专利名称：一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法
技术领域：
本发明涉及一种风电场并网技术中的电压协调控制方法，尤其是涉及一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法。
背景技术：
近年来，风力发电作为最具发展潜力的可再生能源发电技术在我国得到了快速发展。由于风能随机性和间歇性的特点，大规模风电场并网后对接入电网的安全运行与经济调度产生一系列深远的影响。风电场并网后的有功功率控制、无功电压调节以及低电压穿越等问题成为目前研究的热点。其中，高风电穿透功率下的无功电压问题是目前风电场并网运行中最为突出的问题之一。
随着电力电子技术的快速发展和在风力发电机组上的应用，变速恒频风电机组成为目前中国新建风电场的主流机型。并网型风力发电机主要包括恒速恒频风电机组(如鼠笼异步发电机)和变速恒频风电机组(如双馈感应发电机和直驱式永磁同步发电机)两种类型。变速恒频风电机组通 过四象限大功率电力电子变流器与电网连接，通过变流器的控制可实现有功功率和无功功率的解耦控制，具备动态调节无功输出的能力。
变速恒频风电机组主要有恒功率因数和恒电压两种控制方式。国内风电场普遍采用恒功率因数控制方式，该控制方式控制简单，但无法解决风速变化引起的风电场母线和并网点电压的波动问题。为解决风电场并网点的电压波动问题，通常采用在风电场出口母线上安装大容量的电容器组或SVC等无功补偿装置来调节并网点电压。该方法不但没有充分发挥变速恒频风电机组快速灵活的无功调节能力，而且还会因其高昂的配置费用而大大增加风电场建设成本。
为充分利用变速恒频风电机组自身灵活的无功调节能力，国内外研究机构提出了多种变速恒频风电场电压控制方法，这些方法较好解决了风电场并网点的电压波动问题，且具有调节范围大且响应迅速的优点，但研究内容主要集中在风电场内部无功电压控制方面，没有从接入电网的角度研究风电场内部无功电压控制与接入电网中无功电压控制手段间的协调控制问题。发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，解决传统配电网无功调压手段调节离散化、调节速度慢、难以实现电压连续调节的问题，提高风电场接入地区电网的电压稳定水平，同时降低了成本。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，所述的风电场包括多台风电机组，该控制方法包括以下步骤:
I)根据风电机组定子绕组最大电流Is, _和转子侧变流器最大电流Ik, _计算风电机组无功输出调节范围；
2)根据风力发电机风速-功率曲线计算t时段风电场预测平均输出有功功率Pwpt,根据设定的风电场短期风速预测误差计算风电场有功功率最大变化量APwmax，并计算风电场t时段实际输出最大有功功率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为风电场额定输出功率；
3)基于风电机组无功输出的调节范围，计算与PWFt，max、PWFt，min相对应的无功功率QwFt 、QwFt ;
4)以可调变压器分接头位置Tap、并联电容器组数S。和风电场无功输出Qwf为控制变量X，即X= [TfSyQwp],建立以接入配电网有功网损与节点电压偏差和最小的含变速恒频风电场配电网的无功目标函数:
权利要求
1.一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，所述的风电场包括多台风电机组，其特征在于，该控制方法包括以下步骤: 1)根据风电机组定子绕组最大电流Is,_和转子侧变流器最大电流Ik, _计算风电机组无功输出调节范围； 2)根据风力发电机风速-功率曲线计算t时段风电场预测平均输出有功功率Pwpt，根据设定的风电场短期风速预测误差计算风电场有功功率最大变化量APwmax，并计算风电场t时段实际输出最大有功功率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—为风电场额定输出功率； 3)基于风电机组无功输出的调节范围，计算与Pwpt,max、Pm,min相对应的无功功率Qwpt"、QwFt ； 4)以可调变压器分接头位置Tap、并联电容器组数S。和风电场无功输出Qwf为控制变量X，即X = [TfSyQwp],建立以接入配电网有功网损与节点电压偏差和最小的含变速恒频风电场配电网的无功目标函数:
2.根据权利要求1所述的一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，其特征在于，所述的步骤I)具体为: 11)将风电机组定子绕组最大电流Is,_和转子侧变流器最大电流Ik,_分别代入式(4)和式(5)获得风电机组P-Q曲线:
3.根据权利要求2所述的一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，其特征在于，所述的步骤5)中无功优化约束条件包括: a)系统潮流方程满足等式(7)和(8)的约束条件:
4.根据权利要求3所述的一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，其特征在于，所述的步骤6)中基于粒子群优化算法的含变速恒频风电场的配电网无功优化计算具体为: 61)设定粒子群优化算法的参数，包括粒子群规模η、惯性权重系数ω、加速系数c、最大迭代次数t、速度变化范围[Vmax，Vmin]，对控制变量X = [Tap, S。，Qwf]进行编码； 62)随机初始化粒子群，得到η个初始粒子，根据初始粒子值进行潮流计算，求得第i个粒子的适应度值Htnessi = f (Xi),设定每个粒子的当前位置作为粒子当前最优解pBesti=fitness” gBest = min (fitness)为群体当前最优解； 63)对每个粒子进行速度和位置更新，每次更新后，检查速度是否超出最大值Vmax或最小值Vmin，若是，则将速度限制为对应的极值； 64)根据更新后的粒子值进行潮流计算，计算粒子更新后的适应度值fitneSSi=f(Xi);如果粒子i的适应度值优于粒子当前最优解pBesti，则将其值设为pBesti ;如果最佳的pBesti优于群体当前最优解gBest,则将其值设为gBest ； 65)判断是否达到 最大迭代次数，若是，则停止计算，若否，则返回步骤63)。
全文摘要
本发明涉及一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，包括以下步骤1)计算风电机组无功输出调节范围；2)计算风电场t时段实际输出最大有功功率PWFt，max和最小有功功率PWFt，min；3)基于风电机组无功输出的调节范围，计算与PWFt，max、PWFt，min相对应的无功功率QWFt″、QWFt′；4)建立以接入配电网有功网损与节点电压偏差和最小的含变速恒频风电场配电网的无功目标函数；5)设置配电网无功优化约束条件；6)执行基于粒子群优化算法的含变速恒频风电场的配电网无功优化计算，并输出风电场并网点电压和无功优化结果。与现有技术相比，本发明解决了传统配电网无功调压手段调节离散化、调节速度慢、难以实现电压连续调节问题，提高风电场接入地区电网的电压稳定水平，同时降低了成本。
文档编号H02J3/16GK103219732SQ20131014527
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月24日 优先权日2013年4月24日
发明者赵晶晶 申请人:上海电力学院