[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

说明书

本发明涉及一种避开谐振区的海上风电场集电拓扑分析方法，公开了全海上风电场经交流海缆送出系统(集电系统、计及变流控制系统动态特性的海上风电机组、变电系统、输电系统及并网系统)的谐振风险评估及集电系统拓扑结构优化方法。所述方法包括：针对海上风电场经交流海缆送出系统推导得到集电系统的阻抗模型，并与推导得到的海上风电机组阻抗模型、变电系统阻抗模型、输电系统以及并网系统阻抗模型进行联立，构建得到海上风电场经交流海缆送出的全系统的导纳网络模型；基于构建得到的海上风电场经交流海缆送出系统的全系统的导纳模型，进行奇异值计算分析，绘制频率‑奇异值曲线，根据奇异值的幅频特性判断系统中的谐振频率点；改变集电系统的拓扑结构，进而改变奇异值对应的频率点或者是降低奇异值幅值。

技术领域

本发明涉及海上风电场经交流海缆送出系统的拓扑结构优化，尤其涉及海上风电场集电系统的拓扑结构优化，从改变系统谐振区域的角度对集电系统的拓扑结构进行优化。

技术背景

海上风电因其风力资源丰富、噪音小等优点得到了持续性的开发利用，海上风电场的集电系统是汇集电能进而进行集中外送的重要基础，因此开展海上风电场的集电系统拓扑结构优化评估具有重要的意义。然而现有海上风电场集电系统拓扑结构优化，主要是从设备自身的造价以及可靠性的角度来进行拓扑结构优化，但近些年来，海上风电机组、集电海缆、外送海缆以及并网系统间存在复杂的交互作用导致风电外送系统中存在谐波超标的问题，然而从全系统谐振的角度开展集电系统拓扑结构优化，现有研究关注减少。因此，从系统级谐振的角度开展海上风电场的拓扑结构优化具有重要的理论意义及实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种海上风电场集电系统的拓扑结构优化方法，从全系统谐振的角度计算其集电系统拓扑结构对谐振的影响。为此本发明采用以下技术方案：

针对海上风电场经交流海缆送出系统的拓扑结构，在构建得到海上风电场经交流海缆送出系统中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信息，构建得到海上风电场经交流海缆送出系统的全系统的阻抗网络电路；根据海上风电场经交流海缆送出系统阻抗网络拓扑结构的电路，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导纳网络矩阵；基于构建得到的导纳网络矩阵，计算导纳网络的奇异值，根据奇异值曲线来判断系统的谐振风险，绘制频率-奇异值曲线，对于某一频率处奇异值幅值过高的情况，进行重点关注；进而通过优化集电系统的海缆拓扑结构，来降低系统的奇异值幅值或者是使高幅值奇异值对应的频率点远离系统中谐波源对应的频率点，由此实现通过优化集电系统的拓扑结构降低系统中的谐振风险。

进一步地，构建海上风电场经交流海缆送出系统各元件阻抗模型，包括集电系统、风电机组、箱变、主变、外送海缆、并网系统各元件，其中风电机组的阻抗模型计及了与谐波密切相关的变流控制系统的动态特性，包括锁相环动态特性、电流内环动态特性以及功率外环的动态特性，在此基础上根据海上风电场经交流海缆送出系统的全系统的拓扑结构，将系统中各阻抗元件相连，构建得到全系统的阻抗电路。

进一步地，基于构建得到的海上风电场经交流海缆送出系统的阻抗电路，根据节点导纳法，形成海上风电场经交流海缆送出系统的全系统导纳网络模型，该导纳网络模型中包含海上风电场经交流海缆送出系统中单一元件的动态特性以及整个海上风电场经交流海缆送出系统的拓扑结构信息，基于该导纳网络模型能够从降低海上风电场经交流海缆送出系统全系统谐振风险的角度开展集电拓扑结构优化。

进一步地，在频率-奇异值特性曲线中，对于某一频率点处奇异值幅值较大的点，该点对应的频率需要重点关注。

进一步地，调整集电系统的拓扑网络结构，重新计算频率-奇异值曲线，使谐振的频率点发生偏移进而远离海上风电场经交流海缆并网系统中谐波源的频率或者是使奇异值幅值减小，即改变海上风电经交流海缆送出系统的谐振区域。