風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒?，包括以下步驟：按送出線路、風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部集電線路與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型特征，建立風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)等值模型；分別按風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功管理和電壓管理的要求，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)所需容性和感性無(wú)功容量范圍；計(jì)算所需的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的最小容量；以及按照優(yōu)先利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功容量的原則，將風(fēng)電場(chǎng)所需的無(wú)功容量配置到無(wú)功補(bǔ)償裝置。本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒軌蚧L(fēng)電場(chǎng)無(wú)功容量、降低風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功裝置投資。
【專利說(shuō)明】風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒?br> 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源與節(jié)能【技術(shù)領(lǐng)域】和電力系統(tǒng)電壓控制領(lǐng)域，尤其針對(duì)大型風(fēng)電場(chǎng)(30MW及以上)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒ā?br> 【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都曾發(fā)生過(guò)含大規(guī)模風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行事故，引起了廣泛關(guān)注。2011年我國(guó)甘肅省酒泉地區(qū)和河北張家口地區(qū)發(fā)生了多起大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電機(jī)組連鎖脫網(wǎng)事故，給電網(wǎng)安全帶來(lái)了嚴(yán)重影響。分析這一系列事故的發(fā)生原因，可以發(fā)現(xiàn)由風(fēng)電誘發(fā)的系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性問(wèn)題占了多數(shù)。由于大部分風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)離主干電網(wǎng)、需要通過(guò)輸電線路遠(yuǎn)距離傳輸電能使得風(fēng)電場(chǎng)的電壓控制非常困難。加之多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)常集中接入，造成風(fēng)電場(chǎng)集中地區(qū)的電網(wǎng)母線電壓經(jīng)常大幅波動(dòng)、匯集站調(diào)壓能力不足、缺乏足夠的電壓支撐點(diǎn)，進(jìn)一步給系統(tǒng)電壓調(diào)整造成很大困難。給風(fēng)電場(chǎng)配置充足、合理的無(wú)功補(bǔ)償裝置是從根本上改善風(fēng)電場(chǎng)電壓控制能力的關(guān)鍵。
[0003]2012年6月起生效的中國(guó)人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定(GB/T 19963-2011)》對(duì)通過(guò)110 (66) kV及以上電壓等級(jí)線路與電力系統(tǒng)連接的新建或擴(kuò)建風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功容量配置原則進(jìn)行了闡明，但該規(guī)定僅給出了指導(dǎo)性建議，無(wú)法直接用來(lái)指導(dǎo)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功配置。目前風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功容量配置存在的主要問(wèn)題在于:在現(xiàn)行工程計(jì)算中，往往采取風(fēng)電場(chǎng)額定容量一定百分比的形式粗略計(jì)算。計(jì)算結(jié)果極容易造成容量浪費(fèi)，帶來(lái)投資浪費(fèi)；或者容量不足；若二次采購(gòu)則受設(shè)備規(guī)格限制反而過(guò)剩。再者，目前風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功容量配置缺乏對(duì)無(wú)功補(bǔ)償類型的細(xì)分。在現(xiàn)行工程計(jì)算中，往往“寧枉毋縱”，對(duì)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)性能較好、價(jià)格較高的無(wú)功補(bǔ)償裝置配置過(guò)剩。
[0004]綜合考慮上述，提供一種能夠考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功容量、綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)接入方式、無(wú)功補(bǔ)償與電壓管理多目標(biāo)的無(wú)功容量計(jì)算方法及相應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償配置方案，解決目前風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功優(yōu)化配置問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]綜上所述，確有必要提供一種能夠計(jì)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功容量、綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)接入方式、無(wú)功補(bǔ)償與電壓管理多目標(biāo)的無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅桨福鉀Q目前風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功優(yōu)化配置問(wèn)題。
[0006]一種風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒?，包括以下步驟:步驟S10，按送出線路、風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部集電線路與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型特征，建立風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)等值模型；步驟S20，分別按風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功管理和電壓管理的要求，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)所需容性和感性無(wú)功容量范圍；步驟S30，計(jì)算所需的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的最小容量；以及步驟S40，按照優(yōu)先利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功容量的原則，將風(fēng)電場(chǎng)所需的無(wú)功容量配置到無(wú)功補(bǔ)償裝置。
[0007]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，通過(guò)考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功容量、綜合考慮風(fēng)電場(chǎng)接入方式、無(wú)功補(bǔ)償與電壓管理多目標(biāo)的無(wú)功容量配置方法，克服可大型風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)有無(wú)功補(bǔ)償裝置配置方法過(guò)于粗放的不足，達(dá)到優(yōu)化風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功容量、降低風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功裝置投資的作用。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒ǖ牧鞒虉D。
[0009]圖2為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)等值模型(單一類型風(fēng)力發(fā)電機(jī))的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖4為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)等值模型(多種類型風(fēng)機(jī))的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖5為本發(fā)明提供的所述風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部電網(wǎng)的等值模型中鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)集電線路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖6為本發(fā)明提供的所述風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部電網(wǎng)的等值模型中干線式集電線路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖7為本發(fā)明提供的所述風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功容量的計(jì)算方法的流程圖。
[0015]圖8為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)所需的無(wú)功容量配置到無(wú)功補(bǔ)償裝置的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面根據(jù)說(shuō)明書附圖并結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步詳細(xì)表述。
[0017]請(qǐng)一并參閱圖1及圖2，圖1為本發(fā)明提供的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒ǖ牧鞒虉D，包括以下步驟:
步驟S10，按送出線路、風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部集電線路與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型特征，建立風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)等值模型；
步驟S20，分別按風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功管理和電壓管理的要求，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)所需容性和感性無(wú)功容量范圍；
步驟S30，計(jì)算所需的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的最小容量；以及
步驟S40，按照優(yōu)先利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功容量的原則，將風(fēng)電場(chǎng)所需的無(wú)功容量配置到無(wú)功補(bǔ)償裝置。
[0018]在步驟SlO中，所述風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)等值模型包括風(fēng)電場(chǎng)外部電網(wǎng)的等值π模型、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等值模型以及集電線路等值模型。所述風(fēng)電場(chǎng)的外部電網(wǎng)的等值η模型、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等值模型與集電線路等值模型按送出線路、風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部集電線路與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型特征進(jìn)行建立。所述風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)等值模型可為圖3所示的單一類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的模型，也可為圖4所述由多種類型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組構(gòu)成的模型。具體的，所述步驟SlO具體可包括如下子步驟:
步驟S11，建立風(fēng)電場(chǎng)的外部電網(wǎng)的等值π模型。
[0019]所述風(fēng)電場(chǎng)的外部電網(wǎng)的等值π模型可通過(guò)實(shí)測(cè)或按線路廠家提供的每公里線路典型參數(shù)乘以長(zhǎng)度獲得線路電阻、電抗和電納三項(xiàng)參數(shù)，所述風(fēng)電場(chǎng)的外部電網(wǎng)的等值η模型的建模范圍以風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)為界、向公共電網(wǎng)延伸至對(duì)端系統(tǒng)母線。
[0020]步驟S12，根據(jù)容量倍增法建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等值模型。
[0021]所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等值模型如式(I)所示:^ =沒(méi)isi, 二 nA , Qi = ?iQi (I)
式中，A為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)目，Si為每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定容量，PiS每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有功出力，Qi為每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力。
[0022]對(duì)所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)組劃分時(shí)，可根據(jù)以下方法:(I)對(duì)于不同型號(hào)、不同廠家的雙饋、直驅(qū)機(jī)組，若都采用恒功率因數(shù)控制，則將采用恒功率因數(shù)控制的雙饋、直驅(qū)機(jī)組可合并為一組；(2)對(duì)于不同型號(hào)、不同廠家的籠型異步機(jī)組進(jìn)行單獨(dú)分組。進(jìn)一步，等值后的雙饋、直驅(qū)機(jī)組可以再次等值，方法與原則同上。
[0023]步驟S13，建立風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部電網(wǎng)的等值模型。
[0024]所述風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部電網(wǎng)的等值模型的建模范圍以風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)為界、向內(nèi)集電線路延伸至風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。其中，所述風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部機(jī)電變壓器參數(shù)和升壓變壓器模型參數(shù)可以通過(guò)實(shí)測(cè)或廠家提供的設(shè)備銘牌上得到。所述風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部電網(wǎng)的集電線路包括兩種基本結(jié)構(gòu):
(I)請(qǐng)一并參閱圖5，對(duì)一條饋線上多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)電路，其等值阻抗的計(jì)算方法為:
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒ǎㄒ韵虏襟E: 步驟S10，按送出線路、風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部集電線路與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組類型特征，建立風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)等值模型； 步驟S20，分別按風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功管理和電壓管理的要求，計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)所需容性和感性無(wú)功容量范圍； 步驟S30，計(jì)算所需的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的最小容量；以及 步驟S40，按照優(yōu)先利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功容量的原則，將風(fēng)電場(chǎng)所需的無(wú)功容量配置到無(wú)功補(bǔ)償裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒ǎ涮卣髟谟?，建立風(fēng)電場(chǎng)接入電力系統(tǒng)等值模型包括如下步驟: 通過(guò)實(shí)測(cè)或線路典型參數(shù)乘以長(zhǎng)度獲得線路電阻、電抗和電納三項(xiàng)參數(shù)，建立風(fēng)電場(chǎng)的外部電網(wǎng)的等值η模型； 根據(jù)容量倍增法建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組等值模型:? = ?為，P兩=MiPi , Qi= η仏,其中，&為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的 風(fēng)力發(fā)電機(jī)數(shù)目，Si為每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定容量，Pi為每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的有功出力，Qi為每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力；以及 根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部機(jī)電變壓器參數(shù)和升壓變壓器模型參數(shù)，建立風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部電網(wǎng)的等值模型。
3.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒ǎ涮卣髟谟?，根?jù)以下方法對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組劃分:(I)將采用恒功率因數(shù)控制的雙饋、直驅(qū)機(jī)組合并為一組；(2)對(duì)于不同的籠型異步機(jī)組進(jìn)行單獨(dú)分組。
4.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒ǎ涮卣髟谟?，所述風(fēng)電場(chǎng)所需配置的容性無(wú)功容量通過(guò)以下方法計(jì)算: (1)計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力達(dá)到最大時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓'若U辦>0.97則不用配置容性無(wú)功補(bǔ)償，否則進(jìn)入(2); (2)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)主變低壓側(cè)無(wú)功對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)的靈敏度: ,X 2 其中，式中Z3為風(fēng)電場(chǎng)送出線路電抗，R為升壓變壓器低壓側(cè)電壓； (3)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)所需無(wú)功:
Mmax = (0.97 - U科)。
5.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒?，其特征在于，所述風(fēng)電場(chǎng)所需配置的感性無(wú)功總?cè)萘客ㄟ^(guò)以下方法計(jì)算: (I)計(jì)算公共電網(wǎng)電壓U05處于上限值時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓^^￡的最大值，若Um ^1-07則不用配置感性無(wú)功補(bǔ)償，否則進(jìn)入(2)；(2)計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)所需無(wú)功
6.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒?，其特征在于，所述風(fēng)電場(chǎng)所需的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置最小容量通過(guò)以下方法確定: 動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量的容性可調(diào)范圍
7.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒?，其特征在于，將風(fēng)電場(chǎng)所需的無(wú)功容量配置到無(wú)功補(bǔ)償裝置包括以下方法:考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可控?zé)o功容量和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特點(diǎn)，計(jì)算除去風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功補(bǔ)償能力之后所需的集中動(dòng)態(tài)、靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量，將其對(duì)應(yīng)到電容器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器或靜止無(wú)功發(fā)生器上，獲得最終的復(fù)合無(wú)功容量的配置方法。
8.如權(quán)利要求7所述的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒?，其特征在于，所述?fù)合無(wú)功容量的配置包括以下步驟: (1)若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不具備調(diào)節(jié)能力，則該風(fēng)場(chǎng)的配置的靜止無(wú)功補(bǔ)償器或靜止無(wú)功發(fā)生器不得小于S30計(jì)算所得的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的最小容量；同時(shí)，電容器和靜止無(wú)功補(bǔ)償器等整體容量不得低于步驟S20中計(jì)算所得的風(fēng)電場(chǎng)所需容性和感性無(wú)功容量范圍； (2)若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具備無(wú)功調(diào)節(jié)能力且響應(yīng)速度為秒級(jí)，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功容量視為動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，所述無(wú)功補(bǔ)償裝置的配置方式如下: (2-1)計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無(wú)功補(bǔ)償容量上下限，所述無(wú)功補(bǔ)償容量上下限采用恒定功率因數(shù)控制的雙饋或直驅(qū)機(jī)組的計(jì)算
9.如權(quán)利要求所述的風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)呐渲梅椒?，其特征在于，根?jù)所述無(wú)功補(bǔ)償容量上下限對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行配置包括如下步驟: Ca)若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身無(wú)功容量不足以滿足步驟S30計(jì)算所得動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功容量，則該風(fēng)場(chǎng)需額外配置的靜止無(wú)功補(bǔ)償器或靜止無(wú)功發(fā)生器，保證其靜止無(wú)功補(bǔ)償器或靜止無(wú)功發(fā)生器容量與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無(wú)功容量之和不得低于步驟S30計(jì)算所得動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功容量，且電容器和靜止無(wú)功補(bǔ)償器整體容量不得低于步驟S20計(jì)算所得的整體無(wú)功補(bǔ)償容量;(b)若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組本身無(wú)功容量滿足步驟S30計(jì)算所得動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功容量外還有富裕，則在該風(fēng)場(chǎng)所需的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量中扣除風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的富裕容量，其余部分由安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置滿足步驟S20計(jì)算所得的整體無(wú)功補(bǔ)償容量； (c)若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組具備無(wú)功調(diào)節(jié)能力但響應(yīng)速度為分鐘級(jí)別，則將其無(wú)功容量視為靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，則該風(fēng)場(chǎng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量必須全部來(lái)自靜止無(wú)功補(bǔ)償器或靜止無(wú)功發(fā)生器，其容量不得小于步驟S30計(jì)算所得動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功容量；而該風(fēng)場(chǎng)所需的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量中優(yōu)先考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)組`發(fā)生量，其余部分由無(wú)功補(bǔ)償裝置滿足。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK103515967SQ201310423537
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】喬穎, 魯宗相, 張紅光, 齊軍 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司