[发明专利]减小风电场有功损耗的无功分配优化方法

摘要

本发明提供一种减小风电场有功损耗的无功分配优化方法，其目的是解决以往的方式不理想的问题，本发明通过对风电场各无功源的协调控制，实现对风电场母线电压在实时动态调节，此时各风电机组、箱变和集电线路有功损耗最小。

主权项

1.一种减小风电场有功损耗的无功分配优化方法，其特征在于：该方法的步骤如下：(一)根据实时采集的风电场母线电压、电流数据进行故障判定，风电场内控制点电压故障的判定，本方法取风电场母线电压为电压参考点，实时检测母线三相相电压和三相线电流，首先三相线电流通过零序电流互感器，判断该三相电流中零序电流是否大于该风电场零序保护中的动作电流，如果零序电流大于动作电流，则判断为系统故障，此时闭锁风电场无功调节，返回步骤(一)，否则继续判断三相电压，按照公式(1)计算三相电压的不平衡度LVUR，如果该不平衡度大于5％，则判定为系统故障，返回步骤1，否则进入步骤(二)；式中，Va，Vb，Vc为相电压有效值，Vav为三相相电压平均值；(二)、依据检测到的母线电压，与电压参考值作比较，实时计算电压偏差值，具体的说就是风电场无功功率的整定，实时测量母线电压同时无功控制器接收来自调度系统的电压参考值U₀，通过式(2)求得电压偏差值此时，为防止无功源频繁动作，需设定电压偏差值死区范围|ΔU|≤0.01，当电压偏差值小于死区范围时，返回步骤(一)，否则，进入步骤(三)；(三)、对电压偏差进行无功需求整定，实时检测母线的无功功率Q_m，根据步骤(二)得到的电压偏差值，无功电压整定过程可通过式(3)计算，此时无功功率分为两部分：一部分通过偏差值经PI调节控制器调节处理后输出并网点所缺的无功功率，另一部分为支撑当前电压水平的无功功率Q_m，将两者相加即算出风电场所需调节无功补偿量Q_ref，Q_ref即为下一时刻的风电场无功需求值，进入步骤(四)；上式中的k1，k2为PI调节控制器的控制参数；(四)实时采集注入母线的每条集电线路电流值，对箱变的电阻折算至高压侧，通过式(4)和(5)分别计算每条集电线路及其箱变的无功损耗值进入步骤(五)；第i台箱变和集电线路消耗的无功功率分别为：Qbi＝[UdIm/(100Ie)+I0/100]Se   (4)集电线路分两部分：式中Ud为箱变阻抗电压百分值，Im为箱变需要高压侧的工作电流值，Ie为箱变需要高压侧的额定电流值，I0为箱变的空载电流百分比，Se为箱变的额定容量，U为计算线路的额定电压，l为选取集电线路的长度，C、L分别为集电线路单位电容、电感，设在某一时刻，实时测量上述各量，可实时计算出箱变和集电线路的无功损耗值之和ΔQi；线路等值电容所消耗的无功为QCi，等值电感所消耗的无功为QLi；(五)依次检测每台风机的定子侧电压定子电阻R_1i、转子电阻R_2i、励磁感抗X_mi和风机出口有功功率P_i；并建立风机自身有功损耗最小的函数关系式，如式(7)所示，进入步骤(六)；(六)通过步骤(五)的检测值，实时计算每台风机的无功出力极限值，将其累加得到风电场全部风机无功出力极限值，并将该极限值与步骤(三)中无功需求值相比较，若需求值大于总极限值，则多余无功需求值由风电场内其他动态无功设备承担，各风电机组按最大无功进行出力，各无功补偿值由无功控制器发出无功补偿指令，进入步骤(十)，否则，进入步骤(七)；(七)通过步骤(二)、(三)和(五)，建立风电场内各箱变和集电线路的有功损耗函数式，如公式(14)所示，进入步骤(八)；式中：n为风电场内参与无功出力的双馈机组总台数，Pmi、Qmi分别为为第i台双馈机组注入母线侧的有功、无功注入量，U为站内高压侧母线电压，RTi、RLi分别为变压器折算到箱变高压侧的电阻和集电线路电阻，此时，有：Qmi＝QGi‑Qbi‑QCi‑QLi＝QGi‑ΔQi   (15)其中，ΔQ为在某一时刻下，箱变和集电线路的损耗值；Qmi为第i台双馈机组注入母线侧的无功量；QGi为双馈感应风电机组注入系统的无功功率；Qbi为第i台箱变和集电线路消耗的无功功率；QCi为线路等值电容所消耗的无功；QLi为线路等值电感所消耗的无功；(八)建立风电场内各网络元件有功损耗的目标函数关系式，包含风力发电机、箱变和集电线路，在此基础之上，考虑变速恒频风力发电机在该时刻有功功率值的条件下，单机无功出力极限值，设定约束条件，进入步骤(九)；设包含风电场内风力发电机、箱变和集电线路有功损耗的目标函数为F：fi为第i台双馈发电机组有功输出最小值，经整理得：式中，Ai、Bi、Ci为系数，分别为：Bi＝2aΔQi+b   (19)无功功率平衡约束方程为：变量Qmi的约束条件为：QGimin‑ΔQi≤Qmi≤QGimax‑ΔQi   (22)其中，式中，a，b，c为常数，由公式(17)整理得到；(九)对目标函数选择方法，具体步骤如下：根据目标函数和相应的约束条件，建立新的、不受约束的目标函数L，即拉格朗日函数：根据目标函数和相应的约束条件，建立新的、不受约束的目标函数L，即拉格朗日目标函数L；式中，F为公式(16)中提及的包含风电场内风力发电机、箱变和集电线路有功损耗的目标函数求取上式L的最小值，L中有n个变量Qmi和1个变量λ，分别对n+1个变量求偏导并令其等于零，得到：由于F函数式中，代入上式，可知经整理，最终得到：所得结果Qmi为第i台风力发电机注入母线侧的无功功率，经过QGi＝Qmi+ΔQi，可得到每台机组的无功出力值；由于上述算法未考虑风电机组无功极限的不等式关系，当求得的QGi超过该时刻有功功率出力条件下的风电机组无功的无功极限时，该风电机组按的最大无功进行出力，超出部分由风电场动态无功补偿设备承担；各无功补偿值由无功控制器发出无功补偿指令，进入步骤(十)；(十)、各风电机组和动态无功补偿设备按各自接收到的无功指令值进行无功补偿。