本發(fā)明屬于新能源接入電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分散式風(fēng)電場并網(wǎng)方法。

背景技術(shù)：

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的飛速發(fā)展，風(fēng)電滲透率也不斷提高，分散式風(fēng)電場因地制宜的就近接入配電網(wǎng)在改善配電線路末端電壓質(zhì)量問題的同時(shí)，也出現(xiàn)了因過電壓而脫網(wǎng)的問題，對(duì)風(fēng)電高效消納產(chǎn)生影響。因此，確保風(fēng)電場在風(fēng)速變化導(dǎo)致風(fēng)電出力波動(dòng)的情況下能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有重要的理論意義和工程價(jià)值。分散式風(fēng)電場接入配電網(wǎng)后，傳統(tǒng)單電源網(wǎng)絡(luò)變?yōu)槎嚯娫淳W(wǎng)絡(luò)，由于風(fēng)電出力的隨機(jī)波動(dòng)性，風(fēng)電場的有功輸出對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓產(chǎn)生影響，當(dāng)風(fēng)電場出力較大而配電線路中所帶負(fù)荷較小時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)可能出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象而導(dǎo)致風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，影響風(fēng)電消納。

目前，國內(nèi)外對(duì)于雙饋風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行控制方式主要有兩種：1)恒功率因數(shù)控制方式，在風(fēng)電場有功出力變化時(shí)，保證功率因數(shù)恒定不變，風(fēng)電機(jī)組輸出端電壓在一定范圍內(nèi)變化；2)恒電壓控制方式，在風(fēng)電場有功出力變化時(shí)，保持風(fēng)電機(jī)組輸出端電壓恒定，風(fēng)電機(jī)組功率因數(shù)在一定范圍內(nèi)可調(diào)。但是，第1)類控制方式不能發(fā)揮雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電壓無功調(diào)節(jié)能力，進(jìn)而使整個(gè)風(fēng)電場參與電網(wǎng)電壓無功調(diào)節(jié)的能力降低，不利于風(fēng)電場和電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定。第2)類控制方式，風(fēng)速的隨機(jī)波動(dòng)使輸電線路潮流頻繁變化，給控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性帶來了挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種含雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分散式風(fēng)電場并網(wǎng)方法，克服分散式風(fēng)電場在并網(wǎng)發(fā)電過程中由于過電壓而脫網(wǎng)的問題，針對(duì)過電壓問題，有效解決分散式風(fēng)電并網(wǎng)安全的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是，一種含雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分散式風(fēng)電場并網(wǎng)方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1，采集風(fēng)電場出口側(cè)母線電壓實(shí)際數(shù)據(jù)，以及風(fēng)電場總的有功功率和無功功率并將其表示為pi、qi；

步驟2，計(jì)算無功功率的需求量；

步驟3，根據(jù)不同情況，分別進(jìn)行控制。

本發(fā)明的特征還在于，

所述的步驟2具體為，計(jì)算無功功率的需求量，將當(dāng)前時(shí)刻的前兩個(gè)控制周期測得的電氣量做差，近似等于該控制周期qv曲線的斜率，乘以目標(biāo)電壓值vtar與實(shí)際電壓值vi的差，即，

按照公式(1)計(jì)算出無功功率的需求量。

所述的步驟3具體按照以下步驟實(shí)施，

步驟3.1，根據(jù)風(fēng)場集控運(yùn)行平臺(tái)，檢測出并網(wǎng)點(diǎn)電壓值vi，

步驟3.2，判斷并網(wǎng)點(diǎn)電壓vi是否在可穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電壓區(qū)間內(nèi)，若vi在可穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電壓區(qū)間內(nèi)，則風(fēng)場運(yùn)行狀況維持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行；否則轉(zhuǎn)入步驟3.3進(jìn)行判定；

步驟3.3，判斷vi是否位于可短時(shí)運(yùn)行需調(diào)控的電壓區(qū)間內(nèi)，如果vi在可短時(shí)運(yùn)行需調(diào)控的電壓區(qū)間內(nèi)，則以v3^max為目標(biāo)電壓值，根據(jù)式(1)來求得無功需求量；若vi并不位于電壓區(qū)間(v3^max，v2^max)內(nèi)，則轉(zhuǎn)步驟3.4；

步驟3.4，判斷vi是否位于危險(xiǎn)運(yùn)行的電壓區(qū)間中，若位于(v1^min，v2^min)中，則以v3^min為目標(biāo)電壓值根據(jù)式(1)來求得無功需求量，

若vi位于區(qū)間(v2^max，v1^max)中，則以v3^max為目標(biāo)電壓值，求出所發(fā)無功功率；

步驟3.5，根據(jù)步驟3.4、3.3和3.2中風(fēng)場所需要提供的無功功率補(bǔ)償量，來調(diào)節(jié)dfig無功輸出，使得電壓恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間，或直至dfig自身對(duì)應(yīng)的無功功率輸出極限。

所述的可穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電壓區(qū)間為(v2^min，v3^max)，其中，v2^min表示并網(wǎng)點(diǎn)可安全運(yùn)行的最低并網(wǎng)點(diǎn)電壓，v3^max表示可安全運(yùn)行的最高并網(wǎng)點(diǎn)電壓；

所述的可短時(shí)運(yùn)行需調(diào)控的電壓區(qū)間為(v3^max，v2^max)，其中，v2^max表示并網(wǎng)點(diǎn)可短時(shí)運(yùn)行但需要調(diào)控的最高電壓；

所述的危險(xiǎn)運(yùn)行的電壓區(qū)間為(v1^min，v2^min)∪(v2^max，v1^max)，其中，v1^min和v1^max分別表示由于電壓偏差較大，風(fēng)機(jī)需要切除的最低與最高電壓；

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有單位功率因數(shù)和恒電壓控制方式相比，1)本發(fā)明不需要配置無功補(bǔ)償裝置，可以減少設(shè)備投資，經(jīng)濟(jì)性好；2)對(duì)雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的無功輸出進(jìn)行控制，解決分散式風(fēng)電場并網(wǎng)運(yùn)行中的過電壓脫網(wǎng)問題，實(shí)現(xiàn)分散式風(fēng)電場連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程圖；

圖2是雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)靜態(tài)功率容量曲線圖；

圖3是本發(fā)明分散式風(fēng)電場母線電壓區(qū)間示意圖；

圖4是本發(fā)明仿真驗(yàn)證模型的系統(tǒng)接線圖；

圖5(a)是本發(fā)明各周期節(jié)點(diǎn)電壓分布圖；

圖5(b)是本發(fā)明各周期節(jié)點(diǎn)電壓分布圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖2所示為雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行在功率因數(shù)為±0.95范圍內(nèi)，不同風(fēng)速下雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量曲線。工程實(shí)際中，風(fēng)電場功率因數(shù)應(yīng)保持在±0.95之間。同時(shí)，圖中給出了轉(zhuǎn)差率為0.25，0.1，-0.05，-0.15和-0.25時(shí)的容量曲線。雙饋風(fēng)電場實(shí)現(xiàn)按容量曲線控制運(yùn)行，既可以促使降低系統(tǒng)損耗，又改善擾動(dòng)后故障電壓的恢復(fù)，改善系統(tǒng)的性能，特別是在風(fēng)電場低輸出功率水平時(shí)。

2013年修訂的《分布式電源接入配電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定分布式電源與公共電網(wǎng)連接處功率因數(shù)應(yīng)在1～滯后0.95之間。對(duì)于風(fēng)電場運(yùn)行電壓，《風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》中規(guī)定風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓偏差在-10％～10％時(shí)，風(fēng)電場應(yīng)能正常運(yùn)行，電壓偏差在-10％～15％或者10％～15％之間時(shí)，風(fēng)電場至少能夠運(yùn)行10s，而且風(fēng)力機(jī)檢有壓定值一般整定為85％un。在《國家電網(wǎng)公司風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定(修訂版)》中，將風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓的理想運(yùn)行區(qū)間設(shè)定為額定電壓的-3％～7％。

如圖3所示為分散式風(fēng)電場母線電壓區(qū)間示意圖。當(dāng)風(fēng)電場出力較小時(shí)，風(fēng)電場有功功率對(duì)配電網(wǎng)的電壓支撐不足，利用風(fēng)電場發(fā)出感性無功來提升電壓，風(fēng)電場功率因數(shù)則難以保證。

本文中出于對(duì)風(fēng)電場功率因數(shù)和風(fēng)電場內(nèi)部電氣連接上電壓降落的考慮，設(shè)定v1^min＝85％un，v1^max＝115％un，v2^min＝90％un，v2^max＝110％un，v3^min＝93％un，v3^max＝107％un。文中提到的控制策略依據(jù)風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)電壓值劃分為以下3個(gè)區(qū)域。

(1)可穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的電壓區(qū)間(v2^min，v3^max)；

(2)可短時(shí)運(yùn)行需調(diào)控的電壓區(qū)間(v3^max，v2^max)；

(3)危險(xiǎn)運(yùn)行的電壓區(qū)間(v1^min，v2^min)∪(v2^max，v1^max)；

采用上述針對(duì)雙饋風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)有功最大控制策略，其包括以下步驟：

步驟1：采集風(fēng)電場出口側(cè)母線電壓實(shí)際數(shù)據(jù)，以及風(fēng)電場總的有功功率和無功功率并將其表示為pi、qi。

步驟2：將當(dāng)前時(shí)刻的前兩個(gè)控制周期測得的電氣量做差，近似等于該控制周期qv曲線的斜率，乘以目標(biāo)電壓值vtar與實(shí)際電壓值vi的差，根據(jù)式(1)計(jì)算出無功功率的需求量。其具體數(shù)學(xué)表達(dá)式如式(1)所示。

步驟3：

步驟3.1，根據(jù)風(fēng)場集控運(yùn)行平臺(tái)，檢測出并網(wǎng)點(diǎn)電壓值vi。

步驟3.2，通過判斷并網(wǎng)點(diǎn)電壓是否在(v2^min，v3^max)之間。若滿足，則風(fēng)場運(yùn)行狀況維持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行；否則進(jìn)行下一次判定。

步驟3.3，若vi滿足(v3^max，v2^max)，判定處于可短時(shí)運(yùn)行需調(diào)控區(qū)間，以v3^max為目標(biāo)電壓值，根據(jù)式(1)來求得無功需求量。若vi不在區(qū)間內(nèi)，則判定處于危險(xiǎn)運(yùn)行電壓區(qū)間。

步驟3.4，若vi滿足(v1^min，v2^min)，以v3^min為目標(biāo)電壓值，根據(jù)式(1)來求得無功需求量，否則，以v2^max為目標(biāo)電壓值，求出所需無功。

步驟3.5，根據(jù)風(fēng)場所需要提供的無功補(bǔ)償量，通過所提控制策略來調(diào)節(jié)無功輸出，使得電壓恢復(fù)至穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間，或直至dfig無功輸出能力耗盡。

實(shí)施例：

1)以圖4狼爾溝風(fēng)電場仿真模型為例，其中，圖5(a)系統(tǒng)負(fù)荷偏重，導(dǎo)致系統(tǒng)整體電壓較低。圖5(b)系統(tǒng)負(fù)荷偏小，風(fēng)電場出力較大，系統(tǒng)整體電壓水平整體較高，風(fēng)電場母線側(cè)電壓運(yùn)行在短時(shí)運(yùn)行需調(diào)控區(qū)間。

2)在以上兩種情況下，可得控制策略結(jié)果如下

表1場景模式1的控制結(jié)果

表中可以看出，采取改控制方式后，風(fēng)力機(jī)電壓和風(fēng)電場母線電壓均可在兩個(gè)周期內(nèi)達(dá)到合格水平，也能夠盡量保持風(fēng)電場的功率因數(shù)在一個(gè)較高水平。

表2場景模式2的控制結(jié)果

由表中可以看出，在邊緣電壓區(qū)間，該控制策略根據(jù)實(shí)測電壓與電壓的理想運(yùn)行區(qū)間上限，發(fā)出容性無功，在兩個(gè)周期內(nèi)使風(fēng)電場母線側(cè)電壓恢復(fù)到理想運(yùn)行區(qū)間。

本發(fā)明的方法，在滿足風(fēng)電場可連續(xù)運(yùn)行的約束條件下，我們提出一種盡可能利用風(fēng)能的并網(wǎng)有功最大控制策略，即考慮雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的無功輸出能力，使風(fēng)場出口側(cè)母線電壓分為三個(gè)不同電壓區(qū)間，根據(jù)不同的運(yùn)行狀況，來進(jìn)行風(fēng)機(jī)自身無功輸出的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)安全并網(wǎng)。同時(shí)，省去了無功補(bǔ)償裝置，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

充分利用雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的無功輸出能力，在并網(wǎng)點(diǎn)過電壓時(shí)，進(jìn)行持續(xù)無功輸出，來維持風(fēng)機(jī)安全并網(wǎng)。減去了無功補(bǔ)償裝置，所需投資少，有較好的經(jīng)濟(jì)性。

本發(fā)明目的是提供一種分散式風(fēng)電場并網(wǎng)有功最大控制策略，該控制方式充分利用雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功輸出能力調(diào)整電壓，具有控制靈活、投資成本低的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，對(duì)雙饋感應(yīng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的無功輸出特性進(jìn)行了研究，提出了并網(wǎng)有功最大控制策略的分散式風(fēng)電場并網(wǎng)發(fā)電控制方式，根據(jù)風(fēng)電場出口側(cè)母線電壓，將其分為穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間、短時(shí)運(yùn)行需調(diào)控區(qū)間、危險(xiǎn)運(yùn)行電壓區(qū)間；然后在短時(shí)運(yùn)行需調(diào)控區(qū)間或危險(xiǎn)運(yùn)行電壓區(qū)間時(shí)，對(duì)電壓進(jìn)行微調(diào)，盡量在短的時(shí)間內(nèi)由邊緣工作電壓過渡到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行區(qū)間。最后通過對(duì)調(diào)控量無功功率和調(diào)控目標(biāo)合格的風(fēng)電場出口側(cè)電壓的整定來進(jìn)行控制策略的設(shè)計(jì)。

一種含雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的分散式風(fēng)電場并網(wǎng)策略，屬于新能源接入電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括以下步驟：利用雙饋型風(fēng)電場的無功能力，在滿足風(fēng)電場可連續(xù)運(yùn)行的約束條件下，設(shè)置風(fēng)電場出口側(cè)母線電壓運(yùn)行控制區(qū)間，通過當(dāng)個(gè)控制周期內(nèi)采樣點(diǎn)的平均值得到出口側(cè)母線電壓，判斷電壓所處區(qū)間，以此來使雙饋型風(fēng)力機(jī)進(jìn)行不同控制方式下的無功輸出，保證電壓合格不越限。本發(fā)明提供的方法可以在運(yùn)行約束條件下實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)安全并網(wǎng)，并且最大可能避免風(fēng)電場棄風(fēng)限電，盡可能實(shí)現(xiàn)風(fēng)能的完全利用。