專利名稱：風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，尤其是一種風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
隨著常規(guī)能源的日益減少，風(fēng)電發(fā)電逐步成為一種勢在必行的發(fā)展趨勢。但是，風(fēng)能作為一種間歇性能源受環(huán)境影響較大，由于風(fēng)速等環(huán)境因素的變化，風(fēng)電場的有功功率和無功功率都會隨之變化，使得風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行時(shí)會吸收大量的無功功率，無功功率的變化將會引起電網(wǎng)中的電壓波動，甚至影響電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性，同時(shí)增加區(qū)域電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗。目前，風(fēng)電場主要采用以下兩種無功補(bǔ)償方法一是在風(fēng)電場中投入靜態(tài)電容器動作補(bǔ)償，從而使得累積無功功率滿足電網(wǎng)公司要求，該方法存在的問題是在風(fēng)電場運(yùn)行期間，由于電容器投切動作特性，不能很好地跟隨風(fēng)電場無功功率變化的需求，使得部分時(shí)間內(nèi)的無功功率超出規(guī)定要求；二是在風(fēng)電場中投入大量的動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，如SVC或STATC0M等，該方法可以滿足風(fēng)電場無功功率的快速變化，但是，動態(tài)無功補(bǔ)償裝置造價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)性較差，制約了動態(tài)無功補(bǔ)償裝置的實(shí)際使用。綜上所述，現(xiàn)有的無功補(bǔ)償方法均存在不同的問題，難以滿足風(fēng)電場無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)和技術(shù)需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、能夠提高風(fēng)電場無功補(bǔ)償性能并能夠降低無功補(bǔ)償設(shè)備投資的風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法，包括以下步驟(1)分析風(fēng)電場的無功輸出特性，在風(fēng)電場中安裝無功補(bǔ)償進(jìn)行裝置并對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行容量配置；(2)檢測風(fēng)機(jī)出口處及風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處的無功功率，對風(fēng)電場進(jìn)行靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償投切控制。而且，所述風(fēng)電場的無功輸出特性包括風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型、風(fēng)電場無功功率與有功功率的關(guān)系、風(fēng)電場無功功率與并網(wǎng)點(diǎn)電壓的關(guān)系和風(fēng)電場動態(tài)無功特性。而且，所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型包括異步機(jī)組、雙饋機(jī)組和永磁直驅(qū)機(jī)組；所述風(fēng)電場無功功率與有功功率的關(guān)系為無功功率均隨有功功率的升高呈現(xiàn)上升趨勢；所述風(fēng)電場無功功率與并網(wǎng)點(diǎn)電壓的關(guān)系為隨著并網(wǎng)點(diǎn)電壓升高，從外部電網(wǎng)吸收的無功均呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢；所述風(fēng)電場動態(tài)無功特性為風(fēng)電場全天無功功率在各區(qū)間段內(nèi)有圍繞波動中心波動。而且，在風(fēng)電場中安裝無功補(bǔ)償進(jìn)行裝置并對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行容量配置的方法為
(1)對于異步感應(yīng)風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)電場，在風(fēng)機(jī)端加裝無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行分散補(bǔ)償， 并在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處安裝集中無功補(bǔ)償裝置；風(fēng)機(jī)端的分散無功補(bǔ)償容量為單臺風(fēng)機(jī)額定容量的50%，風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處的集中無功補(bǔ)償為風(fēng)電場無功總需求與分散無功補(bǔ)償?shù)牟钪?；在風(fēng)電場中配備感性動態(tài)無功補(bǔ)償和容性動態(tài)無功補(bǔ)償，該感性動態(tài)無功補(bǔ)償容量和容性動態(tài)無功補(bǔ)償容量均約為風(fēng)電場總裝機(jī)容量的10% ；(2)對于雙饋風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)電場，在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處加裝無功補(bǔ)償裝置，并在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，在風(fēng)電場中還應(yīng)配備感性動態(tài)無功補(bǔ)償和容性動態(tài)無功補(bǔ)償，該感性動態(tài)無功補(bǔ)償容量和容性動態(tài)無功補(bǔ)償容量均約為風(fēng)電場總裝機(jī)容量的 4% ；(3)對于永磁風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)電場，在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處加裝無功補(bǔ)償裝置，并在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，在風(fēng)電場中還應(yīng)配備感性動態(tài)無功補(bǔ)償和容性動態(tài)無功補(bǔ)償，該感性動態(tài)無功補(bǔ)償容量和容性動態(tài)無功補(bǔ)償容量均約為風(fēng)電場總裝機(jī)容量的 4%。而且，所述對風(fēng)電場進(jìn)行靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償投切控制方法包括以下步驟(1)將靜態(tài)無功補(bǔ)償?shù)确譃槿舾山M；(2)檢測風(fēng)機(jī)出口處未加無功補(bǔ)償時(shí)的無功功率，如果無功功率過大，則使風(fēng)機(jī)出口靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入工作輸出無功；(3)檢測未加入無功補(bǔ)償時(shí)風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的無功功率，如果達(dá)到靜態(tài)無功補(bǔ)償投切動作時(shí)間，則計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)的無功功率平均值；(4)根據(jù)無功功率平均值及靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置分組情況，確定風(fēng)電場靜態(tài)無功補(bǔ)償投切組數(shù)及容量，并將靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置分組投切運(yùn)行；(5)檢測采用靜態(tài)無功補(bǔ)償后風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的無功功率；(6)根據(jù)實(shí)際情況投入動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，如果需要動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)脑?，則計(jì)算動態(tài)無功補(bǔ)償投切容量，并將動態(tài)無功補(bǔ)充裝置投切運(yùn)行；(7)檢測動態(tài)補(bǔ)償后風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處的無功功率，分析其是否滿足無功預(yù)定要求。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，根據(jù)風(fēng)電場的無功輸出特性，在風(fēng)電場中安裝無功補(bǔ)償進(jìn)行裝置并對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行容量配置，對風(fēng)電場中靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)耐肚锌刂疲瑢?shí)現(xiàn)風(fēng)電場的靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償結(jié)合運(yùn)行，在風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置投入最優(yōu)情況下，保證風(fēng)電場與電網(wǎng)的無功功率，以而達(dá)到維持電網(wǎng)穩(wěn)定的效果，提高了風(fēng)電場無功補(bǔ)償性能，降低了無功補(bǔ)償設(shè)備投資，滿足了風(fēng)電場無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)和技術(shù)需求。


圖1是風(fēng)電場結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是三種風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖，其中圖2(a)是異步風(fēng)電機(jī)組，圖2 (b)是雙饋風(fēng)電機(jī)組，圖2(c)是永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組；圖3是異步發(fā)電機(jī)簡化等值模型；圖4是風(fēng)電場一日風(fēng)速曲線示意圖(單位m/s)；
圖5是異步風(fēng)電場動態(tài)無功特性示意圖(單位MVar)；
圖6是雙饋風(fēng)電場動態(tài)無功特性示意圖(單位MVar)；
圖7是永磁風(fēng)電場動態(tài)無功特性示意圖(單位MVar)；
圖8是異步風(fēng)電場無功補(bǔ)償方法示意圖9是雙饋風(fēng)電場無功補(bǔ)償方法示意圖10是永磁風(fēng)電場無功補(bǔ)償方法示意圖11是動態(tài)靜態(tài)無功補(bǔ)償配合流程圖12是風(fēng)電場無功功率曲線圖13是風(fēng)電場靜態(tài)無功補(bǔ)償投切曲線圖14是風(fēng)電場靜態(tài)無功補(bǔ)償后無功功率曲線圖15是風(fēng)電場動態(tài)無功補(bǔ)償投切曲線圖16是風(fēng)電場動態(tài)無功補(bǔ)償后無功功率曲線圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述一種風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法，通過分析風(fēng)電場的無功輸出特性，在風(fēng)電場中安裝無功補(bǔ)償進(jìn)行裝置并對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行容量配置，對風(fēng)電場中靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)耐肚锌刂?，?shí)現(xiàn)風(fēng)電場的靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償結(jié)合運(yùn)行功能?，F(xiàn)以圖1所示的典型風(fēng)電場為例進(jìn)行說明。該典型風(fēng)電場由33臺1.5麗風(fēng)力發(fā)電機(jī)構(gòu)成，其中每11臺風(fēng)機(jī)為1組，共分為3組，總裝機(jī)容量為49. 5麗。每臺風(fēng)機(jī)通過 0. 69/35kV箱式變壓器升壓至35kV，風(fēng)電場的匯流站選用容量為50MVA的升壓變壓器，集中升壓至IlOkV并入電網(wǎng)。基于上述風(fēng)電場結(jié)構(gòu)，一種風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法包括以下步驟1、分析風(fēng)電場的無功輸出特性，在風(fēng)電場中安裝無功補(bǔ)償進(jìn)行裝置并對無功補(bǔ)償
裝置進(jìn)行容量配置。在本步驟中，風(fēng)電場的無功輸出特性主要從風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的類型、風(fēng)電場無功功率與有功功率的關(guān)系、風(fēng)電場無功功率與并網(wǎng)點(diǎn)電壓的關(guān)系以及風(fēng)電場動態(tài)無功特性四個(gè)方面分析風(fēng)電場的無功輸出特性。下面分別進(jìn)行說明(1)風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型有三種異步機(jī)組、雙饋機(jī)組和永磁直驅(qū)機(jī)組，其結(jié)構(gòu)分別如圖2所示。風(fēng)電機(jī)組中采用異步發(fā)電機(jī)將風(fēng)機(jī)吸收的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，其等值模型如圖3所示，其中，&為定子電抗；x2為轉(zhuǎn)子電抗；xm為勵磁電抗；r2為轉(zhuǎn)子電阻；s為滑差率。異步發(fā)電機(jī)輸出的有功、無功以及有功無功之間的關(guān)系分別為
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法，其特征在于包括以下步驟(1)分析風(fēng)電場的無功輸出特性，在風(fēng)電場中安裝無功補(bǔ)償進(jìn)行裝置并對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行容量配置；(2)檢測風(fēng)機(jī)出口處及風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處的無功功率，對風(fēng)電場進(jìn)行靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償投切控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法，其特征在于所述風(fēng)電場的無功輸出特性包括風(fēng)電場中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型、風(fēng)電場無功功率與有功功率的關(guān)系、風(fēng)電場無功功率與并網(wǎng)點(diǎn)電壓的關(guān)系和風(fēng)電場動態(tài)無功特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法，其特征在于所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)類型包括異步機(jī)組、雙饋機(jī)組和永磁直驅(qū)機(jī)組；所述風(fēng)電場無功功率與有功功率的關(guān)系為無功功率均隨有功功率的升高呈現(xiàn)上升趨勢；所述風(fēng)電場無功功率與并網(wǎng)點(diǎn)電壓的關(guān)系為隨著并網(wǎng)點(diǎn)電壓升高，從外部電網(wǎng)吸收的無功均呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢； 所述風(fēng)電場動態(tài)無功特性為風(fēng)電場全天無功功率在各區(qū)間段內(nèi)有圍繞波動中心波動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法，其特征在于在風(fēng)電場中安裝無功補(bǔ)償進(jìn)行裝置并對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行容量配置的方法為(1)對于異步感應(yīng)風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)電場，在風(fēng)機(jī)端加裝無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行分散補(bǔ)償，并在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處安裝集中無功補(bǔ)償裝置；風(fēng)機(jī)端的分散無功補(bǔ)償容量為單臺風(fēng)機(jī)額定容量的50%，風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處的集中無功補(bǔ)償為風(fēng)電場無功總需求與分散無功補(bǔ)償?shù)牟钪担辉陲L(fēng)電場中配備感性動態(tài)無功補(bǔ)償和容性動態(tài)無功補(bǔ)償，該感性動態(tài)無功補(bǔ)償容量和容性動態(tài)無功補(bǔ)償容量均約為風(fēng)電場總裝機(jī)容量的10% ；(2)對于雙饋風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)電場，在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處加裝無功補(bǔ)償裝置，并在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，在風(fēng)電場中還應(yīng)配備感性動態(tài)無功補(bǔ)償和容性動態(tài)無功補(bǔ)償，該感性動態(tài)無功補(bǔ)償容量和容性動態(tài)無功補(bǔ)償容量均約為風(fēng)電場總裝機(jī)容量的4% ；(3)對于永磁風(fēng)機(jī)組成的風(fēng)電場，在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處加裝無功補(bǔ)償裝置，并在風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處安裝動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，在風(fēng)電場中還應(yīng)配備感性動態(tài)無功補(bǔ)償和容性動態(tài)無功補(bǔ)償，該感性動態(tài)無功補(bǔ)償容量和容性動態(tài)無功補(bǔ)償容量均約為風(fēng)電場總裝機(jī)容量的4%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法，其特征在于所述對風(fēng)電場進(jìn)行靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償投切控制方法包括以下步驟(1)將靜態(tài)無功補(bǔ)償?shù)确譃槿舾山M；(2)檢測風(fēng)機(jī)出口處未加無功補(bǔ)償時(shí)的無功功率，如果無功功率過大，則使風(fēng)機(jī)出口靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置投入工作輸出無功；(3)檢測未加入無功補(bǔ)償時(shí)風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的無功功率，如果達(dá)到靜態(tài)無功補(bǔ)償投切動作時(shí)間，則計(jì)算該時(shí)間段內(nèi)的無功功率平均值；(4)根據(jù)無功功率平均值及靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置分組情況，確定風(fēng)電場靜態(tài)無功補(bǔ)償投切組數(shù)及容量，并將靜態(tài)無功補(bǔ)償裝置分組投切運(yùn)行；(5)檢測采用靜態(tài)無功補(bǔ)償后風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的無功功率；(6)根據(jù)實(shí)際情況投入動態(tài)無功補(bǔ)償裝置，如果需要動態(tài)無功補(bǔ)償?shù)脑?，則計(jì)算動態(tài)無功補(bǔ)償投切容量，并將動態(tài)無功補(bǔ)充裝置投切運(yùn)行；(7)檢測動態(tài)補(bǔ)償后風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處的無功功率，分析其是否滿足無功預(yù)定要求。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場無功補(bǔ)償優(yōu)化配置及運(yùn)行方法，其技術(shù)特點(diǎn)是包括以下步驟(1)分析風(fēng)電場的無功輸出特性，在風(fēng)電場中安裝無功補(bǔ)償進(jìn)行裝置并對無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行容量配置；(2)檢測風(fēng)機(jī)出口處及風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)處的無功功率，對風(fēng)電場進(jìn)行靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償投切控制。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場的靜態(tài)無功補(bǔ)償與動態(tài)無功補(bǔ)償結(jié)合運(yùn)行，在風(fēng)電場無功補(bǔ)償裝置投入最優(yōu)情況下，保證風(fēng)電場與電網(wǎng)的無功功率，以而達(dá)到維持電網(wǎng)穩(wěn)定的效果，提高了風(fēng)電場無功補(bǔ)償性能，降低了無功補(bǔ)償設(shè)備投資，滿足了風(fēng)電場無功補(bǔ)償?shù)慕?jīng)濟(jì)和技術(shù)需求。
文檔編號H02J3/18GK102377189SQ20111038359
公開日2012年3月14日 申請日期2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月28日
發(fā)明者劉中勝, 劉貫紅, 吳金玉, 孫愛民, 廖承民, 張?jiān)闯? 林勇, 王君安, 王濤, 申剛, 葛少云, 陳曉東 申請人:天津天大求實(shí)電力新技術(shù)股份有限公司, 山東電力集團(tuán)公司濰坊供電公司