双馈型风电场双层无功分配策略

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1、２０１７年１月ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第３６卷第１期７９双馈型风电场双层无功分配策略１２３１１张文，阙波，韦古强，刘卫东，陈光明（１．都城绿色能源有限公司，北京１０００２０；２．国网浙江省电力公司，浙江杭州３１０００７；３．鲁能集团有限公司，北京１０００２０）摘要：针对风力发电效率普遍较低的问题，从减少风电场及风电机组有功损耗的角度出发，提出一种双馈型风电场双层无功分配策略。该策略在传统无功分配策略的基础上，考虑电机定子、网侧变流器功率极限，实现以有功损耗最小

2、为目标的优化分配，以提高风电场发电效率。基于Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ平台搭建双馈风电场仿真模型，仿真结果验证了该控制策略能大大减小机组内部功率损耗，提升风电场发电效率，同时还能有效抑制由于电网负荷变化导致的电压波动，提升电能质量。关键词：双馈型风电场；功率极限；双层无功分配；功率损耗；发电效率中图分类号：Ｒ７３０．５８文献标志码：Ａ文章编号：２０９６－３２０３（２０１７）０１－００７９－０５我国风电产业有着不可限量的发展潜力。风电效率。这些无功分配原则大都以提高电压稳定能丰富但利用效率低削弱了风电

3、在激烈的能源竞为目标，并没有从风电场有功损耗最小的角度出发。争和高成本形势下的优势。风电场并网电压不稳针对以上问题，文中提出了以风电场有功损耗［１，２］定、发电效率低是制约风电发展的两大瓶颈。最小为目标的双馈型风电场双层无功分策略，在抑双馈风电机组本身可作为无功源，其有功和无功实制电压波动、改善电压质量的同时，提升风电场发行解耦控制，机组的定子侧和网侧变流器均能够向电效率，提高风能的利用率，增强风力发电竞争力。电网注入无功，有着充足的无功调节能力。因此，１风电场无功功率限值与分配随着双馈风电场的规模化，

4、协调风电场内无功补偿设备和各机组无功调节能力，优化无功调度计划分１．１风电场无功极限计算配是提高并网点电压稳定和风电发电效率的关键。双馈风电机组并网运行时，风机定子直接接入电在双馈型风电场中，完善的无功分配涉及２个网，转子通过背靠背连接的电压型ＰＷＭ变换器与电［７］层面：一是对风电场内各无功补偿设备和风电机组网相连。风电机组输入电网的无功功率为：Ｑ＝Ｑ－Ｑ（１）的无功出力协调控制、合理分配；二是利用双馈风ｇｓｃ式中：Ｑ为双馈风机流入电网的无功功率；Ｑ为定电机组的定子侧和网侧变流器的无功补偿能力，在ｇｓ子

5、发出的无功功率；Ｑ为网侧变流器从电网输入的其间采用一定的控制方法合理分配无功出力。在ｃ无功功率。风电场无功协调控制上，文献［３］综合考虑双馈风考虑到定子侧无功功率运行范围受定、转子侧力发电机的运行效率和工况性能，优化选择励磁电变流器的电流限制影响，设有功功率Ｐ给定，Ｕ为流的不同组合，将励磁电流平均分配到定子和转子ｓｓ定子电压，Ｉ，Ｉ分别为转子侧变流器、定子侧ｒｍａｘｓｍａｘ电流，减小了双馈电机自身的无功损耗，实现了风电流的最大值，Ｘ，Ｘ分别为定子漏抗和励磁电ｓｍ电场无功优化分配；文献［４］针对分散式风电

6、场，提抗，则定子无功功率的范围为：出一种分散式风电场配电网多目标优化策略，包括Ｑ≤Ｑ≤Ｑ（２）ｓｍｉｎｓｓｍａｘ３层功率控制系统；在双馈风电机组无功控制上，文式中：Ｑ和Ｑ分别为定子无功功率的最小、最ｓｍｉｎｓｍａｘ献［５］为了提升电压波动下风电场的无功调节能大值，且：力，提出综合考虑机群之间的相互配合以及转子２２Ｑ＝－(３ＵＩ)－Ｐ侧、网侧变流器的功率极限的分层控制方案，能有ｓｍｉｎｓｓｍａｘｓ３Ｕ２（３）效抑制控制点电压波动；文献［６］提出了双层无功２２ｓＱ＝(３ＵＩ)－Ｐ－ｓｍａｘｓｒｍａｘｓ分配策

7、略，实现恒电压控制的同时，提高了风电发Ｘｓ＋Ｘｍ根据变流器本身的最大容量考虑网侧变流器收稿日期：２０１６－０８－１６；修回日期：２０１６－１０－１４基金项目：国家电网公司科技项目（国家电网科［２０１５］７０９的功率极限，设网侧变流器设计的最大容量为号文）资助Ｓｃｍａｘ，同步转速与定子转速的转差率为ｓ，则网侧变８０２２２流器无功功率的范围为：ＸＲ＋ＲＲ＋ＸＲｍｉｌｉｌｉ２ｉｌｉ２ｉＤ＝（１１）２２Ｑｃｍｉｎ≤Ｑｃ≤Ｑｃｍａｘ（４）３ＵｌｉＸｍｉ式中：Ｑｃｍｉｎ和Ｑｃｍａｘ分别为网侧变流器无功功率的式中：Ｐ

8、ｍｉ和Ｑｍｉ分别为第ｉ台双馈机组注入母线侧最小值和最大值，且：的有功、无功注入量；Ｕｉ为第ｉ台双馈机组箱变高压２２侧母线电压；Ｒ和Ｒ分别为折算到箱变高压侧的Ｑ＝－Ｓ－(ｓＰ)ＴｉＬｉｃｍｉｎｃｍａｘｓ（５）电阻和集电线路电阻；Ｕ为第ｉ台风机的定子端电ｌｉ２２Ｑ＝Ｓ－(ｓＰ)ｃｍａｘｃｍａｘｓ＝Ｘ＋Ｘ＝Ｘ＋Ｘ压；Ｘ，Ｘ，其中，Ｘ、Ｘ、ｌｉｓｉｍｉ２ｉｒｉｍｉｓｉｒｉ因此，考虑到网侧变流器的无功发生能力，双Ｘ分别为第ｉ台风机的定、转子漏抗和励磁