一种海上风电场无功优化配置方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海上风电场无功优化配置方法及装置，该方法包括：根据预设的等值计算模型，采用风电场无功缺额确定第一无功缺额曲面以及第二无功缺额曲面，以及获取第一容性无功补偿量和第一感性无功补偿量；计算风电机组空载和满发情况下的风电场无功缺额，确定高压并联电抗器容量，以谐波谐振为约束条件将高压并联电抗器容量进行分组之后，结合采用动态补偿装置投资费用年值与年有功网损之和构建的目标函数，且以静态电压稳定裕度、第一容性无功补偿量、第一感性无功补偿量以及电压偏差为约束条件，优化计算动态无功补偿装置补偿容量。降低了综合成本并提高了无功配置的安全性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电场无功优化配置方法及装置


[0001]本专利技术涉及电力系统的风电场无功补偿
，尤其涉及一种海上风电场 无功优化配置方法及装置。

技术介绍

[0002]目前，海上风电场多采用高压交流海底电缆汇集风电，并经升压后远距离输 送至陆上集控站。由于海底电缆的电容远高于架空线路，其容升效应容易引起工 频过电压。同时，风电机组变流器、无功补偿装置等电力电子器件和线路电容引 起的谐波谐振问题也将严重影响电网电能质量。因此，在对海上风电场进行无功 配置过程中应充分考虑过电压和谐波谐振问题。现有技术主要聚焦于静态优化算 法和无功控制策略，通过计算海底电缆容性无功功率确定高压并联电抗器容量， 利用动态无功补偿装置补偿由风速变化造成的无功波动，并采用不同目标优化无 功电源的无功出力，但这类方法配置和优化过程无法保证风电场电压稳定。
[0003]
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种海上风电场无功优化配置方法及装置，以解决现 有技术中无法保证风电场电压稳定的问题，降低综合成本为目标，以电压稳定和 谐振为约束，优化海上风电场无功配置，提高无功配置的安全性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种海上风电场无功优化配置方法，包括：
[0006]根据预设的等值计算模型，计算风电场无功缺额；
[0007]根据所述风电场无功缺额确定第一无功缺额曲面以及第二无功缺额曲面，若 将所述第一无功缺额曲面与所述第二无功缺额曲面之间包含无功缺额为零值所 在的面作为无功缺额零面，通过将所述第一无功缺额曲面与所述第二无功缺额曲 面边界不包含所述无功缺额零面的点进行无功补偿，获取第一容性无功补偿量和 第一感性无功补偿量；
[0008]计算风电机组空载和满发情况下的风电场无功缺额，确定无功需求量，根据 所述无功需求量确定高压并联电抗器容量，以谐波谐振为约束条件将所述高压并 联电抗器容量进行分组；
[0009]确定所述高压并联电抗器容量和分组之后，结合采用动态补偿装置投资费用 年值与年有功网损之和构建的目标函数，且以静态电压稳定裕度、所述第一容性 无功补偿量、所述第一感性无功补偿量以及电压偏差为约束条件，优化计算动态 无功补偿装置补偿容量。
[0010]优选地，所述计算风电场无功缺额，具体为：
[0011]遍历各种发电出力水平和并网点电压的工作点，根据所述预设的等值计算模 型，计算风电机组从空载到满发和并网点电压从0.97pu变化至1.07pu时的所述 风电场无功缺额。
[0012]优选地，所述根据所述风电场无功缺额确定第一无功缺额曲面以及第二无功 缺额曲面，具体为：
[0013]遍历获取所述风电场无功缺额的工作点，计算所述风电场无功缺额中风电机 组功率因数等于第一阈值并绘制所述第一无功缺额曲面，计算所述风电场无功缺 额中风电机组功率因数等于第二阈值并绘制所述第二无功缺额曲面。
[0014]优选地，所述计算风电机组空载和满发情况下的风电场无功缺额，确定无功 需求量，根据所述无功需求量确定高压并联电抗器容量，具体为：
[0015]所述无功需求量包括第一无功需求量和第二无功需求量，根据所述第一无功 需求量和所述第二无功需求量确定所述高压并联电抗器容量Q
SR
，如下：
[0016]max(0,Q
min
)≤Q
SR
≤Q
max
；
[0017]式中，Q
min
表示所述第一无功需求量，Q
max
表示所述第二无功需求量。
[0018]优选地，所述结合采用动态补偿装置投资费用年值与年有功网损之和构建的 目标函数，且以静态电压稳定裕度、所述第一容性无功补偿量、所述第一感性无 功补偿量以及电压偏差为约束条件，具体为：
[0019]所述目标函数F如下：
[0020][0021]式中，C
Q
表示动态补偿装置投资费用年值，表示年有功网损，Q
STATCOM
为动态补偿装置的补偿容量，C1为单位投资费用，r为贴现率，m为设备使用年 限，C2为单位电价，P
loss
为有功网损，t为损耗时间；
[0022]根据所述静态电压稳定裕度、所述第一容性无功补偿量、所述第一感性无功 补偿量以及电压偏差作为所述约束条件，其中，所述约束条件包括等式约束和不 等式约束，所述等式约束如下：
[0023][0024][0025]式中，N表示海上风电场节点集，P
i
、Q
i
分别表示第i节点注入的有功功率、 无功功率，G
ij
、B
ij
分别表示i、j节点间线路的导纳，U
i
、U
j
分别表示i、j节点电 压，θ
ij
表示i、j节点相位差；
[0026]不等式约束为：
[0027]λ≥λ
min
；
[0028]U
i.min
≤U
i
≤U
i.max
；
[0029]Q
STATCOM
+Q
SR
≥Q
c.min
；
[0030]Q
STATCOM
≥Q
l.min
；
[0031]Q
wg.min
≤Q
wg
≤Q
wg.max
；
[0032]式中，λ表示所述静态电压稳定裕度，U
i
表示i节点电压，Q
SR
表示高压并联 电抗器补偿容量，Q
STATCOM
表示动态无功补偿装置的补偿容量，Q
c.min
和Q
l.min
分 别表示所述第一容性
无功补偿量和所述第一感性无功补偿量，Q
wg
表示风电机组 无功出力，Q
wg.min
和Q
wg.max
分别表示风电机组无功出力上下限。
[0033]本专利技术还提供一种海上风电场无功优化配置装置，包括：
[0034]第一计算模块，用于根据预设的等值计算模型，计算风电场无功缺额；
[0035]第二计算模块，用于根据所述风电场无功缺额确定第一无功缺额曲面以及第 二无功缺额曲面，若将所述第一无功缺额曲面与所述第二无功缺额曲面之间包含 无功缺额为零值所在的面作为无功缺额零面，通过将所述第一无功缺额曲面与所 述第二无功缺额曲面边界不包含所述无功缺额零面的点进行无功补偿，获取第一 容性无功补偿量和第一感性无功补偿量；
[0036]第三计算模块，用于计算风电机组空载和满发情况下的风电场无功缺额，确 定无功需求量，根据所述无功需求量确定高压并联电抗器容量，以谐波谐振为约 束条件将所述高压并联电抗器容量进行分组；
[0037]优化模块，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电场无功优化配置方法，其特征在于，包括：根据预设的等值计算模型，计算风电场无功缺额；根据所述风电场无功缺额确定第一无功缺额曲面以及第二无功缺额曲面，若将所述第一无功缺额曲面与所述第二无功缺额曲面之间包含无功缺额为零值所在的面作为无功缺额零面，通过将所述第一无功缺额曲面与所述第二无功缺额曲面边界不包含所述无功缺额零面的点进行无功补偿，获取第一容性无功补偿量和第一感性无功补偿量；计算风电机组空载和满发情况下的风电场无功缺额，确定无功需求量，根据所述无功需求量确定高压并联电抗器容量，以谐波谐振为约束条件将所述高压并联电抗器容量进行分组；确定所述高压并联电抗器容量和分组之后，结合采用动态补偿装置投资费用年值与年有功网损之和构建的目标函数，且以静态电压稳定裕度、所述第一容性无功补偿量、所述第一感性无功补偿量以及电压偏差为约束条件，优化计算动态无功补偿装置补偿容量。2.根据权利要求1所述的海上风电场无功优化配置方法，其特征在于，所述计算风电场无功缺额，具体为：遍历各种发电出力水平和并网点电压的工作点，根据所述预设的等值计算模型，计算风电机组从空载到满发和并网点电压从0.97pu变化至1.07pu时的所述风电场无功缺额。3.根据权利要求2所述的海上风电场无功优化配置方法，其特征在于，所述根据所述风电场无功缺额确定第一无功缺额曲面以及第二无功缺额曲面，具体为：遍历获取所述风电场无功缺额的工作点，计算所述风电场无功缺额中风电机组功率因数等于第一阈值并绘制所述第一无功缺额曲面，计算所述风电场无功缺额中风电机组功率因数等于第二阈值并绘制所述第二无功缺额曲面。4.根据权利要求1所述的海上风电场无功优化配置方法，其特征在于，所述计算风电机组空载和满发情况下的风电场无功缺额，确定无功需求量，根据所述无功需求量确定高压并联电抗器容量，具体为：所述无功需求量包括第一无功需求量和第二无功需求量，根据所述第一无功需求量和所述第二无功需求量确定所述高压并联电抗器容量Q
SR
，如下：max(0,Q
min
)≤Q
SR
≤Q
max
；式中，Q
min
表示所述第一无功需求量，Q
max
表示所述第二无功需求量。5.根据权利要求1所述的海上风电场无功优化配置方法，其特征在于，所述结合采用动态补偿装置投资费用年值与年有功网损之和构建的目标函数，且以静态电压稳定裕度、所述第一容性无功补偿量、所述第一感性无功补偿量以及电压偏差为约束条件，具体为：所述目标函数F如下：式中，C
Q
表示动态补偿装置投资费用年值，表示年有功网损，Q
STATCOM
为动态补偿装置的补偿容量，C1为单位投资费用，r为贴现率，m为设备使用年限，C2为单位电价，P
loss
为有功网损，t为损耗时间；
根据所述静态电压稳定裕度、所述第一容性无功补偿量、所述第一感性无功补偿量以及电压偏差作为所述约束条件，其中，所述约束条件包括等式约束和不等式约束，所述等式约束如下：约束如下：式中，N表示海上风电场节点集，P
i
、Q
i
分别表示第i节点注入的有功功率、无功功率，G
ij
、B
ij
分别表示i、j节点间线路的导纳，U
i
、U
j
分别表示i、j节点电压，θ
ij
表示i、j节点相位差；不等式约束为：λ≥λ
min
；U
i.min
≤U
i
≤U
i.max
；Q
STATCOM
+Q
SR
≥Q
c.min
；Q
STATCOM
≥Q
l.min
；Q
wg.min
≤Q
wg
≤Q
wg.max
；式中，λ表示所述静态电压稳定裕度，U
i
表示i节点电压，Q
SR
表示高压并联电抗器补偿容量，Q
STATCOM
表示动态无功补偿装置的补偿容量，Q
c.min
和Q
l.min
分别表示所述第一容性无功补偿量和所述第一感性无功补偿量，Q
wg
表示风电机组无功出力，Q
...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜婉琳，马明，王玲，雷二涛，金莉，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：