一种双馈风电场新型主动电压控制策略制造技术

本发明专利技术公开了一种双馈风电场新型主动电压控制策略，涉及电力系统控制技术领域，包括首先在考虑风电场无功输出极限与并网系统无功补偿需求相互作用的基础上，建立双馈风电场与并网系统动态无功平衡模型；其次基于风电场主动电压控制临界运行点，计算控制启动判据，并生成风电场主动电压控制动作指令；然后依据动作指令判断各风电机组需执行的主动电压控制策略；最后依据主动无功分配策略确定各风电机组输出无功功率参考值，实现风电场对并网系统的主动电压支撑。本发明专利技术考虑了风速变化、风电场无功输出极限、并网系统无功补偿需求等多重因素，控制效果明显，能够使双馈风电场主动抑制并网系统的电压波动，适用于工程实际。

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风电场新型主动电压控制策略
本专利技术涉及电力系统控制
，具体为一种双馈风电场新型主动电压控制策略。
技术介绍
近十年来，风电产业在世界范围内迅速发展，并保持着巨大的发展潜力。然而，风速的随机变化可能导致风电场并网点的电压波动，威胁到电网的电压稳定。随着机组变流器控制技术的发展，双馈风电机组(doublyfedinductiongenerator,DFIG)已具有快速灵活的功率控制能力，能够满足风电并网点的电压支撑需求。因此，充分挖掘和利用双馈风电场可用无功容量，在风速波动情况下支撑电网电压，对提高含高比例可再生能源电网的电压稳定性具有重要意义。现阶段，风电场常采用电容器及电抗器组、静止无功补偿器等无功补偿装置来维持新能源高渗透率情形下电网的功率因数和电压稳定。然而电容器及电抗器组响应速度较慢，不能满足系统要求，静止无功补偿器成本高、响应延迟、电压超调等缺点使其难以满足大型风电场在恶劣环境下的无功需求。充分利用双馈风电机组功率控制灵活、响应快速、可操作性强等优势，抑制风电并网点的电压波动，能够有效提升含风电场电网的电压稳定性。目前，双馈风电场的电压控制方案和无功功率控制方案均依据并网点的电压偏差产生无功参考值，然而风速的随机性会引发风电场输出功率波动，单纯依靠电压控制或无功功率控制难以解决风速变化引起的风电场电压稳定问题。风电场的多级无功控制方案，即考虑风电机组与其它无功电源的协调控制，同时依据概率预测风电场可用无功储备，能够有效维持并网点的电压稳定。但该方法忽略了有功功率对风电场无功输出极限和并网点电压的影响，可能导致因风电场无功储备不足难以支撑电网电压的问题。综上所述，为保证双馈风电场的安全稳定运行，需充分考虑风电场无功输出极限与并网系统无功补偿需求的作用关系，制定风电场主动电压控制策略，使风电场在风速变化的情况下有效输出无功功率，主动支撑电网电压。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种双馈风电场新型主动电压控制策略，能够同时考虑双馈风电场的无功输出极限与系统的无功补偿需求，基于主动降速增值电压控制和主动恒速增值电压控制，实现双馈风电场对并网系统的主动电压支撑，以抑制风速波动下电网的电压变化。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种双馈风电场新型主动电压控制策略，包括以下步骤：步骤1：基于预测风速，利用双馈风电场内各风电机组的固有参数，计算风电场无功功率输出极限QLRP，绘制Pw-QLRP特性曲线，同时依据风电并网点电压控制目标，基于预测风速下风电场的最大有功出力，计算并网系统无功补偿需求QRPCD，绘制Pw-QRPCD特性曲线，建立双馈风电场与并网系统动态无功平衡模型；步骤2：令QLRP＝QRPCD，确定双馈风电场主动电压控制临界运行点x，计算主动电压控制启动判据vx，并依据风电场实时运行风速，生成双馈风电场主动电压控制动作指令值xact；步骤3：双馈风电场各机组依据指令值xact执行主动电压控制策略：判断xact取值，若xact＝1，则双馈风电场内各风电机组基于原有控制策略运行，若xact＝1，则双馈风电场内各风电机组执行主动降速增值电压控制策略，若xact＝0，则双馈风电场内各风电机组执行主动恒速增值电压控制策略；步骤4：双馈风电场依据主动无功分配策略输出无功功率，完成风电场对并网系统的主动电压支撑。优选的，双馈风电场内第i台风电机组DFIGi的无功功率输出极限QLRPi表示为定子侧无功功率输出极限Qsimax和网侧换流器无功功率输出极限Qcimax之和，即：QLRPi＝Qsimax+Qcimax(1)其中，Qsimax受定子侧输出有功功率Ps限制，表示为：式中，Us为定子电压的幅值；Xm和Xs分别为异步电机励磁电抗和定子电抗。受转子侧变流器容量限制，风电机组长期运行时转子电流的最大允许值为Irmax。与定子侧无功功率输出极限不同，网侧无功功率输出极限由转差率s和Ps决定，表示为：式中，Sc为网侧变流器容量，若双馈风电场内有n台风电机组，则风电场无功功率输出极限QLRP可表示为：与风电场并网点电压控制目标值Uref相关的并网系统无功补偿需求QRPCD可表示为：式中，UG为电网终端电压；参数Pw为风电场输出的有功功率，且为n个风电机组输出功率之和，单个风电机组的输出功率为Pg，即Pw＝nPg；XL为双馈风电场并网点与系统相连输电线路电抗，式(4)与式(5)构成双馈风电场与并网系统动态无功平衡模型。优选的，双馈风电场主动电压控制临界运行点x表述为，风电场无功功率输出极限QLRP与并网系统无功补偿需求QRPCD相等时，风电场的运行状态，与其对应的风电场临界有功功率表示为Pwx，DFIGi的临界有功功率表示为Pgxi。设定风电场内各风电机组控制方式及运行参数一致，则双馈风电场主动电压控制启动判据可由临界运行点对应风速vx确定，表示为：式中，ρ为空气密度；R为风力机风轮半径；Cp为风能转换系数，与叶尖速比λ和桨距角β有关。双馈风电场主动电压控制动作指令值xact由实时运行风速v决定，表示为：式中，vin表示双馈风电场并网风速；vcr表示双馈风电机组最大风能捕获区的临界风速；vN表示风电场额定运行风速。优选的，双馈风电场主动降速增值电压控制策略表述为，当vin≤vx<vcr且vx<v时，并网系统的无功需求大于双馈风电场的无功功率输出极限，风电机组可通过降低转子转速ω及增大桨距角β主动降低风电场输出的有功功率，增加风电场注入系统的无功功率，实现风电场对并网系统电压的有效支撑。双馈风电场内DFIGi执行主动降速增值电压控制策略时，风机转子转速沿功率曲线变化，表述为：为进一步降低风电场输出的有功功率，减少DFIGi的机械扭矩，设置桨距角控制的补偿参考值为Pgxi，使双馈风电场等效运行点运行于主动电压控制临界运行点x。双馈风电场主动恒速增值电压控制策略表述为，当vcr≤vx<vN且vx<v时，风电机组可通过增大桨距角β主动降低风电场输出的有功功率，此时转子转速ω维持恒定，即ω＝ωcr，以提高风电场无功功率输出极限，支撑电网电压。双馈风电场内DFIGi执行主动恒速增值电压控制策略时，设定桨距角控制的补偿参考值为Pgxi，双馈风电场的运行状态最终收敛至x点。优选的，双馈风电场主动无功分配策略表述为，依据风电机组无功功率输出极限QLRPi与风电场无功功率输出极限QLRP的比值，制定风电场内机组无功分配方案，同时依据机组定子侧无功功率输出极限和网侧换流器无功功率输出极限限制，制定机组内定子侧与网侧无功功率分配方案，在保证DFIG运行参数不越限的基础上，充分挖掘风电场的无功输出能力。风电场内DFIGi的机组无功分配方案可表示为：机组内定子侧与网侧无功功率分配方案可表示为：式中，Qgiref与Qciref分别为定子侧输出无功本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈风电场新型主动电压控制策略，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：基于预测风速，利用双馈风电场内各风电机组的固有参数，计算风电场无功功率输出极限Q

【技术特征摘要】
1.一种双馈风电场新型主动电压控制策略，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：基于预测风速，利用双馈风电场内各风电机组的固有参数，计算风电场无功功率输出极限QLRP，同时依据风电并网点电压控制目标，基于预测风速下风电场的最大有功出力，计算并网系统无功补偿需求QRPCD，建立双馈风电场与并网系统动态无功平衡模型；
步骤2：令QLRP＝QRPCD，确定双馈风电场主动电压控制临界运行点x，计算主动电压控制启动判据vx，并依据风电场实时运行风速，生成双馈风电场主动电压控制动作指令值xact；
步骤3：双馈风电场各机组依据指令值xact执行主动电压控制策略：判断xact取值，若xact＝-1，则双馈风电场内各风电机组基于原有控制策略运行，若xact＝1，则双馈风电场内各风电机组执行主动降速增值电压控制策略，若xact＝0，则双馈风电场内各风电机组执行主动恒速增值电压控制策略；
步骤4：双馈风电场依据主动无功分配策略输出无功功率，完成风电场对并网系统的主动电压支撑。


2.根据权利要求1所述的一种双馈风电场新型主动电压控制策略，其特征在于，所述步骤1中双馈风电场内第i台风电机组DFIGi的无功功率输出极限QLRPi表示为定子侧无功功率输出极限Qsimax和网侧换流器无功功率输出极限Qcimax之和，其中Qsimax受定子侧输出有功功率Ps限制，表示为：



式中，Us为定子电压的幅值；Xm和Xs分别为异步电机励磁电抗和定子电抗，受转子侧变流器容量限制，风电机组长期运行时转子电流的最大允许值为Irmax，与定子侧无功功率输出极限不同，网侧无功功率输出极限由转差率s和Ps决定，与风电场并网点电压控制目标值Uref相关的并网系统无功补偿需求QRPCD可表示为：



式中，UG为电网终端电压；参数Pw为风电场输出的有功功率，且为n个风电机组输出功率之和，单个风电机组的输出功率为Pg，即Pw＝nPg；XL为双馈风电场并网点与系统相连输电线路电抗。


3.根据权利要求1所述的一种双馈风电场新型主动电压控制策略，其特征在于，所述步骤2中双馈风电场主动电压控制临界运行点x表述为，风电场无功功率输出极限QLRP与并网系统无功补偿需求QRPCD相等时，风电...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋雨妍，田新首，李琰，迟永宁，刘超，宋鹏，王耀函，张扬帆，王渝红，
申请(专利权)人：四川大学，中国电力科学研究院有限公司，国网冀北电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51