一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法
【专利摘要】本发明涉及一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，包括：根据待评估风电场构造简单链式结构等值风电场模型并确定相关参数；递推计算每回集电线路首端风机汇集点的电压 U 2, n 、前 n- 1段集电线路汇集至首端风机汇集点的有功功率 P line2, n -1和无功功率 Q line2, n -1：以最靠近升压变侧的第 n 段集电线路长度 ln 为变量，建立关于集电线路长度 ln 的方程 f ( ln )=0；求解方程得到最靠近升压变侧的第 n 段集电线路长度 ln ；计算所求集电线路末端风机距离升压变的最大长度 L 。本发明方法大大降低了计算复杂程度，弥补了常用工程估算方法误差过大的缺陷。
【专利说明】一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于风电【技术领域】，具体涉及一种快速计算风电场集电线路最大长度的方 法。
【背景技术】
[0002] 我国风电发展势头迅猛，目前已成为风电装机最多的国家。与传统火电机组相比， 风电场中风电机组单机容量小但数目众多，它们需通过风电场内集电线路串接在一起汇集 至升压变上网外送。由于风电场内集电线路的R/X值比较高，串接在同一回集电线路上的 风电机组汇集点电压从串尾到串首依次降低，集电线路越长，尾部机组汇集点电压就越高， 故规划设计需要控制位于尾部风电机组至风电场升压变的距离，以确保风电场内风电机组 能安全可靠运行。可见，掌握各风电场集电线路能够延伸的最大长度对指导风电场规划设 计尤其是风电场升压站选址和快速判断多个相邻风电场能否共用升压站汇集外送具有十 分重要的意义。
[0003] 对于风电场各回集电线路能够延伸的最大长度，理论上可在成熟的潮流计算商业 程序（如PSASP、BPA)上搭建含风电场集电系统和外部大电网的潮流模型，然后以尾部机组 在汇集点电压达到允许上限值为目标，通过反复调整集电线路长度的方法试算出来，但该 方法计算过程十分繁琐，建模工作量也很大，且由于集电线路的R/X比值偏大，导致含风电 场集电系统的大电网潮流收敛性通常较差，极易出现"算不出"现象。为降低计算复杂性， 风电场规划设计通常直接忽略集电线路对地电容以及线路有功、无功损耗，并假定风电场 升压变母线为无穷大母线（电压恒定），在此基础上直接计算出满足电压降要求的集电线 最大长度，但功率损耗以及对地电容对风电场内的电压分布影响都较大，且实际上风电场 升压变母线电压一般也不恒定，因此它有误差过大的缺陷，对于大量使用电缆的山地风电 场尤为显著。这些缺陷对风电场规划和运行有比较严重的影响，当对风电场集电线路可延 长的最大长度估计偏小时，可能会导致升压站选址时不能找到理想位置，或者经额外配置 其他设备后选在了理想位置，此时多个相邻风电场可能会由于计算误差不能共用升压站送 出，这些在规划上会增加不必要的投资；若估计偏大，则可能导致风电场内电压偏高，不利 于风机安全可靠运行，将使风电场维护费用增加。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服现有技术的不足，给出了一种快速计算风电场集电线路最大 长度的方法，降低了计算复杂程度，弥补了现有方法误差过大的缺陷，进而降低风电场规划 中成本，而且使得风电场内风电机组能安全可靠运行。
[0005] 本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种快速计算风电场集电线路最大 长度的方法，包括以下步骤：
[0006] A、根据待评估风电场构造简单链式结构等值风电场模型，其参数包括：风电场内 风电机组链式联接至升压变的回路数11_^、每回集电线上挂接的风机台数n、每回集电线 路上相邻两台风机间距离lk，其中k = 1，2,…，n-1 ;
[0007] B、递推计算每回集电线路首端风机汇集点的电压&"、前n-1段集电线路汇集至 首端风机汇集点的有功功率Plil^ lri和无功功率Q line2, n-1 *
[0008] 根据各风机的额定有功功率、无功功率、箱变高压侧母线的最高容许电压，基于输 电线路π型等值电路，自每回集电线路末端风机至首端风机依次计算出第k台风机汇集 点的电压U 2ik、前k-Ι段集电线汇集至第k组台风机汇集点的有功功率Pline2ilrt和无功功率 Qline2，k-1，其中 k - 1，2，…，Π ，末立而汇集点 Pline2,。一 〇、Q iine2，。一 〇 ；
[0009] C、以最靠近升压变侧的第η段集电线路长度In为变量，建立关于集电线路长度I n 的方程f(ln) = 0 :
[0010] 利用B中得到的U2，n、Plim2， njP Q ，基于输电线路31型等值电路，以第n段 集电线路长度In为变量，建立第η段集电线路升压变低压侧电压Uτ关于集电线路长度1 "的 表达式；进一步考虑升压变阻抗、系统等值阻抗和升压变的变比，得到风电场并网点系统等 值电源电压Utl关于第η段集电线路长度1 "的表达式，进而得到非线性方程f(l n) = 0 ;
[0011] D、求解方程f (In) = 0,得到最靠近升压变侧的第η段集电线路长度1η;
[0012] Ε、计算所求集电线路末端风机距离升压变的最大长度L。进而根据步骤E计算出 的最大长度L进行风电场的规划。
[0013] 本发明给出了一种快速计算风电场集电线路最大长度方法，它通过将风电场升压 变外部系统用简单传输系统表示避免了计算大电网潮流，大大降低了计算复杂程度；通过 基于线路π型等值电路电压方程建立直接求解集电线路最大长度的方程，准确计及了风 电场集电线路对地电容以及集电系统有功无功损耗对风电场内电压分布的影响，弥补了常 用工程估算方法误差过大的缺陷。因此，在风电场规划设计过程中使用本发明方法，能够准 确的指导风电场规划设计，尤其是风电场升压站选址和快速判断多个相邻风电场能否共用 升压站汇集外送，并且能够确保风电场内风电机组能安全可靠运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明计算所用的简单链式结构等值风电场示意图。
[0015] 图2为图1中椭圆虚线中部分①的详细图。
[0016] 图3为图1中矩形虚线中部分②的详细图。
【具体实施方式】
[0017] 如图1?3所示，本发明先采用常规方法根据待评估风电场构造简单链式结 构等值风电场模型。等值风电场的整体结构如图1所示，共包含n WTCs$风机、nSOTies回 链式集电线路，每回集电线路含η台风机，各风机经箱变接入集电线路，多余出n Mst = nTOsTrWieis · nU1WifJ台风机直接挂接在升压变低压侧母线上。风电场为完全对称结 构，即每回集电线路的结构、参数均完全相同，均为不含τ接线的简单链式结构。
[0018] 本方法实施例包括以下步骤：
[0019] A、所构造的简单链式结构等值风电场模型的参数处理
[0020] A1、给出等值模型中每回集电线上挂接的风机台数η
[0021] n = [nr] (I)
[0022] 其中，待评估风电场中各回集电线路上串接的风机台数平均值，运算符号[] 表示向下取整；对于规划风电场，η取典型值8 ;
[0023] Α2、给出等值模型中风电机组链式联接至升压变的回路数n_ies
【权利要求】
1. 一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，其特征在于，包括以下步骤： A、 根据待评估风电场构造简单链式结构等值风电场模型，其参数包括：风电场内风电 机组链式联接至升压变的回路数nSCTies、每回集电线上挂接的风机台数n、每回集电线路上 相邻两台风机间距离lk，其中k= 1，2,…，n-1 ; B、 递推计算每回集电线路首端风机汇集点的电压U2，n、前n-1段集电线路汇集至首端 风机汇集点的有功功率Plil^lri和无功功率Q line2, n-1 * 根据各风机的额定有功功率、无功功率、箱变高压侧母线的最高容许电压，基于输电线 路π型等值电路，自每回集电线路末端风机至首端风机依次计算出第k台风机汇集点的电 压U2,k、前k-ι段集电线汇集至第k组台风机汇集点的有功功率Plim2,H和无功功率QKH， 其中k= 1，2, 一，η，末端汇集点Pline2 tl= (KQline2 tl=O; C、 以最靠近升压变侧的第η段集电线路长度In为变量，建立关于集电线路长度Iη的方 程f(In) =O: 利用B中得到的U2，n、Plim2，n_dPQ ，基于输电线路31型等值电路，以第n段集电 线路长度In为变量，建立第η段集电线路升压变低压侧电压Uτ关于集电线路长度Iη的表 达式；进一步考虑升压变阻抗、系统等值阻抗和升压变的变比，得到风电场送出线路电网接 入点的系统等值电源电压Utl关于第η段集电线路长度1 "的表达式，进而得到非线性方程 f(In) =O； D、 求解方程f(In) = 0,得到最靠近升压变侧的第η段集电线路长度In; Ε、计算所求集电线路末端风机距离升压变的最大长度L。
2. 如权利要求1所述的一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，其特征在于， 所述A步骤中所述η取值为 n= [nr] 其中，~为待评估风电场中各回集电线路上串接的风机台数平均值，运算符号□表示 向下取整； 所述nSOTies取值满足
其中，1%^为待评估风电场的风机总数； 所述Ik取值为 1 =1 xk χ ave 其中，为风电场中风机之间距离的平均值，所述k= 1，2，···，n-1。
3. 如权利要求2所述的一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，其特征在于， η 所述A步骤中对于规划风电场，η取典型值8,ns_s取最大值f，1_的取值范围为 0· 6 ?0· 8km〇
4. 如权利要求1所述的一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，其特征在于， 所述B步骤为： B1、计算第k组风机箱变高压侧流入汇集点的有功功率P2，k、无功功率Q2，k
其中，Pk、Qk分别为第k台风机发出的有功功率、无功功率，其中k= 1，2,…，n-1 ;U2，k 为第k组风机汇集点的电压U2，k，其中k= 1，2,…，mUy取该电压等级下的最大值，即U2:1 =^_;1^、1分别为风机箱变非标准变比和漏抗； B2、计算第k段π
型等值集电线路阻抗末端的有功功率Pzl;k、无功功率11;, 其中，bk为第k段π型等值集电线路单位长度对地电纳，PliM2,k_i、Qline2,k_^别为第k-1 段集电线路末端有功功率、无功功率； B3、求解第k+Ι段集电线路首端风机汇集点的电压&k+1、前k段集电线路汇集至首端风 机汇集点的有功功率PliM2;k和无功功率Q
line2, k 其中，rk、xk为第k段π型等值集电线路单位长度电阻和电抗。
5. 如权利要求4所述的一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，其特征在于， 所述B步骤中Pk、Qk取风机功率的额定值，即Pk=Prate、Qk= 0,对于规划风电场，PMte = 2MW〇
6. 如权利要求1或4所述的一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，其特征在 于，所述C步骤中考虑升压变阻抗和变比、系统等值阻抗，关于第η段集电线路长度In的方 程为
其中，Utl为送出线路电网接入点的系统等值电源电压，Ue为电网接入点电压，Pe为电网 接入点流入电网的有功功率，Qe为电网接入点流入电网的无功功率，RC1、Xtl为系统等值电阻 和电抗。
7. 如权利要求6所述的一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，其特征在于， 所述C步骤为： 电网接入点流入电网的有功功率和无功功率Pe、Qe为
其中，re、xe和be分别为风电场送出线路单位长度电阻、电抗和对地导纳，Ie为风电场 送出线路长度；电网接入点电压Ue为
其中，Ppcr、Qpec^J风电场PCC点流出至送出线路的有功功率和无功功率，
其中，RT、XTS升压变电阻和电抗；Urx为风电场PCC点电压，
其中，Pzl;n、Qzl;n为第η段π型等值集电线路阻抗末端的有功功率和无功功率， Pzi,n= P line2,η
其中，P2;n、Iη为第η组风机箱变高压侧流入系统的有功功率、无功功率， P2,n=Pn
其中，U2in为第η段集电线路首端风机汇集点的电压，可由B步得出；PT、Qt为升压变低 压侧流入的有功功率和无功功率， Pt n series^line2, n+ (=WTGs nser；[esn) Ρ。， rate Qt=η seriesQline2, η+ (=WTGs nseriesIl) Q2, rate 其中，Plin@n、Qline2in为前n段集电线路汇集至第n段集电线路首端风机汇集点的有功 功率、无功功率，
P2;Mte、Quate为风机箱变高压侧在额定状态下流入系统的额定有功功率和无功功率， P = ρ 12,rate 1 rate
其中，p_、A&分别为风机发出的额定有功功率、无功功率，u为风机的箱变高压 侧额定电压。
8. 如权利要求1所述的一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，其特征在于， 所述D步骤利用双点弦截法求解方程f(In) = 0,具体为： Dl、初始化 给出方程f(In) =0的解In所在的区间[a，b]，并判断： 如果f(a) = 0,则In=a; 如果f(b) = 0,则In=b; 如果f(a) ·f(b) >0,则返回初值错误，继续修改初值使其满足条件； 如果f(a) ·f(b)〈0,则令迭代初值为lnH) =a，In(Q) =b，tol(CI) = 1 ; D2、判断第i-1次迭代是否满足收敛条件，i= 1，2,… 如果tolW彡ε，方程的解为ln(i'其中，ε为任意满足〇〈εSKT5的常数； 否则，执行D3 ; D3、计算第i次利用双点弦截法迭代的方程的解和误差
9. 如权利要求1或8所述的一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，其特征在 于，所述E步骤中L值为
【文档编号】G06F19/00GK104462821SQ201410756145
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月10日 优先权日:2014年12月10日
【发明者】廖国栋, 李龙源, 谢欣涛, 王晓茹 申请人:国家电网公司, 国网湖南省电力公司, 国网湖南省电力公司经济技术研究院, 西南交通大学