风电场无功补偿的配置方法和系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种风电场无功补偿的配置方法，包括如下步骤：采集风电场的电气数据；根据所述电气数据和预设的风电场电气仿真模型，测量风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率；根据所述电气数据、最大容性无功功率、最大感性无功功率以及风机的无功功率调节能力，确定无功补偿装置的类型以及计算无功补偿装置的无功补偿容量；其中，所述无功补偿装置包括并联电抗器、并联电容器和/或SVG装置；在所述风电场的并网点安装配置有所述无功补偿容量的无功补偿装置。本发明还提供对应的系统，能快速简便地确定无功补偿的类型和容量。
【专利说明】风电场无功补偿的配置方法和系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及风电场【技术领域】，特别是涉及一种风电场无功补偿的配置方法，以及一种风电场无功补偿的配置系统。
【背景技术】
[0002]随着全球能源危机的进行，新能源尤其是风电在全球内发展迅速，海上风电场相对陆地风电，有着风资源好，年发电量高，占用陆地少等优点，在近年内发展迅速。
[0003]在海上风电场的研究和设计中，无功补偿是个非常重要的问题，直接影响到风电场被考核的功率因素和电压水平，以及风电场无功支撑能力。对于海上风电场的无功配置问题，包括无功补偿装置的类型选择，容量选取，和位置选择，在目前国内外缺乏相关成熟的研究成果和实践经验，在设计方面也没有权威的方法和结论。
[0004]就目前的工程实践而言，因为海上平台成本高且空间有限，大多风电场将风电场的无功补偿装置放在陆地上的风电场并网点处，这样安排同样有利于对考核点的快速反应。无功补偿装置类型视电网对风电场的并网要求而定，在国内一般选用SVG(Static VarGenerator，静止无功发生器)较多，因为SVG调节范围大，而且实时性好，能够快速跟踪电压和无功功率的变化，补偿效果好，不过同等容量的SVG相比其他补偿方式费用较高，同时占地面积较大。对于补偿容量的控制，要结合电网对风电场的并网要求，无功补偿装置类型和位置的选择，来综合考虑，通过计算得到容量选取值。无功补偿的容量会直接影响到项目的经济性，一般对风电场无功补偿容量的方法都比较繁琐，计算量偏大，且不一定实用，需要寻找到一种正确且简便的方法来确定风电场无功补偿的类型和容量。
【发明内容】
[0005]基于此，本发明提供一种风电场的无功补偿配置方法和系统，能快速简便地确定无功补偿的类型和容量。
[0006]一种风电场无功补偿的配置方法，包括如下步骤:
[0007]采集风电场的电气数据；
[0008]根据所述电气数据和预设的风电场电气仿真模型，测量风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率；
[0009]根据所述电气数据、最大容性无功功率、最大感性无功功率以及风机的无功功率调节能力，确定无功补偿装置的类型以及计算无功补偿装置的无功补偿容量；其中，所述无功补偿装置包括并联电抗器、并联电容器和/或SVG装置；
[0010]在所述风电场的并网点安装配置有所述无功补偿容量的无功补偿装置。
[0011]一种风电场的无功补偿配置系统，包括无功补偿装置，所述无功补偿装置包括并联电抗器、并联电容器和/或SVG装置，还包括:
[0012]采集模块，用于采集风电场的电气数据；
[0013]测量模块，用于根据所述电气数据和预设的风电场电气仿真模型，测量风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率；
[0014]计算模块，用于根据所述电气数据、最大容性无功功率、最大感性无功功率以及风机的无功功率调节能力，确定无功补偿装置类型以及计算无功补偿装置的无功补偿容量；
[0015]所述无功补偿装置配置有所述无功补偿容量，并安装在所述风电场的并网点。
[0016]上述风电场无功补偿的配置方法和系统，通过检测风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率，再根据电气数据、最大容性无功功率、最大感性无功功率以及风机的无功功率调节能力，确定无功补偿装置类型，计算无功补偿装置的无功补偿容量，无功补偿容量的计算过程更为快速；采用并联电抗器、并联电容器或SVG装置作为无功补偿装置，在满足风电场并网条件的前提下，使用尽可能大容量的电抗器，电抗器也更为节省空间，使得无功补偿的控制方案更加经济。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明风电场的无功补偿配置方法在一实施例中的流程示意图。
[0018]图2为本发明风电场的无功补偿配置系统在一实施例中的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0020]如图1所示，是本发明风电场的无功补偿配置方法在一实施例中的流程示意图，包括如下步骤:
[0021]S11、采集风电场的电气数据；
[0022]S12、根据所述电气数据和预设的风电场电气仿真模型，测量风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率；
[0023]S13、根据所述电气数据、最大容性无功功率、最大感性无功功率以及风机的无功功率调节能力，确定无功补偿装置类型以及计算无功补偿装置的无功补偿容量；其中，所述无功补偿装置包括并联电抗器、并联电容器和/或SVG装置；
[0024]S14、在所述风电场的并网点安装配置所述无功补偿容量的无功补偿装置；
[0025]本实施例中，通过检测风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率，再根据电气数据、最大容性无功功率、最大感性无功功率以及风机的无功功率调节能力，计算无功补偿装置的无功补偿容量，无功补偿容量的计算过程更为快速；采用电抗器和SVG装置作为无功补偿装置，在满足风电场并网条件的前提下，使用尽可能大容量的电抗器(或电容器)，电抗器(或电容器)也更为节省空间，使得无功补偿的控制方案更加经济。
[0026]在一较佳实施例中，所述根据所述电气数据和预设的风电场电气仿真模型，测量风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率的步骤包括:
[0027]根据所述风电场电气仿真模型,令Pwt = 0,QffT = 0,U = Umax,获得所述最大容性无功功率；其中，Pwt为风机发出的有功功率，Qwt为风机发出的无功功率，U为并网电压，Umax为预设的风电场的最大并网电压；
[0028]根据所述风电场电气仿真模型，令Pwt = PN,U = Umin，获得所述最大容性无功功率；其中，Pn为风机的额定有功功率，Ufflin为预设的风电场的最小并网电压；[0029]本实施例中，在对风电场进行无功补偿控制时，具有如下两个假设条件:
[0030]在无功补偿装置容量的计算中认为风电场运行方式不变，不考虑风电场的故障运行状态，即风电场内的等效的电容和电抗值是不变的；
[0031]考虑风电场在运行内部电压损耗较小，在分析计算无功功率发出和消耗时认为风场内电压水平和并网电压一样。
[0032]因此可知，在不考虑无功补偿装置和风机的无功出力的情况下，风电场所发出的无功功率总量Q只取决于并网电压U和风电场的出力P(风电场输出电流I)，其中电缆的充电功率Q和变压器励磁无功功率与并网电压U的平方成正比，电缆、变压器漏抗部分发出的感性无功功率与风电场输出电流I的平方成正比。
[0033]风电场的容性无功功率可为:
[0034]Qwfc — _Qcl_Qtrl_Qtrb+Qcc_Qmcr+Qmsc 土 Qwt 土 Qsvg ;
[0035]其中Qwrc为风电场总的感性无功功率，Qcl为电缆电抗发出的感性无功功率，Qtel为变压器漏抗发出的感性无功功率，Qteb为变压器励磁电抗所发出的感性无功功率，Qrc为风场中电缆的发出的充电功率(容性的无功功率)，Qm为安装的电抗器所发出的感性无功功率，Qmsc为投切电容器组发出的容性无功功率，Qwt为风机发出的感性无功功率，Qsve为SVG发出的感性无功功率，由于风机和SVG都可以发出容性和感性的无功功率，所以Qwt和0^前可正可负。
[0036]在上述风电场的容性无功功率的公式中，Qcl和Qm与电流的平方I2成正比，Qteb>Q?ce>Qmsc和Qcc与并网电压的平方U2成正比，Qwt和Qsk可以视风电场无功电压控制系统(AVC)来调节，发出相应的无功功率，与并网电压U和风场电流I无直接关系。
[0037]对于海上风电场而言，由于风电场内存在大量的海底电缆,海底电缆的充电功率很大，大于风电场内电缆和变压器的等效电抗，所以海上风电场整体呈现容性负荷，根据并网风电场无功功率要求，需要加装适当容量的可投切电抗器来平衡掉过多的容性无功功率Q0
[0038]对于陆上风电场而言，由于风电场内部电缆较少，风电场空载时容性无功功率较多，随着风电场出力的增加，发出的感性无功功率增大，使得风电场的无功功率慢慢呈感性，所以陆上风电场可能呈现感性负荷性质，若陆上风电场整体呈感性，可以加装可投切电容器组来平衡多余的感性无功功率，若陆上风电场整体呈容性，可以加装可投切电抗器组来平衡多余的容性无功功率。
[0039]风电场的无功功率可以分为两类来源:一类是与并网电压的平方呈正比的无功电源或负荷，如电缆的分布电容，变压器的励磁电抗，以及并联的可投切电容器和电抗器，将该类负荷成为I类无功负荷。一类是与电流的平方成正比的无功电源或负荷，如电缆的电抗，变压器的漏抗，将该类负荷成为2类无功负荷。
[0040]令I类无功负荷发出的感性无功功率为Qe(U)，有如下计算公式:
[0041]Qc(U) = Qcc-Qmck-Qteb = wCU2-U2/wLmce-BtU2 = (wC-Bt-1/wLmce).U2 ；
[0042]其中，Qc(U)为与并网电压的平方呈正比的无功电源或负荷发出的感性无功功率，w为角频率，C为风电场的容量，U为并网电压，Lsck为并联电抗器的无功补偿容量，Bt为电纳，L。为电缆电抗值，Lte为变压器电抗值，Pwf为风电场发出的有功功率，Qwf为风电场发出的无功功率；[0043]以海上风电场为例，由于海上风电场海底电缆较多,海上风电场整体呈容性负荷，有wC > BT+l/wLMai，所以可以知道该类无功负荷发出的容性无功功率仏⑴)在U e (O, + -)为增函数，即当U = Umax时I类无功负荷发出容性无功功率最大，当U = Umin时I类无功功率负荷发出容性无功功率最小。
[0044]令2类无功负荷发出的感性无功功率为QJI)，有表达式:
[0045]Ql(I) = (wLc+wLte).I2 = (wLc+wLTE).(Pw2+Qw2) /U2 ；
[0046]可以由上述公式知道，2类无功负荷在风电场满发，并网电压最低时(P = Pfflax, U =Umin)发出的感性无功功率最大，在风场空载，并网电压最高是Pwt = 0,QffT = 0，U = Umax，发出的感性无功功率最小。
[0047]综述所述，整个海上风电场发出的容性无功功率有Qwf = Qc (U) -Ql (I)，通过上述分析可以知道，当风电场空载，风机不发出功率，并网电压最大时，即Pwt = O, Qwt = O, U = Umax,风电场I类无功负荷发出容性无功功率最大，2类无功负荷发出感性无功功率最小，所以此时风电场发出的容性无功功率最大，记为Qa11W同理可知，当风电场满载，并网电压最低时，即P = Pfflax, U = Umin，风电场发出感性无功功率最大，记为Qtaax。以上分析，对于陆上风电场同样适用。
[0048]因此可知，当Pwt = O, Qwt = OjU = Umax时，可得到风电场的取大各性无功功率；当PffT = Pn, U = Umin时,可得到风电场的最大感性无功功率。
[0049]在一较佳实施例中，当风机不具备无功功率调节能力时，
[0050]若Qqmx > Qtaax，根据下式计算所述并联电抗器的无功补偿容量和SVG装置的无功补偿容量:
【权利要求】
1.一种风电场无功补偿的配置方法，其特征在于，包括如下步骤: 米集风电场的电气数据； 根据所述电气数据和预设的风电场电气仿真模型，测量风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率； 根据所述电气数据、最大容性无功功率、最大感性无功功率以及风机的无功功率调节能力，确定无功补偿装置的类型以及计算无功补偿装置的无功补偿容量；其中，所述无功补偿装置包括并联电抗器、并联电容器和/或SVG装置； 在所述风电场的并网点安装配置有所述无功补偿容量的无功补偿装置。
2.根据权利要求1所述的风电场无功补偿的配置方法，其特征在于，所述根据所述电气数据和预设的风电场电气仿真模型，测量风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率的步骤包括: 根据所述风电场电气仿真模型，令Pwt = O, Qwt = O, U = Umax，获得所述最大容性无功功率；其中，Pwt为风机发出的有功功率，Qwt为风机发出的无功功率，U为并网电压，Umax为预设的风电场的最大并网电压； 根据所述风电场电气仿真模型，令Pwt = Pn, U = Umin，获得所述最大容性无功功率；其中，Pn为风机的额定有功功率，Umin为预设的风电场的最小并网电压。
3.根据权利要求2所述的风电场无功补偿的配置方法，其特征在于，当风机不具备无功功率调节能力时， 若Qqmx > Qtaax，根据下式计算所述并联电抗器的无功补偿容量和SVG装置的无功补偿容量:
4.根据权利要求2所述的风电场无功补偿的配置方法，其特征在于，当风机具备无功功率调节能力时，根据下式计算无功补偿装置的无功补偿容量:
5.一种风电场的无功补偿配置系统，其特征在于，包括无功补偿装置，所述无功补偿装置包括并联电抗器、并联电容器和/或SVG装置，还包括: 采集模块，用于采集风电场的电气数据；测量模块，用于根据所述电气数据和预设的风电场电气仿真模型，测量风电场的最大容性无功功率和最大感性无功功率； 计算模块，用于根据所述电气数据、最大容性无功功率、最大感性无功功率以及风机的无功功率调节能力，确定无功补偿装置的类型以及计算无功补偿装置的无功补偿容量； 所述无功补偿装置配置有所述无功补偿容量，并安装在所述风电场的并网点。
6.根据权利要求5所述的风电场的无功补偿配置系统，其特征在于，所述测量模块还用于: 根据所述风电场电气仿真模型，令Pwt = O, Qwt = O, U = Umax，获得所述最大容性无功功率；其中，Pwt为风机发出的有功功率，Qwt为风机发出的无功功率，U为并网电压，Umax为预设的风电场的最大并网电压； 根据所述风电场电气仿真模型，令Pwt = Pn, U = Umin，获得所述最大容性无功功率；其中，Pn为风机的额定有功功率，Umin为预设的风电场的最小并网电压。
7.根据权利要求6所述的风电场的无功补偿控制系统，其特征在于，所述计算模块还用于:当风机不具备无功功率调节能力时， 若Qqmx > Qtaax，根据下式计算所述并联电抗器的无功补偿容量和SVG装置的无功补偿容量:
8.根据权利要求7所述的风电场的无功补偿控制系统，其特征在于，所述计算模块还用于:当风机具备无功功率调节能力时，根据下式计算无功补偿装置的无功补偿容量:
【文档编号】H02J3/18GK103997045SQ201410239870
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】谭任深, 周伟, 李煜东, 汪少勇, 谭江平, 郑明 , 徐龙博, 陈楠 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院