计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法与流程

文档序号:22580790发布日期:2020-10-20 17:01阅读:来源:国知局

技术特征:

1.计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:考虑海上风电场和无功补偿装置的特性,根据海上风电场容量和输送距离选取补偿点和补偿方式;

步骤2:建立海上风电场等值模型,根据海上风电场不同有功出力水平下的无功需求,优化高压并联电抗器的补偿容量及分组数,并制定pdfig-n表;根据海上风电场并网技术规范对电压的要求,通过动态仿真优化svg装置的补偿容量,确保暂态电压稳定;

步骤3:根据优化后的补偿容量,以静态电压稳定和运行成本低为目标,利用风电机组无功调节能力,协调优化风电机组与无功补偿装置的无功出力。

2.根据权利要求1所述的计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法,其特征在于,所述步骤1具体为:

考虑海上风电场海底电缆充电功率大、发电功率波动大的特性,选择高压并联电抗器来补偿充电功率;

根据海底电缆长度采用两端补偿或单端补偿,当海底电缆长、风电场容量小时选择两端补偿方式,其他情况选择陆上开关站单端补偿方式;

选择海上升压站加装动态补偿装置svg配合风电机组无功出力来满足风电场不断变化的无功需求,同时提升风电场的暂态电压稳定。

3.根据权利要求1所述的计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法,其特征在于,所述步骤2具体为:

确定高压并联电抗器补偿容量时,考虑风电机组发出不同有功功率pdfig时的无功需求qc不同,建立海上风电场等值模型,将无功需求qc作为控制变量,以内部节点电压偏差最小为目标,利用遗传算法分别对风电机组空载和满发两种情况进行计算,得到最大补偿量qc_max和最小补偿量qc_min;其目标函数为:

式中,n为海上风电场节点集,ui为节点i电压幅值,ui.ref为节点i电压参考值;

约束条件为:

式中,pi、qi分别为第i节点注入的有功功率、无功功率,gij、bij为i、j节点间线路的导纳,θij为i、j节点相位差,qdfig、qsvg分别为风电机组、svg的无功出力;在对电抗器容量优化时,限制风电机组和svg的无功出力均为0;

根据风电场容量,对qc_max、qc_min取整并选取合适的补偿容量qsr和分组数n;确定容量后,将补偿投入组数n作为控制变量,计算出风电机组不同有功出力水平下所需的电抗器组数,制定成pdfig-n表以在实际运行中使用;此步优化过程仅需将上一步优化更改为整数优化:

式中,为一组电抗器的容量;

基于高压并联电抗器容量分组固定、投切次数有限的特点,通过采集风电功率预测系统的短期风电功率预测数据,提前制定当日的电抗器投切计划;将24小时风电功率预测曲线分段,以各时间段内风电功率平均值pi_dfig代表这一时间段的有功水平,参考pdfig-n表得出这一时段的电抗器投入组数;在对风电功率预测曲线分段时,保证分段数不超过高压并联电抗器的日投切次数限制,分段时间间隔长于电抗器投切时间间隔限制;

确定高压并联电抗器补偿容量后,利用svg和风电机组的无功调节能力来补偿由于风速变化、电网电压波动情况带来的无功需求;根据《海上风电场接入电网技术规定》的要求,当并网点电压在标称电压在90%~110%之间时,风电机组应能正常运行,并网点电压低于标称电压的20%时,海上风电场应能按照低电压穿越要求运行;

根据此要求计算svg的补偿容量,具体如下:

1)建立海上风电场动态仿真模型,根据风电机组发出有功功率pdfig确定电抗器投入组数及风电机组无功出力极限qi_max、qi_min;电抗器投入组数通过pdfig-n表得到,风电机组的无功极限在定子、转子电流极限和静态稳定极限的约束下,表示为:

式中,p为风电机输出有功功率,us为定子侧线电压,is.max、ir.max分别为定子侧电流最大值和转子侧电流最大值,xs、xm分别为定子漏抗和励磁电抗;

2)模拟电网侧电压瞬时跌落,将并网点电压upcc降至0.9pu;仿真过程中,利用仿真优化工具箱,将svg补偿装置容量qsvg设为控制变量,以海上升压站电压ut及风电机组端电压udfig为约束条件:

式中,ut.st和udfig.st为升压站电压和风电机组机端电压的稳态值;

通过此步优化计算得出svg最小补偿容量qsvg.min,并对配置此容量svg的风电场进行低电压穿越测试,验证是否满足技术规定的要求。

4.根据权利要求3所述的计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法,其特征在于,所述步骤3中,为充分利用风电机组无功调节能力,协调静态时各风电机及svg的无功出力,将风电机组及svg无功出力作为控制变量,以静态电压稳定裕度、电压偏差、补偿装置无功裕量、有功网损为目标,其目标函数为:

式中,n为节点数,△ui为i节点电压幅值与参考值的偏差,qsvg_ref为svg无功出力,qsvg为svg总补偿容量,ploss为有功网损,δmin为潮流计算雅可比矩阵的最小特征值,表征静态电压稳定裕度,λ1,λ2...λ5为各项指标的权重系数,n为在优化前选取的无功电压灵敏度较大的风电机数量,qi_dfig为第i台风电机的无功出力;通过目标函数中加入此项,使灵敏度大的风电机发出更多无功,减少风电机组总无功出力;

优化约束条件为:

式中,qi.min(p)和qi.max(p)为第i台风电机在输出有功功率p时的无功出力上下限;

根据超短期风电功率预测数据,利用步骤3的优化计算,得到在步骤1、2的无功补偿装置配置下风电机组及补偿装置的最优无功出力,提升风电场静态电压稳定性和应对故障的能力。


技术总结
本发明公开了一种计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法,具体为:根据海上风电场容量和输送距离选取补偿点和补偿方式;建立海上风电场等值模型,根据海上风电场不同有功出力水平下的无功需求,优化高压并联电抗器的补偿容量及分组数,并制定PDFIG‑n表;根据海上风电场并网技术规范对电压的要求,通过动态仿真优化SVG装置的补偿容量,确保暂态电压稳定;根据优化后的补偿容量,以静态电压稳定和运行成本低为目标,利用风电机组无功调节能力,协调优化风电机组与无功补偿装置的无功出力。本发明考虑了海上风电场静态、暂态电压稳定,充分利用风电机组自身无功调节能力,提高了无功配置方案的经济性和安全性。

技术研发人员:杜婉琳;马明;王玲;雷二涛;徐柏榆;金莉;唐挺
受保护的技术使用者:广东电网有限责任公司电力科学研究院
技术研发日:2020.07.17
技术公布日:2020.10.20
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