[发明专利]一种避开谐振区的海上风电场集电系统拓扑优化方法

权利要求书

1.一种避开谐振区的海上风电场集电拓扑分析方法，其特征在于，从改变海上风电场经交流海缆送出系统谐振特性的角度开展风电场集电系统的拓扑结构优化，在开展集电系统谐振风险评估时，同时考虑海上风电机组变流控制系统的动态特性、变电系统、输电系统以及并网系统的影响；在建立集电系统、风电机组、箱变、主变、外送海缆及并网系统各元件阻抗模型的基础上，根据海上风电场经交流海缆送出系统的拓扑结构特点，将各元件按照海上风电场经交流海缆送出系统的拓扑结构进行连接，进而构建得到海上风电场经交流海缆送出系统的阻抗电路；基于海上风电场经交流海缆送出系统的全系统的阻抗电路，采用节点导纳法构建得到海上风电场经交流海缆送出系统的全系统导纳网络模型；基于推导得到的海上风电场经交流海缆送出系统的导纳网络模型，进行奇异值计算，绘制频率-奇异值幅值曲线，选择奇异值幅值较大的点；调整集电系统的拓扑结构，降低奇异值幅值或者使频率点与谐波源频率点不一致，进而达到降低海上风电场经交流海缆送出系统中谐波幅值的目的；由此实现通过优化集电系统的网络拓扑结构，避开系统的谐振区域；

其中，计及集电系统网络拓扑结构及风电机组动态特性的全系统的相坐标系下网络导纳模型如下所示：

上述矩阵中，各变量的求解过程如下所示：

对于处于各条链的一端的节点，1、8、15及22其自导纳G_i,i及互导纳G_i,i+1分别如下所示：

其中i为各节点编号，G_WTi为接入节点i处的风机导纳，G_ci,1为节点i的对地电导；G_linei为节点i与i+1之间的线路导纳；Z_Wi为接入节点i的海上风电机组的等效阻抗；Z_WTi为接入节点i箱变的等效阻抗；

对于处于各链中间的节点，2-6，9-13，16-21，23-27，其自导纳G_i,i及互导纳G_i,i+1分别如下所示：

G_ii＝G_WTi+G_linei-1+G_linei+G_ci-1,2+G_ci,1

G_i,i-1＝-G_linei-1

G_i,i+1＝-G_linei

i＝2,3,4,5,6,9，10,11,12,13,16，17,18,19,20,21,23,24,25,26,27

其中G_WTi为接入节点i处风机的导纳，G_linei-1为节点i-1至节点i之间的线路导纳；G_linei为节点i至节点i+1之间线路的导纳；

对于各链中，与汇流母线相连的节点，7、14、21及28，给出其节点导纳矩阵的计算公式如下所示：

G_i,i＝G_WTi+G_linei-1+G_linei+G_ci-1,2+G_ci,1

G_i,i-1＝-G_linei-1

G_i,29＝-G_linei

i＝7,14,21,28

上式中，G_WTi为接入节点i处风机导纳；G_linei-1为节点i与i-1之间线路导纳；G_linei为节点i与节点29之间的线路；G_ci-1,2为线路i-1对地导纳；G_ci,1为线路i对地导纳；

对于汇流母线节点29，其自导纳及互导纳如下所示：

G_29,29＝G_line7+G_line14+G_line21+G_line28+G_c7-2+G_c14-2+G_c21-2+G_c28-2+G_T

G_29,7＝-G_line7

G_29,14＝-G_line14

G_29,21＝-G_line21

G_29,28＝-G_line28

G_29,30＝-G_T

上述各式中，G_line7、G_line14、G_line21及G_line28分别为线路7、14、21及28的线路导纳；G_c7-2、G_c14-2、G_c21-2及G_c28-2分别为线路对地导纳；G_T为变压器等效导纳；

对于升压变高压侧节点30，其自导纳及互导纳的表达式如下所示：

G_30,30＝G_T+G_c30+G_line30

G_30,31＝-G_line30

G_30,29＝-G_T

其中G_T为变压器导纳；G_c30为外送海缆对地电容；G_line30为线路30的导纳；

对于外送海缆的系统并网点31，其自导纳及互导纳的表达式如下所示：

G_31,31＝G_line30+G_c30+G_s

G_31,30＝-G_line30

其中，风电机组的阻抗表达式如下所示：

其中，风机阻抗模型Z_W；V₁为母线电压基频分量幅值；I₁为母线电流的幅值；上标^*代表共轭。