[发明专利]风机群的无功功率任务分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域。更具体地讲，涉及一种风机群的无功功率任务分配方法。 

背景技术

随着技术的发展，可再生能源的关注和利用程度日益增加，其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的能源技术。然而，我国风电行业“建设大基地，融入大电网”的发展规划与欧洲“分散上网，就地消纳”不同，有着“大规模”、“高集中”等特点。间歇性风电造成电网电压波动，系统短路容量增加，暂态稳定性改变，特别在大规模风电集中接入电网情况下尤为突出。同时，电网末端电能质量也会影响风电场，例如电网扰动导致风机脱网、风电场解列，不平衡电压会造成机组振动、过热等。 

研究风电场并网的技术关键，在于将风电场作为一个整体单元接入电网来分析，通过改善风电场并网点(简称PCC)的稳定性，以实现整个风电场的并网性能提高。 

PCC点的稳定性最重要的指标为电压稳定性。电压波动直接影响了风机的安全稳定运行，危害甚至波及所接入的电力网络。根据潮流分析技术可知，PCC点的电压主要受该点的无功功率影响：当消耗感性无功功率(即吸收无功功率)过多时电压将会下降；反之，当发出感性无功功率(即发出无功功率)过多时电压将会上升。通过某些技术控制PCC点的无功功率动态平衡，即可达到控制PCC点电压稳定的效果。 

然而，在现有技术中，控制风电场PCC点的无功功率平衡，会受到两个技术点制约：首先必须满足我国电力系统无功功率“分层分区”控制原则，其次必须充分考虑风电场无功功率源的控制机理。 

当前主要使用集中无功补偿设备(例如静止无功功率补偿装置SVC)进行无功功率补充。集中无功补偿设备对风电场的无功功率平衡起到了积极有效的作用，但也存在造价高、损耗大和稳定性差的缺陷，并且SVC与风机运 行配合差。 

图1是示出根据现有技术的依靠集中无功功率补偿设备来实现PCC点的电压控制的风电场电压自动控制(AVC)系统的拓扑示意图。 

如图1所示，在根据现有技术的风电场AVC系统中，多条风电汇集线路1-N(每条风电汇集线路包括多个风机)以及设置有SVC的SVC线路接入到低压母线，低压母线上的电压经由变压器升压，接入高压母线，然后经由PCC点通过送出线路接入大电网，从而实现风电场并网，其中，SVC根据低压母线和/或高压母线的电压变化，自动发出无功功率或吸收无功功率，从而调节PCC点的电压。 

然而，根据现有技术的风电场AVC系统存在以下缺点： 

(1)要实现整个风电场电压稳定，需要装设大于总装机容量20％～50％的集中无功功率补偿设备(即，SVC)，而SVC造价昂贵，存在固有损耗，却稳定性不高； 

(2)当母线电压降低时，SVC发出无功功率的能力下降，其补偿能力成平方倍地下降； 

(3)不利于风机发出无功功率的能力，这造成重要无功功率源的浪费。 

实际上，风机具有额外发出或吸收无功功率的能力，但单个风机的自由控制会引起风电场无功功率内耗，无法达到指定控制目标，因此基本不使用风机提供的无功功率进行无功补偿。为了降低采用SVC导致的高成本，可考虑使用风电场中的风机群来实现无功功率的补偿。然而，由于风电场内风机群具有数量大、分布广的特点，风速具有随机性特点，故而每台风机当前的无功功率输出能力以及吸收能力相互不同，且实时变化的，使得即使在明确了无功功率总需求量的情况下，风电场AVC系统分配每台风机无功功率任务的配额尤为困难。 

例如，如果不考虑风机当前的无功功率能力，而简单让风机承担平均的无功功率任务，会出现如下问题： 

(1)部分风机无法完成超额的无功功率任务，容易发生机组损坏，或者根本无法执行； 

(2)部分风机具有较大的无功功率能力，但只利用了一小部分，造成浪费； 

(3)没有考虑潮流的分布特性，造成风电场内无功功率换流，无法送 出到风电场外。表现为部分风机发出的无功功率被其他风机吸收，或者部分风机发出的无功功率根本无法流出风电场。 

为此，需要提供一种风机群的无功功率分配方法，以挖掘风电场内风机发出无功功率的能力，使风电场无功功率达到更好的动态平衡，提高风电场并网性能，并降低成本。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种风机群的无功功率分配方法，以解决上面的至少一个技术问题。