漏抗为Xs，220kV线路每单位长度正序电感和电容分别为L0、C0，线路长度为l时，波阻
相位系数
其中，ω为交流电流的角速度，f为交流电流的频率。则220kV线路末端的空载过电压为：
其中，α为相位系数，l为线路长度，Xs为系统电源漏抗，ZC为波阻。
对于甩负荷过电压，当220kV线路长度为l，相位系数为α，系统电源漏抗为Xs，波阻为ZC，线路末端电压为U2，甩负荷前的有功功率和无功功率分别为P和Q时，甩负荷后，系统频率的升高倍数为St，即系统频率f增至原来的St倍。令
其中，Pλ为每相传输的自然功率，且
则220kV线路末端的甩负荷过电压为：
对于单相故障过电压，不对称短路是输电线路中最常见的故障形式，在单相或两相不对称对地短路时，非故障相的电压一般而言将会升高，其中单相接地时非故障相的电压可达较高的数值。在一些情况下，两相短路接地也会出现较高的工频电压。
步骤S306，当工频过电压小于或等于预设阈值时，将补偿容量确认为并联电抗器容量。
其中，预设阈值可以为1.3p.u.。
具体地，当工频过电压小于或等于预设阈值时，可确认工频过电压满足要求，则将补偿容量确认为并联电抗器容量，即并联电抗器容量的值可为补偿容量。
步骤S308，当工频过电压大于预设阈值时，调整补偿容量、直至工频过电压小于或等于预设阈值，并将调整后的补偿容量确认为并联电抗器容量。
具体地，当工频过电压大于预设阈值时，确认工频过电压不满足要求，需要调整补偿容量，使得工频过电压可以小于或等于预设阈值，并将调整后的补偿容量确认为并联电抗器容量，即并联电抗器容量的值可为调整后的补偿容量。
进一步地，还可根据以下步骤确认并联电抗器的容量：，根据空载无功容量和满发无功容量，得到补偿容量；将补偿容量确认为并联电抗器容量；在加装容量为并联电抗器容量的并联电抗器时，对工频过电压进行校核，即判断电力系统能否满足工频过电压(空载过电压、甩负荷过电压和单相接地故障过电压)的最低要求(可为1.3p.u.)；当电力系统不满足工频过电压的最低要求时，调整并联电抗器的容量、直至工频过电压小于或等于预设阈值，从而确定满足无功补偿及过电压要求条件下的并联电抗器容量(并联电抗器容量为本例所述的并联电抗器的容量)。
在其中一个实施例中，如图4所示，根据空载无功容量和满发无功容量，得到补偿容量的步骤包括：
步骤S402，将空载无功容量与满发无功容量的第一差值、和空载无功容量与预设系数的乘积进行比较。
具体地，将空载无功容量作为被减数，满发无功容量确认为减数，从而得到第一差值。通过将空载无功容量与预设系数进行相乘得到乘积，并将第一差值与乘积进行比较，从而可确定并联电抗器无功补偿容量的最大值。
步骤S404，当第一差值小于乘积时，对第一差值进行取整，将取整后的第一差值确认为补偿容量。
具体地，当第一差值小于乘积时，对第一差值进行四舍五入取整，将取整后的第一差值确认为补偿容量。
步骤S406，当第一差值大于乘积时，对乘积进行取整，将取整后的乘积确认为补偿容量。
具体地，当第一差值大于乘积时，对乘积进行四舍五入取整，将取整后的乘积确认为补偿容量。进一步地，当第一差值等于乘积时，可将第一差值确认为补偿容量，或将乘积确认为补偿容量。
优选地，步骤402至步骤406可如下式所示：
其中，S补为补偿容量，[]为取整，|S空,max|为空载无功容量，|S满,max|为满发无功容量。
例如，当第一差值为2.03，乘积为18.875时，可确认第一差值小于乘积，则对第一差值进行取整，进行四舍五入取整时，取整结果为2，将2确认为补偿容量；当乘积为18.875，第一差值为20时，可对乘积进行取整，进行四舍五入取整时，取整结果为19，并将19确认为补偿容量。需要说明的是，还可通过其他取整方法进行取整，如向上取整、向下取整等。
本申请通过对第一差值和乘积进行比较，并在第一差值小于乘积时，根据第一差值确认补偿容量；在第一差值大于乘积时，根据乘积确认补偿容量，从而使得一方面，并联电抗器无功补偿容量占无功补偿总容量的比例满足既定比例，另一方面，又能尽可能提高并联电抗器无功补偿容量容量，进而能够降低海上风电无功配置的成本。
在其中一个实施例中，还包括步骤：
将并联电抗器的容量设为并联电抗器容量；并联电抗器设于海上风电场的并网点。
在其中一个实施例中，如图5所示，根据并联电抗器容量和空载无功容量，确定SVG容量的步骤包括：
步骤S502，分别获取空载无功容量与并联电抗器容量的第二差值，以及空载无功容量与预设系数的乘积。
具体地，将空载无功容量作为被减数，并联电抗器容量确认为减数，从而得到第二差值，同时将空载无功容量与预设系数进行相乘得到乘积，并将第二差值与乘积进行比较。
步骤S504，当第二差值小于乘积时，将乘积确认为SVG容量。
步骤S506，当第二差值大于或等于乘积时，将第二差值确认为SVG容量。
具体地，当第二差值大于乘积时，则将第二差值确认为SVG容量。进一步地，当第二差值等于乘积时，可将第二差值确认为SVG容量，或将乘积确认为SVG容量。进一步地，步骤502至步骤506优选地，可如下式所示：
其中，SSVG为SVG容量，S电抗为并联电抗器容量，|S空,max|为空载无功容量。
在其中一个实施例中，还包括步骤：
当空载无功容量小于满发无功容量时，将满发无功容量确认为SVG容量，以对海上风电场进行无功补偿。
具体地，当空载无功容量小于满发无功容量时，可采用SVG进行海上风电场的无功补偿。进一步地，SVG容量可为SSVG＝S满,max，其中，S满,max为满发无功容量。
在其中一个实施例中，还包括步骤：
测量并网点电压，得到工频过电压。
具体地，工频过电压可包括空载过电压、甩负荷过电压和单相接地故障过电压，通过测量并网点电压可得到工频过电压。
当工频过电压大于预设阈值时，调整并联电抗器容量、直至工频过电压小于或等于预设阈值。
具体地，判断风电场是否满足工频过电压要求。若不满足，则需配置并联电抗器用于降低工频过电压，且并联电抗器容量需能满足工频过电压的最低需求，即工频过电压大于预设阈值时，需要调整并联电抗器容量、直至工频过电压小于或等于预设阈值。
为进一步说明本申请的方案，下面通过具体的示例进行说明。对于某200MW海上风电场工程，拟布置36台5.5MW的风电机组。风机出口电压为0.69kV，风电场采用两级升压方式，每台风机配套一组箱式变压器，箱式变压器将风机出口电压升高至35kV，采用4到5台风电机为一个联合单元的接线方式，再通过8回35kV集电海缆接入220kV海上升压站。海上升压站采用2台110MVA的变压器，并采用“2进1出”单母线接线，升压至220kV后通过1回14.9km的220kV三芯海底电缆接入陆上集控中心，再由33km的220kV架空线路并入220kV系统的对侧变电站。在获取风电场送出线路的无功功率后，可确定风电场的满发无功容量和风电场的空载无功容量分别如表1所示。
表1风电场在不同工况下输出的无功功率
其中，“-”表示发出无功，“+”表示吸收无功。
因此，由表1可得：当风电场空载时，风电场侧从电网发出约31.02Mvar到37.75Mvar的无功功率；当风电场满载时，风电场侧从电网吸收约19.38Mvar到35.72Mvar的无功功率；由于风电场空载时的最大总无功容量绝对值37.75Mvar大于风电场满发时的最大总无功容量绝对值35.72Mvar，可采用并联电抗器加SVG组合的方式进行无功补偿。则补偿容量为：
如图6所示，若系统侧电压为[0.97，1.07]p.u.的区间，当系统侧电压降低和风机出力增加，风电场发出的感性无功增大，容性无功需求最大值为35.72Mvar；当系统侧电压升高和风机出力减少，风电场发出的容性无功增大，感性无功需求最大值为-37.75Mvar。
如图7所示，若海底电缆长度为[10，40]km的区间，当220kV海缆长度的减少和风机出力增加，风电场发出的感性无功增大，容性无功需求最大值为39.55Mvar；当220kV海缆长度增加和风机出力减少，风电场发出的容性无功增大，感性无功需求最大值为-80.36Mvar。
一般情况下，系统侧电压升高、220kV海缆长度增加和风机出力减少时，海上风电场的容性无功会增加。当220kV海缆长度增加时，海上风电场的空载过电压、甩负荷过电压和单相接地故障过电压会增加。
此时，空载过电压分析可如表2所示，当220kV海缆长度增加，海上风电场的空载过电压会随之增加。但是在220kV海缆长度在20km以内，空载过电压可满足要求。
表2基于未配置并联电抗器条件下的空载过电压分析
其中，风机出力为1.0p.u.。
甩负荷过电压可如表3所示，当220kV海缆长度增加，海上风电场的甩负荷过电压会随之增加。但是在220kV海缆长度在20km以内，甩负荷过电压可满足要求。
表3基于未配置并联电抗器条件下的甩负荷过电压分析
其中，风机出力为1.0p.u.。
单相接地故障过电压可如表4所示，当220kV海缆长度增加，海上风电场的单相接地故障过电压会随之增加。但是220kV海缆长度在20km以内，能满足单相接地故障过电压的要求。
表4基于未配置并联电抗器条件下的单相接地故障过电压分析
其中，风机出力为1.0p.u.。
因此，当未配置并联抗器时，风电场的工频过电压均可满足要求。配置并联电抗器后，会有利于工频过电压的降低。可将并联电抗器容量确认为2Mvar，SVG容量为36Mvar。
由于220kV海缆长度与无功配置及工频过电压密切相关，可通过以220kV海缆长度的一倍(即30km)进行灵敏度分析。此时，风电场的满发无功容量和风电场的空载无功容量分别如表5所示。
表5基于220kV海缆长度为30km的风电场无功功率
其中，“-”表示发出无功，“+”表示吸收无功。
由表5可得，当风电场空载时，风电场侧从电网发出约57.82Mvar到70.35Mvar的无功功率；当风电场满载时，风电场侧从电网吸收约-12.61Mvar到9.78Mvar的无功功率；由于风电场空载时的最大总无功容量绝对值70.35Mvar大于风电场满发时的最大总无功容量绝对值12.61Mvar，可采用并联电抗器加SVG组合的方式进行无功补偿。则补偿容量为：
同时，基于不同并联电抗器容量配置下的空载过电压、甩负荷过电压、单相接地故障过电压结果如图8所示，即未配置并联抗器时，风电场的工频过电压均可满足要求。因此，并联电抗器容量可为35Mvar。在配置35Mvar的并联电抗器情况下，可满足系统工频过电压的要求SVG容量可为36Mvar。
本申请满足无功补偿及工频过电压要求的情况下，给出并联电抗器和动态无功补偿装置SVG的海上风电无功配置方法，并对海上风电场的并联电抗器和动态无功补偿装置SVG进行了优化，从而可降低海上风电无功配置的成本，并可提高实用性以及可靠性。
应该理解的是，虽然图1-5的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1-5中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
上述海上风电无功配置方法中，通过在空载无功容量大于满发无功容量时，分别根据空载无功容量、满发无功容量和海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量，从而能够根据无功补偿总容量确定并联电抗器用于无功补偿的容量，并根据海上风电场的并网点电压确定并联电抗器用于调整工频过电压的容量，进而提高并联电抗器无功补偿容量占无功补偿总容量的比例，并降低海上风电无功配置的成本；同时还确保海上风电场的工频过电压能够满足电力系统要求，提高电力系统的安全性和稳定性；通过根据并联电抗器容量和空载无功容量，确定SVG容量，以对海上风电场进行无功补偿，从而在保证SVG容量占无功补偿总容量的比例满足既定比例的同时，尽量降低其占比，进而实现降低海上风电无功配置的成本。
在一个实施例中，如图9所示，提供了一种海上风电无功配置装置，包括：无功容量获取模块、第一并联电抗器容量确定模块和第一SVG容量确定模块，其中：
无功容量获取模块610，用于分别获取海上风电场的满发无功容量和空载无功容量；满发无功容量为海上风电场满发时的总无功容量绝对值的最大值；空载无功容量为海上风电场空载时的总无功容量绝对值的最大值；
第一并联电抗器容量确定模块620，用于当空载无功容量大于满发无功容量时，根据空载无功容量、满发无功容量和海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量；
第一SVG容量确定模块630，用于根据并联电抗器容量和空载无功容量，确定SVG容量。
在其中一个实施例中，第一并联电抗器容量确定模块还包括：
补偿容量获取单元，用于根据空载无功容量和满发无功容量，得到补偿容量；
第一工频过电压获取单元，用于测量并网点电压，得到工频过电压；
并联电抗器容量获取单元，用于当工频过电压小于或等于预设阈值时，将补偿容量确认为并联电抗器容量；以及当工频过电压大于预设阈值时，调整补偿容量、直至工频过电压小于或等于预设阈值，并将调整后的补偿容量确认为并联电抗器容量。
在其中一个实施例中，补偿容量获取单元包括：
比较单元，用于将空载无功容量与满发无功容量的第一差值、和空载无功容量与预设系数的乘积进行比较；
补偿容量确认单元，用于当第一差值小于乘积时，对第一差值进行取整，将取整后的第一差值确认为补偿容量；以及当第一差值大于乘积时，对乘积进行取整，将取整后的乘积确认为补偿容量。
在其中一个实施例中，第一SVG容量确定模块包括：
比较项获取单元，用于分别获取空载无功容量与并联电抗器容量的第二差值，以及空载无功容量与预设系数的乘积；
SVG容量获取单元，用于当第二差值小于乘积时，将乘积确认为SVG容量；以及当第二差值大于或等于乘积时，将第二差值确认为SVG容量。
在其中一个实施例中，还包括：
第二SVG容量确认模块，用于当空载无功容量小于满发无功容量时，将满发无功容量确认为SVG容量，以对海上风电场进行无功补偿。
在其中一个实施例中，还包括：
第二工频过电压获取模块，用于测量并网点电压，得到工频过电压；
第二并联电抗器容量确认模块，用于当工频过电压大于预设阈值时，调整并联电抗器容量、直至工频过电压小于或等于预设阈值。
关于海上风电无功配置装置的具体限定可以参见上文中对于海上风电无功配置方法的限定，在此不再赘述。上述海上风电无功配置装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储满发无功容量、空载无功容量、并联电抗器容量和SVG容量等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种海上风电无功配置方法。
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现任一实施例所述的海上风电无功配置方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的海上风电无功配置方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种海上风电无功配置方法，其特征在于，包括以下步骤：
分别获取海上风电场的满发无功容量和空载无功容量；所述满发无功容量为所述海上风电场满发时的总无功容量绝对值的最大值；所述空载无功容量为所述海上风电场空载时的总无功容量绝对值的最大值；
当所述空载无功容量大于所述满发无功容量时，根据所述空载无功容量、所述满发无功容量和所述海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量；
根据所述并联电抗器容量和所述空载无功容量，确定SVG容量，以对所述海上风电场进行无功补偿；所述SVG容量包括SVG用于无功补偿的无功补偿容量；
其中，根据所述空载无功容量、所述满发无功容量和所述海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量的步骤包括：
根据所述空载无功容量和所述满发无功容量，得到补偿容量；
测量所述并网点电压，得到工频过电压；
当所述工频过电压小于或等于预设阈值时，将所述补偿容量确认为所述并联电抗器容量；
当所述工频过电压大于所述预设阈值时，调整所述补偿容量、直至所述工频过电压小于或等于所述预设阈值，并将调整后的所述补偿容量确认为所述并联电抗器容量；
根据所述空载无功容量和所述满发无功容量，得到补偿容量的步骤包括：
将所述空载无功容量与所述满发无功容量的第一差值、和所述空载无功容量与预设系数的乘积进行比较；
当所述第一差值小于所述乘积时，对所述第一差值进行取整，将取整后的所述第一差值确认为所述补偿容量；
当所述第一差值大于所述乘积时，对所述乘积进行取整，将取整后的所述乘积确认为所述补偿容量。
2.根据权利要求1所述的海上风电无功配置方法，其特征在于，还包括步骤：
将并联电抗器的容量设为所述并联电抗器容量；所述并联电抗器设于所述海上风电场的并网点。
3.根据权利要求1或2任一项所述的海上风电无功配置方法，其特征在于，根据所述并联电抗器容量和所述空载无功容量，确定SVG容量的步骤包括：
分别获取所述空载无功容量与所述并联电抗器容量的第二差值，以及所述空载无功容量与预设系数的乘积；
当所述第二差值小于所述乘积时，将所述乘积确认为所述SVG容量；
当所述第二差值大于或等于所述乘积时，将所述第二差值确认为所述SVG容量。
4.根据权利要求1所述的海上风电无功配置方法，其特征在于，还包括步骤：
当所述空载无功容量小于所述满发无功容量时，将所述满发无功容量确认为所述SVG容量，以对所述海上风电场进行无功补偿。
5.根据权利要求4所述的海上风电无功配置方法，其特征在于，还包括步骤：
测量所述并网点电压，得到工频过电压；
当所述工频过电压大于预设阈值时，调整所述并联电抗器容量、直至所述工频过电压小于或等于所述预设阈值。
6.一种海上风电无功配置装置，其特征在于，所述装置包括：
无功容量获取模块，用于分别获取海上风电场的满发无功容量和空载无功容量；所述满发无功容量为所述海上风电场满发时的总无功容量绝对值的最大值；所述空载无功容量为所述海上风电场空载时的总无功容量绝对值的最大值；
并联电抗器容量确定模块，用于当所述空载无功容量大于所述满发无功容量时，根据所述空载无功容量、所述满发无功容量和所述海上风电场的并网点电压，确定并联电抗器容量；
第一SVG容量确定模块，用于根据所述并联电抗器容量和所述空载无功容量，确定SVG容量；所述SVG容量包括SVG用于无功补偿的无功补偿容量；
其中，所述并联电抗器容量确定模块还包括：
补偿容量获取单元，用于根据空载无功容量和满发无功容量，得到补偿容量；
第一工频过电压获取单元，用于测量并网点电压，得到工频过电压；
并联电抗器容量获取单元，用于当工频过电压小于或等于预设阈值时，将补偿容量确认为并联电抗器容量；以及当工频过电压大于预设阈值时，调整补偿容量、直至工频过电压小于或等于预设阈值，并将调整后的补偿容量确认为并联电抗器容量；
所述补偿容量获取单元包括：
比较单元，用于将空载无功容量与满发无功容量的第一差值、和空载无功容量与预设系数的乘积进行比较；
补偿容量确认单元，用于当第一差值小于乘积时，对第一差值进行取整，将取整后的第一差值确认为补偿容量；以及当第一差值大于乘积时，对乘积进行取整，将取整后的乘积确认为补偿容量。
7.根据权利要求6所述的海上风电无功配置装置，其特征在于，第一SVG容量确定模块包括：
比较项获取单元，用于分别获取空载无功容量与并联电抗器容量的第二差值，以及空载无功容量与预设系数的乘积；
SVG容量获取单元，用于当第二差值小于乘积时，将乘积确认为SVG容量；以及当第二差值大于或等于乘积时，将第二差值确认为SVG容量。
8.根据权利要求6所述的海上风电无功配置装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二SVG容量确定模块，用于当空载无功容量小于满发无功容量时，将满发无功容量确认为SVG容量，以对海上风电场进行无功补偿。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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