步骤5:若无功变化尺度W毫秒/秒级时间尺度变化，将机组运行模式切换为恒定电压 控制方式；W抑制电压波动为目标，建立目标函数，将步骤1和步骤2所获取数据代入模型 中，进行机组无功分配； 步骤6:风电场内各单元接到无功优化控制指令，根据自身相应情况完成指令，执行指 令后，将响应值与并网点电压反馈给调度系统。3. 根据权利要求2所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于:步骤 2中通过风电场数据监控平台，获取风电场实时数据和PCC点电压控制指令，设置PCC点电压 波动阀值； AU=I UwFcmd-UwFout | < C 式中，UwF?d为风电场并网点期望电压值;UwFDUt为风电场并网点实时电压值;C为风电场 电压阔值；A U为并网点电压偏差值。 数据采集频率为IOs~IOmin之内，对提取数据进行筛选，剔除停机或存在故障风机数 据;利用实时数据，建立风电场调控模型;采集机组相电压、机组相电流、机组有功功率、机 组无功功率、一级母线电压、一级母线电流、二级母线电压、二级母线电流、主变压器电压、 主变压器电流、主变压、有功功率、主变压器无功功率、无功补偿设备功率，保留有效数据 后，进入后台计算阶段。4. 根据权利要求2所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于:所述 步骤3中，建立W风电场经济优化分配为目标的无功优化函数 min(F)=WlPl。ss+w泌c+MAUi+A2AQi 式中，PiMS为风电场有功损耗;Qc为风电场无功补偿设备投入容量；A化为各节点电压 越限值；A化为风机发出无功功率越限值;Wl和W2为有功网损和无功补偿容量的权重因子， 并且Wi+W2=1;A为罚因子，在计算最优函数，起到约束问题。5.根据权利要求4所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于:步骤 3中进行分析计算，首先进行计算风电场潮流计算;根据风电场无功功率随时间尺度变化， 确定风机控制模式，在秒/小时级时，将风机控制方式转换为恒功率控制，计算风机在W减 小网损为目标下的无功可调裕度，保证目标函数的约束条件;建立风电场经济运行为目标 的无功控制数学模型，将步骤1和步骤2所得数据，代入模型中； 风力发电机的损耗主要为风机的铜耗，其表达式为：式中，Rs为发电机定子电阻，Rr为发电机转子电阻，Is为定子电流，Ir为转子电流； 变压器的有功损耗主要表达为： Plt=Po+护 Pk 式中，Po为变压器空载损耗，Pk为变压器负载损耗； 变压器中的无功损耗主要分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗损耗;其中，励磁支路 损耗的百分值基本上等于空载电流Io的百分值，约为1%~2%;绕组漏抗中损耗的百分值， 在变压器满载时，基本上等于短路电压化的百分值，约为10%;输电线路由n形等值电路表示，线路串联的有功损耗与无功损耗与所通过的电流平方 成正比，即：化为风电场内PCC连接点电压，经过一段传输线路后与配电网前级电压化相连；电压化 与接入点注入的有功功率和无功功率有关;当风速出现波动时，会影响系统PCC点母线电压 的稳定，由于母线电压的波动，会增加风电场的网损，造成经济损失，当波动超过10%，会对 风电场的输出功率产生影响，所W需要对PCC点的无功功率进行调控，从而维持化的恒定； 稳态情况下，风电场并网运行，此时风电场为接入地区电网提供电能，采用单位功率因 数控制，整个风电场不与电网交换无功功率;系统电压调整取决于发电机、变压器和电网参 数等，通过确定无功需求，调节其定子电压，与转子电流； W风电减小有功损耗为目的，建立目标函数 Ploss = Pl+P2+P3Ps = Plt 式中，Pmi，Qmi分别为第i台双馈机组注入母线侧的有功、无功注入量;U为箱变高压侧母 线电压;Rti，化1分别为折算到箱变高压侧的电阻和集电线路电阻;Pi为风机铜耗;P2为线路 损耗;P3变压器有功损耗。 W风电场网损最小为原则，考虑到每台风机有功损耗，机组有功损耗主要为定、转子铜 耗，其中定子电流为转子电流为将Pcui整理成关于化的一元二次表达式式中，U功第i台风机的定子端电压;Xli = Xsi+Xmi，X2i = Xri+Xmi，其中，Xsi、Xm、Xri分别为 第i台风机的定子漏抗、励磁漏抗和转子漏抗； 线路中的有功损耗用无功损耗进行表达为：式中，化1为风电场内连接母线至风机集线和箱变的无功损耗值； 升压站中主变压器的有功损耗用无功损耗进行表示：综上，提出包含风电场内风机、箱式变压器、集电线路和主变压器在内的有功网损最小 的目标函数 min(F)=WlPl。ss+w泌c+MAUi+A2AQi 式中，PiMS为风电场有功损耗;Qc为风电场无功补偿设备投入容量；A化为各节点电压 越限值；A化为风机发出无功功率越限值;Wl和W2为有功网损和无功补偿容量的权重因子， 并且Wl+W2=l ;和为罚因子。6.根据权利要求5所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于： 其中优化模型的潮流约束条件为无功等式约束条件为 Qimin ^ Qi ^ Qimax 式中，巧1为第i台机组最大预测发出功率，Qimax为机组最大无功输出值，Qimin为机M最 小无功输出值，咚"了为节点电压波动范围。 7 .根据权利要求2所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于:所述 步骤4中，将并网点电压标么值划分成不同等级，分别为Ua、化、11〇、1]。、山，从不同等级的母线 电压作为限幅，对整个控制过程进行管理，保证在减小网损的过程中，兼顾母线电压质量； 令Uo=I,即不出现异常情况下母线电压，令化、Uc分别为Uo的±5%，令Ua、Ud分别为11〇的± 10%; (1) 当化处于电压幅值下半区时； 1)化卽a时，PCC点电压达到波动下限，需风电场提供无功功率，提高电压，风机控制方 式转换为恒电压控制； 2. Ua含化含化时，需要提供无功功率来减小风电场网损，但仍需无功功率保证电压，此 时调节风机无功输出为3)化^化^Uo时，此区间母线电压等级满足需求，风机提供无功功率减小网损，此时调 节风机无功输出为 Q = Qmi (2) 当化处于电压幅值上半区时，调节过程与流程（1)类似。8.根据权利要求2所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于:所述 步骤5中，建立抑制多目标电压波动的无功优化函数式中，Umea为并网点实测电压，Uref为电压参考值，巧。f为电压控制增益系数，T^f为电压 误差积分时间常数，Krx为无功功率补偿增益系数，Tint为控制时间尺度。9.根据权利要求8所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于:首先 根据电压实测值与电压参考值，根据风机恒电压控制方式，计算在恒电压控制方式下，整场 的无功需求值；同时引入电压波动抑制函数，求出抑制电压波动的无功参考值，得到最终无 功需求值，根据风电场SCADA数据，在对机组进行无功功率分配时，需充分考虑各个机组的 实时出力情况，运行状况，才能利用算法对机组进行不同的处理。本专利在对风电机组分类 时，主要在两个方面进行考虑的，首先是机组的运行状况，在分配过程中，应该先对运行状 况不好的机组优先考虑;其次考虑风速与风功率预测结果，按照风电场机组之间的运行状 态，将机组分为四类。第一类为下个周期停机机组;第二类为机组调节能力比前一个控制周 期强的机组，第=类为机组调节能力比前一个控制周期弱的机组，第四类为处于额定风速 W上，机组的无功调节能力恒定。机组的分配策略如下。式中，Qref为抑制电压波动计算得到的风电场无功需求;QlDSS为风电场无功损耗。 Qii = O式中，Qix为第X类第i台风机的无功输出值，Qix,t为当前周期的无功输出值，Qix,t+i为下 一个周期的无功输出值。
【专利摘要】本发明提出一种提高风电场经济运行的风机无功优化方法，该方法在风电机组恒定有功功率控制模式下结合风电场内有功损耗影响的多目标优化的无功功率分配方法，提高风电场经济运行；在风电机组恒定电压控制模式下采用多目标电压波动抑制维持并网点电压稳定，达到对风机无功调节能力的最大利用。其目的是实现风电场的经济运行，以及抑制电压波动，通过对风电场现场数据的采集，建立网络架构模型，在恒功率控制策略下，保证机组功率因数不变，通过无功调控完成经济运行。
【IPC分类】H02J3/16
【公开号】CN105591392
【申请号】CN201610053906
【发明人】杨俊友, 赵永兵, 孙立博, 邢作霞
【申请人】沈阳工业大学, 淄博金龙电力设备股份有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年1月26日