一种降低双馈感应风电机组有功损耗的方法
【专利摘要】本发明公开了一种降低双馈感应风电机组有功损耗的方法，其特征是，双馈感应风电机组的组成包括：风力机、感应电机、背靠背变流器和变压器；并按如下步骤进行：1）设置双馈感应风电机组的有功调度值和无功调度值；2）分解双馈感应风电机组的有功损耗；3）设置网侧变流器的无功出力以降低双馈感应风电机组的无功出力引起的有功损耗；4）设置转子转差率以降低双馈感应风电机组的有功出力引起的有功损耗；5）无功出力引起的有功损耗的最小值以及有功出力引起的有功损耗的最小值之和，即为双馈感应风电机组的最小有功损耗。本发明能在双馈感应风电机组接受电网调度的前提下，降低双馈感应风电机组的有功损耗，提高能量转换效率。
【专利说明】一种降低双馈感应风电机组有功损耗的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种风电机组的运行控制，具体涉及一种降低双馈感应风电机组有功损耗的方法。
【背景技术】
[0002]从独立风电机组运行来说，控制目的多为追求最大有功出力。从降低风电机组有功损耗角度，希望无功出力越小越好，例如，按照单位功率因数运行时，其无功出力为零。但是随着风电并网容量不断增加，为增加无功支持，减少有功备用容量需求，变速风电机组，如双馈感应电机和直驱永磁同步电机，被与常规火电、水电机组等同调度，其有功和无功出力都受电网功率平衡约束。
[0003]对于含双馈感应风电机组的风电系统，现有降低有功损耗的研究方法多从常规电网损耗的优化角度出发，通过调节风电机组的有功和无功出力以降低电网的有功损耗，但是常规电网损耗优化方法没有考虑到风电机组本身的有功损耗，从而导致双馈感应风电机组的有功损耗较大，绕组温升高，能量转换效率较低，降低了双馈感应风电机组的可靠性和使用寿命。而且当风力机的风速较低时，双馈感应风电机组有功出力往往达不到有功调度值，从而双馈感应风电机组只能返回最大功率点跟踪运行方式，常规电网损耗的优化方法不起作用，无法有效降低有功损耗。
[0004]在现有技术中，风力机在当前风速下，通过采用优化算法确定双馈感应风电机组的网侧变流器的无功出力和风力机的转子转速的方法，以降低有功损耗，但是由于实际风速不确定，以及双馈感应风电机组的定子电压随电网运行方式变化而变化，导致优化算法计算过程复杂，计算效率低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种降低双馈感应风电机组有功损耗的方法，能在双馈感应风电机组接受电网的有功调度和无功调度的前提下，降低双馈感应风电机组的有功损耗，提高能量转换效率。
[0006]本发明为解决技术问题采取如下技术方案:
[0007]本发明一种降低双馈感应风电机组有功损耗的方法的特点是，所述双馈感应风电机组的组成包括:风力机、感应电机、由转子侧变流器、网侧变流器和直流电容构成的背靠背变流器以及变压器；所述降低双馈感应风电机组有功损耗的方法按如下步骤进行:
[0008]I)、设定受电网调度的双馈感应风电机组的无功出力Qdfk为无功调度值QDFie，srt，所述双馈感应风电机组的有功出力Pdfic为所述风力机在当前风速下的最大有功出力Pdfig,max和有功调度值PDFK，srt之间的较小值；
[0009]2)、将所述双馈感应风电机组的有功损耗APdfk分解为无功出力Qdfk引起的有功损耗APdfic q和有功出力Pdfic引起的有功损耗APdfic p ；
[0010]3)、将所述双馈感应风电机组的无功出力Qdfic分解为定子无功出力Qs和网侧变流器的无功出力Qg ；
[0011]利用式(I)获得最优系数k:
[0012]k = (Rs+Rr) / (Rs+Rr+RT) (I)
[0013]式(I)中，Rs为所述感应电机的定子电阻、艮为所述感应电机的转子电阻、Rt为所述变压器的电阻；
[0014]按照Qg = kQDFIG调节所述网侧变流器的无功出力Qg，使得所述双馈感应风电机组的无功出力Qdfic引起的有功损耗APdfk^最小；
[0015]4)、将所述双馈感应风电机组的有功出力Pdfic分为定子有功出力Ps和网侧变流器的有功出力Pg;
[0016]利用式(2)获得所述感应电机的定子有功出力Ps:
[0017]Ps ^ (1-S)Pdfig(2)
[0018]利用式(3)获得网侧变流器的有功出力Pg:
[0019]Pg ^ SPdfig(3)
[0020]式⑵和式(3)中，s为所述感应电机的转子转差率；
[0021]按照S = k调节所述感应电机的转子转差率S，使得所述双馈感应风电机组的有功出力Pdfic引起的有功损耗Λ PDFK，p最小；
[0022]5)、所述无功出力Qdfk引起的有功损耗ΛPDFK，q的最小值以及所述有功出力Pdfic引起的有功损耗APdfkp的最小值之和，即为所述双馈感应风电机组的最小有功损耗。
[0023]本发明降低双馈感应风电机组有功损耗的方法的特点也在于:
[0024]所述步骤3)中，当网侧变流器的无功出力Qg受到网侧变流器的容量限制，无法满足Qg = kQDFIG时，网侧变流器的无功出力Qg取值为网侧变流器实际的最大无功出力。
[0025]所述步骤4)中，当所述双馈感应风电机组按照最大功率点跟踪方式运行时的转子转差率s的最优值不等于最优系数k时，在满足PDFrc = Pdfig,set下，通过调节所述感应电机的转子转速，使得转子转差率s趋近于最优系数k。
[0026]与已有技术相比，本发明的有益效果体现在:
[0027]1、与大容量火电和水电机组相比，双馈感应风电机组具有台数多、容量小、电压等级低、电阻/电抗比大、有功损耗大的缺点。而本发明根据电网调度出力和当前风速值，设置网侧变流器的无功出力和转子转速，降低双馈感应风电机组的有功损耗，提高能量转换效率，提高可靠性和使用寿命，从而克服双馈感应风电机组本身的缺点，避免了依赖于电网运行参数变化的复杂优化算法，便于与电网调度结合使用，更有利于双馈感应风电机组安全经济运行。
[0028]2、本发明将双馈感应风电机组有功损耗分别分解为有功出力和无功出力引起的有功损耗，对两者分别求最小值，以降低双馈感应风电机组的有功损耗，该方法可以独立实施，也可以在常规的电网损耗优化算法之后实施，并且所增加的计算量很少，与常规优化算法相比，本发明避免了对风电系统和双馈感应风电机组采用联立求解的问题，提高了计算效率和工程应用价值。
[0029]3、本发明将双馈感应风电机组的无功出力引起的有功损耗，分解为由定子无功出力和网侧变流器的无功出力所引起的有功损耗，通过计算定子无功出力占双馈感应风电机组无功出力的最优比例，以降低双馈感应风电机组的无功出力引起的有功损耗，避免了优化求解过程，提高了计算效率。
[0030]4、本发明将双馈感应风电机组有功出力引起的有功损耗，分解为由定子有功出力和网侧变流器有功出力所引起的有功损耗，并将有功损耗表示为转差率的函数，通过调节转子转速，以降低双馈感应风电机组的有功出力引起的有功损耗，避免了优化求解过程，提高了计算效率。
[0031]5、本发明所采用的最优系数，是由定子电阻、转子电阻和变压器电阻等结构参数决定的，相对固定，不受风速、定子电压变化和电网调度变化影响，从而避免了优化算法对风速和电网运行方式变化的依赖性。
[0032]6、本发明可以在双馈感应风电机组超前或滞后功率因数运行时，根据最优系数并计及网侧变流器容量限制，确定网侧变流器实际无功出力，避免了网侧变流器无功出力超过网侧变流器容量的问题。
[0033]7、本发明考虑了当前风速下最大出力和有功调度值关系、当前风速下最优转差率和最优系数关系，确定增加或者降低转子转速，以使得在满足有功调度值的前提下，转差率趋近最优系数，以降低双馈感应风电机组的有功损耗，避免满足有功调度和降低有功损耗之间的矛盾。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1为本发明双馈感应风电机组的结构组成示意图；
[0035]图2为本发明算法流程框图；
[0036]图3为本发明网侧变流器容性无功出力与双馈感应风电机组无功出力引起的有功损耗的不意图；
[0037]图4为本发明网侧变流器感性无功出力与双馈感应风电机组无功出力引起的有功损耗不意图；
[0038]图5为本发明双馈感应风电机组超同步方式运行时降低转子转速下转子转速与有功出力引起的有功损耗示意图；
[0039]图6为本发明双馈感应风电机组次同步方式运行时降低转子转速下转子转速与有功出力引起的有功损耗示意图；
[0040]图7为本发明双馈感应风电机组次同步方式运行时增加转子转速下转子转速与有功出力引起的有功损耗示意图。
【具体实施方式】
[0041]本实施例中，如图1所示，双馈感应风电机组的组成包括:风力机、感应电机、由转子侧变流器、网侧变流器和直流电容构成的背靠背变流器以及变压器，感应电机包括转子和定子。风力机捕捉的风能通过感应电机转换为电能注入电网，转子变流器连接感应电机的转子，用于调节转子转速和定子无功出力；网侧变流器和电网之间通过变压器连接，传递转差功率并发出或吸收无功功率；双馈感应风电机组与电网相连，接受电网有功调度和无功调度。
[0042]参见图2，一种降低双馈感应风电机组有功损耗的方法按如下步骤进行:
[0043]I)、设定受电网调度的双馈感应风电机组的无功出力Qdfk为无功调度值QDFie，srt，双馈感应风电机组的有功出力Pdfic为风力机在当前风速下的最大有功出力Pdfic,max和有功调度值PDFrc，srt2间的较小值；即风电机组有功出力和无功出力，是由电网调度值、感应电机的容量、背靠背变流器的容量和风速共同决定的。
[0044]由于激磁支路阻抗较大，因此忽略激磁电流。当双馈感应风电机组的定子电压Vs、有功出力PDFrc、无功出力Qdfk已知时，双馈感应风电机组的有功损耗ΛPdfic，可分解为定子、转子回路损耗和变压器支路损耗，如式(I)所示:
【权利要求】
1.一种降低双馈感应风电机组有功损耗的方法，其特征是，所述双馈感应风电机组的组成包括:风力机、感应电机、由转子侧变流器、网侧变流器和直流电容构成的背靠背变流器以及变压器；所述降低双馈感应风电机组有功损耗的方法按如下步骤进行: 1)、设定受电网调度的双馈感应风电机组的无功出力QDFrc为无功调度值Qmasrt，所述双馈感应风电机组的有功出力Pdfic为所述风力机在当前风速下的最大有功出力Pdfic,_和有功调度值PDFrc，srt之间的较小值； 2)、将所述双馈感应风电机组的有功损耗APdfk分解为无功出力Qdfk引起的有功损耗APdfk^和有功出力Pdfic引起的有功损耗APdfk p ； 3)、将所述双馈感应风电机组的无功出力Qdfic分解为定子无功出力(^和网侧变流器的无功出力Qg ； 利用式(I)获得最优系数k:
k = (Rs+Rr)/(Rs+Rr+RT) (I) 式(I)中，Rs为所述感应电机的定子电阻、艮为所述感应电机的转子电阻、Rt为所述变压器的电阻； 按照Qg = kQDFrc调节所述网侧变流器的无功出力Qg，使得所述双馈感应风电机组的无功出力Qdfic引起的有功损耗Λ Pd?，，最小； 4)、将所述双馈感应风电机组的有功出力Pdfic分为定子有功出力Ps和网侧变流器的有功出力Pg; 利用式(2)获得所述感应电机的定子有功出力Ps: P产(1-S)Pdfig(2)` 利用式(3)获得网侧变流器的有功出力Pg: Pg ^ sPDFIG(3) 式(2)和式(3)中，s为所述感应电机的转子转差率； 按照s = k调节所述感应电机的转子转差率S，使得所述双馈感应风电机组的有功出力Pdfig引起的有功损耗Λ PDFrc p最小； 5)、所述无功出力Qdfk引起的有功损耗APdficq的最小值以及所述有功出力PDFrc引起的有功损耗APdfkp的最小值之和，即为所述双馈感应风电机组的最小有功损耗。
2.根据权利要求1所述的降低双馈感应风电机组有功损耗的方法，其特征在于: 所述步骤3)中，当网侧变流器的无功出力Qg受到网侧变流器的容量限制，无法满足Qg=kQDFIG时，网侧变流器的无功出力Qg取值为网侧变流器实际的最大无功出力。
3.根据权利要求1所述的降低双馈感应风电机组有功损耗的方法，其特征在于: 所述步骤4)中，当所述双馈感应风电机组按照最大功率点跟踪方式运行时的转子转差率s的最优值不等于最优系数k时，在满足PDFrc = Pdfig,set下，通过调节所述感应电机的转子转速，使得转子转差率s趋近于最优系数k。
【文档编号】H02J3/38GK103683332SQ201310746705
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】李生虎 申请人:合肥工业大学