[发明专利]基于双馈风电机组风机拓扑结构的海上风电场无功优化配置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于双馈风电机组风机拓扑结构的海上风电场无功优化配置方法，是一种基于双馈风电机组(DFIG)(doubly fed induction generator)风机机群拓扑结构并且充分计及其无功调节，并考虑海缆对地电容与匝间电容的无功补偿配置方法。属于电力系统无功补偿技术领域。

背景技术

由于海上风资源丰富，具有高风速、低风切变、低湍流、高产出等显著优点，对环境影响小，不占用陆地面积，而且海上风电不会对人类居住环境造成噪声污染，因此近年来风电开发呈现从陆上向海上转移的趋势。

海上风电设备故障修复大多依靠维修船出海作业完成，运行维护成本比陆上风电高。因此，对海上风电系统可靠性要求非常高。其中，无功补偿方案设计尤为关键。但由于海底电缆的对地电容与匝间电容较大，海上风电场的动态无功分布及其补偿需求与陆上风电场有较大区别，因而陆上风电场无功补偿方案不适用于海上风电场。

早期风电场主流机型为笼型风力发电机组，由于笼型机组没有调节无功功率输出的能力，因此研究的方向主要集中在如何为风电场配置电容器等无功补偿装置上。随着风电机组制造和控制技术的不断发展，风能转化率更高的双馈风电机组成为风电主力机型。双馈感应电机(简称DFIG)具有PQ解耦控制能力，采用双馈感应电机(简称DFIG)的风电场能够动态连续调节无功功率输出，为电网提供电压支撑，因此可以作为风电场内的无功功率源。

目前的研究主要集中在如何确定双馈风电机组的无功调节能力和利用双馈机组参与风电场无功功率补偿策略研究上。且随着风电场并网容量的不断增大，近年来国内外在无功优化方面进行了大量研究：一些文献利用人工智能及一些优化方法，如遗传算法、粒子群算法、神经网络算法等都取得了一定成果；还有一些文献目前的研究主要集中在如何确定双馈风电机组的无功调节能力和利用双馈机组参与风电场无功功率补偿策略研究上。但按照该“利用双馈机组参与风电场无功功率补偿策略”的方法，仍然存在无功补偿点的补偿容量大、离散设备成本支出高、系统运行不稳定、安全性差和运行成本高等问题。

发明内容

本发明的目的，为了解决现有双馈机组参与风电场无功功率补偿存在无功补偿点的无功补偿容量大、离散设备调节成本支出高、系统运行不稳定、安全性差和运行成本高等问题，提供一种基于双馈风电机组风机拓扑结构的海上风电场无功优化配置方法。具有无功补偿点的无功补偿容量小、离散设备调节成本支出低、系统运行稳定、安全性高差和运行成本低等特点。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于双馈风电机组风机拓扑结构的海上风电场无功优化配置方法，其特征在于：

1)通过计算海上风电场双馈风电机组的无功极限，控制双馈风电机组的换流器进行无功调节，将双馈风电机组作为风电场连续无功源；

2)通过海上风电场无功的控制变量选择为发电机节点的双馈风电机组无功出力，以及海上升压站低压侧及陆上集控中心两个无功补偿点无功补偿设备的容量设置，将风电机组等效为电流可控的恒压功率源，并基于实际风电场与等效风电场的功率传输特性相同的原则，建立海上风电系统的风电场等值模型，为海上风电场无功优化建立前提条件；

3)在考虑双馈风电机组风机拓扑结构与海缆对地电容、匝间电容影响的基础上，应用CMO算法对海上风电场双馈风电机组的风机集群进行无功补偿。

本发明的目的还可以通过以下技术方案实现：

进一步地，第1)点中将双馈风电机组作为风电场连续无功源时，所述双馈风电机组的定子侧与电网直接相连，转子侧与电网通过网侧换流器和机侧换流器相连，由此实现转子侧功率的双向流动，进而实现双馈风机的变速恒频运行。

进一步地，第1)点中控制双馈风电机组的换流器进行无功调节，是指所述双馈风电机组通过对换流器控制实现有功和无功解耦控制，使得双馈风电机组具有动态调节无功能力。

进一步地，第1)点中控制双馈风电机组的换流器进行无功调节时，当网侧换流器不发出无功，双馈风电机组发出的无功等于定子侧发出的无功功率Q_S，

Q_T＝Q_S (3-1)

双馈风电机组DFIG的最优功率追踪曲线公式可用式(3-2)表示：

P_T＝K_opt(1-s)³ (3-2)

式中：P_T为双馈风电机组DFIG发出有功功率；Kopt为最佳转速时的比例常数；s为转差率，