專利名稱：一種含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功電壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場并網(wǎng)技術(shù)中的電壓協(xié)調(diào)控制方法，尤其是涉及一種含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功電壓控制方法。
背景技術(shù)：
近年來，風(fēng)力發(fā)電作為最具發(fā)展?jié)摿Φ目稍偕茉窗l(fā)電技術(shù)在我國得到了快速發(fā)展。由于風(fēng)能隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，大規(guī)模風(fēng)電場并網(wǎng)后對接入電網(wǎng)的安全運(yùn)行與經(jīng)濟(jì)調(diào)度產(chǎn)生一系列深遠(yuǎn)的影響。風(fēng)電場并網(wǎng)后的有功功率控制、無功電壓調(diào)節(jié)以及低電壓穿越等問題成為目前研究的熱點(diǎn)。其中，高風(fēng)電穿透功率下的無功電壓問題是目前風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行中最為突出的問題之一。
隨著電力電子技術(shù)的快速發(fā)展和在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上的應(yīng)用，變速恒頻風(fēng)電機(jī)組成為目前中國新建風(fēng)電場的主流機(jī)型。并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要包括恒速恒頻風(fēng)電機(jī)組(如鼠籠異步發(fā)電機(jī))和變速恒頻風(fēng)電機(jī)組(如雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)和直驅(qū)式永磁同步發(fā)電機(jī))兩種類型。變速恒頻風(fēng)電機(jī)組通 過四象限大功率電力電子變流器與電網(wǎng)連接，通過變流器的控制可實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制，具備動態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出的能力。
變速恒頻風(fēng)電機(jī)組主要有恒功率因數(shù)和恒電壓兩種控制方式。國內(nèi)風(fēng)電場普遍采用恒功率因數(shù)控制方式，該控制方式控制簡單，但無法解決風(fēng)速變化引起的風(fēng)電場母線和并網(wǎng)點(diǎn)電壓的波動問題。為解決風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓波動問題，通常采用在風(fēng)電場出口母線上安裝大容量的電容器組或SVC等無功補(bǔ)償裝置來調(diào)節(jié)并網(wǎng)點(diǎn)電壓。該方法不但沒有充分發(fā)揮變速恒頻風(fēng)電機(jī)組快速靈活的無功調(diào)節(jié)能力，而且還會因其高昂的配置費(fèi)用而大大增加風(fēng)電場建設(shè)成本。
為充分利用變速恒頻風(fēng)電機(jī)組自身靈活的無功調(diào)節(jié)能力，國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)提出了多種變速恒頻風(fēng)電場電壓控制方法，這些方法較好解決了風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的電壓波動問題，且具有調(diào)節(jié)范圍大且響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，但研究內(nèi)容主要集中在風(fēng)電場內(nèi)部無功電壓控制方面，沒有從接入電網(wǎng)的角度研究風(fēng)電場內(nèi)部無功電壓控制與接入電網(wǎng)中無功電壓控制手段間的協(xié)調(diào)控制問題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功電壓控制方法，解決傳統(tǒng)配電網(wǎng)無功調(diào)壓手段調(diào)節(jié)離散化、調(diào)節(jié)速度慢、難以實(shí)現(xiàn)電壓連續(xù)調(diào)節(jié)的問題，提高風(fēng)電場接入地區(qū)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定水平，同時降低了成本。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
一種含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功電壓控制方法，所述的風(fēng)電場包括多臺風(fēng)電機(jī)組，該控制方法包括以下步驟:
I)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組定子繞組最大電流Is, _和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器最大電流Ik, _計算風(fēng)電機(jī)組無功輸出調(diào)節(jié)范圍；
2)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速-功率曲線計算t時段風(fēng)電場預(yù)測平均輸出有功功率Pwpt,根據(jù)設(shè)定的風(fēng)電場短期風(fēng)速預(yù)測誤差計算風(fēng)電場有功功率最大變化量APwmax，并計算風(fēng)電場t時段實(shí)際輸出最大有功功率PWFt,_和最小有功功率Pwtiniin:
Pm, max = min {P WFrate，^WFt + A fVmax}⑴
PwFt,min — PwFt_ ^ PwFmax⑵
式中，Pwtote為風(fēng)電場額定輸出功率；
3)基于風(fēng)電機(jī)組無功輸出的調(diào)節(jié)范圍，計算與PWFt，max、PWFt，min相對應(yīng)的無功功率QwFt 、QwFt ;
4)以可調(diào)變壓器分接頭位置Tap、并聯(lián)電容器組數(shù)S。和風(fēng)電場無功輸出Qwf為控制變量X，即X= [TfSyQwp],建立以接入配電網(wǎng)有功網(wǎng)損與節(jié)點(diǎn)電壓偏差和最小的含變速恒頻風(fēng)電場配電網(wǎng)的無功目標(biāo)函數(shù):
權(quán)利要求
1.一種含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功電壓控制方法，所述的風(fēng)電場包括多臺風(fēng)電機(jī)組，其特征在于，該控制方法包括以下步驟: 1)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組定子繞組最大電流Is,_和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器最大電流Ik, _計算風(fēng)電機(jī)組無功輸出調(diào)節(jié)范圍； 2)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)速-功率曲線計算t時段風(fēng)電場預(yù)測平均輸出有功功率Pwpt，根據(jù)設(shè)定的風(fēng)電場短期風(fēng)速預(yù)測誤差計算風(fēng)電場有功功率最大變化量APwmax，并計算風(fēng)電場t時段實(shí)際輸出最大有功功率Pwptiniax和最小有功功率Pwptilllin: ^WFt, max Π1 Π {PwFrate PwFt+八 PwFmaxl(丄) PWFt, min — PwFt_ A PwFmax(2) 式中，p—為風(fēng)電場額定輸出功率； 3)基于風(fēng)電機(jī)組無功輸出的調(diào)節(jié)范圍，計算與Pwpt,max、Pm,min相對應(yīng)的無功功率Qwpt"、QwFt ； 4)以可調(diào)變壓器分接頭位置Tap、并聯(lián)電容器組數(shù)S。和風(fēng)電場無功輸出Qwf為控制變量X，即X = [TfSyQwp],建立以接入配電網(wǎng)有功網(wǎng)損與節(jié)點(diǎn)電壓偏差和最小的含變速恒頻風(fēng)電場配電網(wǎng)的無功目標(biāo)函數(shù):
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功電壓控制方法，其特征在于，所述的步驟I)具體為: 11)將風(fēng)電機(jī)組定子繞組最大電流Is,_和轉(zhuǎn)子側(cè)變流器最大電流Ik,_分別代入式(4)和式(5)獲得風(fēng)電機(jī)組P-Q曲線:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功電壓控制方法，其特征在于，所述的步驟5)中無功優(yōu)化約束條件包括: a)系統(tǒng)潮流方程滿足等式(7)和(8)的約束條件:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功電壓控制方法，其特征在于，所述的步驟6)中基于粒子群優(yōu)化算法的含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功優(yōu)化計算具體為: 61)設(shè)定粒子群優(yōu)化算法的參數(shù)，包括粒子群規(guī)模η、慣性權(quán)重系數(shù)ω、加速系數(shù)c、最大迭代次數(shù)t、速度變化范圍[Vmax，Vmin]，對控制變量X = [Tap, S。，Qwf]進(jìn)行編碼； 62)隨機(jī)初始化粒子群，得到η個初始粒子，根據(jù)初始粒子值進(jìn)行潮流計算，求得第i個粒子的適應(yīng)度值Htnessi = f (Xi),設(shè)定每個粒子的當(dāng)前位置作為粒子當(dāng)前最優(yōu)解pBesti=fitness” gBest = min (fitness)為群體當(dāng)前最優(yōu)解； 63)對每個粒子進(jìn)行速度和位置更新，每次更新后，檢查速度是否超出最大值Vmax或最小值Vmin，若是，則將速度限制為對應(yīng)的極值； 64)根據(jù)更新后的粒子值進(jìn)行潮流計算，計算粒子更新后的適應(yīng)度值fitneSSi=f(Xi);如果粒子i的適應(yīng)度值優(yōu)于粒子當(dāng)前最優(yōu)解pBesti，則將其值設(shè)為pBesti ;如果最佳的pBesti優(yōu)于群體當(dāng)前最優(yōu)解gBest,則將其值設(shè)為gBest ； 65)判斷是否達(dá)到 最大迭代次數(shù)，若是，則停止計算，若否，則返回步驟63)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功電壓控制方法，包括以下步驟1)計算風(fēng)電機(jī)組無功輸出調(diào)節(jié)范圍；2)計算風(fēng)電場t時段實(shí)際輸出最大有功功率PWFt，max和最小有功功率PWFt，min；3)基于風(fēng)電機(jī)組無功輸出的調(diào)節(jié)范圍，計算與PWFt，max、PWFt，min相對應(yīng)的無功功率QWFt″、QWFt′；4)建立以接入配電網(wǎng)有功網(wǎng)損與節(jié)點(diǎn)電壓偏差和最小的含變速恒頻風(fēng)電場配電網(wǎng)的無功目標(biāo)函數(shù)；5)設(shè)置配電網(wǎng)無功優(yōu)化約束條件；6)執(zhí)行基于粒子群優(yōu)化算法的含變速恒頻風(fēng)電場的配電網(wǎng)無功優(yōu)化計算，并輸出風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓和無功優(yōu)化結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了傳統(tǒng)配電網(wǎng)無功調(diào)壓手段調(diào)節(jié)離散化、調(diào)節(jié)速度慢、難以實(shí)現(xiàn)電壓連續(xù)調(diào)節(jié)問題，提高風(fēng)電場接入地區(qū)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定水平，同時降低了成本。
文檔編號H02J3/16GK103219732SQ20131014527
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者趙晶晶 申請人:上海電力學(xué)院