[发明专利]一种适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法

说明书

技术领域

    本发明属于风力发电系统仿真领域，尤其是设计一种适用于无功补偿的适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法。

背景技术

    近年来，风力发电技术的发展非常迅速。但因陆上风电场存在占地面积大，噪声污染严重以及风速不稳定的问题，目前风电的发展趋势从陆上风电向海上风电转移。

    对海上风电系统的设计研究，一般都要研究海上风电场的建模。在海上风电场的建模方面，目前海上风力发电机的主流单机容量为3-5MW，由于风机数量众多，如果分别对每台风机进行详细建模，那么整个风电场的模型将会是一个高阶模型，用电力仿真软件进行分析时计算量非常大, 计算时间长，占用内存大, 并且在数据处理和计算结果分析方面也非常困难。另一方面，在研究海上风电场系统中各种无功补偿装置对电网电压的影响时，也不需要对每台风机进行精确的建模。

    经对现有技术文献的检索发现，大规模风电并网的电力系统无功补偿研究（李亚明. 大规模风电并网的电力系统无功补偿研究[D]. 华北电力大学, 2012），分析了对静态电压稳定性分析方法、无功/电压常见控制措施进行研究,提出无功补偿策略；基于综合灵敏度的风电系统无功补偿研究（侯耀飞, 李广凯, 沈洁, 等. 基于综合灵敏度的风电系统无功补偿研究[J]. 电气时代, 2012 (9): 62-64）提出来电压/有功灵敏度指标,并综合考虑电压/无功灵敏度和电压/有功灵敏度指标进行无功补偿点的选择,并通过实际系统仿真验证了该方法的有效性，但是上述方法建模过程显得较为复杂和繁琐。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结合海上风电系统的运行特点，能够快速建模、且适用于海上风电场的无功补偿的适用于无功补偿的海上风电系统等值建模方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为一种适应于无功补偿的海上风电系统建模方法，包括以下步骤：

步骤一，根据海上风电系统拓扑结构对风电场内的风电机组进行分组，每组包括至少一台风电机组；

步骤二，每组的多台风电机组成的支路成为风电机组的单链支路，等值容量为所有风电机组的容量之和，采用潮流计算的方法求出等值风电机组的总容量；

步骤三，对每组的多台风电机中的变压器进行等值分析，得到等效多机系统；

步骤四，对多组风电机组的集电系统进行等值分析，得到等效多链系统；

步骤五，根据步骤二、三、四得出的结果，建立适用于无功补偿的海上风电系统的仿真模型。

所述步骤二中，根据海上风电系统的典型拓扑，每列的多台风机组成的支路成为风电机组的单链支路，等值容量为每台风电机组的容量之和。对于整个风电场来说，可根据风电机组和机组变压器参数等因素把风电场等值为1台或多台风电机组，并在潮流计算时把每台等值机组作为PQ节点，则等值风电机组的容量为：

所述步骤三中，根据变压器的无功损耗计算公式如下：

公式中，为空载时无功损耗，为额定负载时的有功损耗，为空载电流，为额定容量， 为变压器电抗。

从以上公式可以看出，无功损耗与系统的等效容量和通过的视在功率相关成正比，因此多个型号相同的变压器的无功损耗是关于视在功率的线性系统，满足叠加定理。

所述步骤四中，关于等效多链系统中集电系统等值分析的具体方案如下：

目前新建的海上风电场所选用的风电机组型号都一样，即单机容量和功率因数可调范围一致，同时海上风电场的集电系统中每条链路都是树状结构，对单链支路中的风机数分别为，，…，，等效多链系统中的单链支路数为进行等效系统的设计。

由于风机的型号都一样，当风机的输出视在功率一致时，可假设风机输出的有功功率为，无功功率为，在无功补偿设计时海上风电系统风机的输出功率都是一样的。由于风电场的输出可以看成是一个电流可控的恒压功率源，因此为了保证等效的准确性，则等效后的集电系统要保证与原系统的有功损耗和无功损耗相同。

对于单链支路中的电缆，其模型是长距离传输线模型，且电缆一般给出的参数包括单位长度电感、单位长度电容、单位长度电阻。根据长距离传输模型可知，电感和电阻是串联在传输线路中，而电容是并联在传输线路中。

由于海底电缆的线路上的电压基本上保持不变，根据以上可以计算条单链支路中的有功损耗和无功损耗等效值：