提高风电场经济运行的风机无功优化方法
专利汇可以提供提高风电场经济运行的风机无功优化方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提出一种提高 风 电场 经济运行的风机无功优化方法，该方法在风 电机 组恒定有功功率控 制模 式下结合风电场内有功损耗影响的多目标优化的 无功功率 分配方法，提高风电场经济运行；在风电机组恒定 电压 控制模式下采用多目标电压 波动 抑制维持并网点电压稳定，达到对风机无功调节能 力 的最大利用。其目的是实现风电场的经济运行，以及抑制电压波动，通过对风电场现场数据的采集，建立网络架构模型，在恒功率控制策略下，保证机组功率因数不变，通过无功调控完成经济运行。，下面是提高风电场经济运行的风机无功优化方法专利的具体信息内容。
1.一种提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于：该方法在风电机组恒定有功功率控制模式下结合风电场内有功损耗影响的多目标优化的无功功率分配方法，提高风电场经济运行；在风电机组恒定电压控制模式下采用多目标电压波动抑制维持并网点电压稳定，达到对风机无功调节能力的最大利用。
2.根据权利要求1所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于：该方法风电场现场运行的AVC系统中，使该系统在控制上具有更优性，该方法包括如下步骤：
步骤1：在接入配电网系统前，获取风电场组成部分基础数据，理论计算目标函数中各处定量；基于机组参数，搭建发电机组数学模型，为计算机组损耗做前期准备，进一步获取风电场内部各部分物理参数，搭建整个风电场数学模型；
步骤2：通过风电场数据监控平台，获取风电场中各风电机组运行状态、有功功率值、风电场其他单元实时数据，此过程中风电场数据采集频率范围为10s～10min，提取数据并进行筛选，剔除停机或存在故障风机数据；基于实时数据，建立风电场无功电压优化控制模型；根据调度系统下达的风电场并网点电压指令，若上级系统没有下达指令，则由主控系统给定指令；以无功功率的时间尺度变化选择两种控制模式；
步骤3：若无功变化尺度以分钟/小时级时间尺度变化，将机组控制方式转换为恒定有功功率控制，以风电场经济运行为控制目标，建立目标函数，将步骤1和步骤2所获取数据代入模型中，进行机组无功分配；
步骤4：求解目标函数，得到风机无功调节值；根据并网点实时电压，设计管理流程，将可调范围内的电压分为五个等级，每个等级对应不同的无功调节量，根据各风电机组不同的运行状态，将所获得的无功功率值分配到对应的风电机组；
步骤5：若无功变化尺度以毫秒/秒级时间尺度变化，将机组运行模式切换为恒定电压控制方式；以抑制电压波动为目标，建立目标函数，将步骤1和步骤2所获取数据代入模型中，进行机组无功分配；
步骤6：风电场内各单元接到无功优化控制指令，根据自身相应情况完成指令，执行指令后，将响应值与并网点电压反馈给调度系统。
3.根据权利要求2所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于：步骤
2中通过风电场数据监控平台，获取风电场实时数据和PCC点电压控制指令，设置PCC点电压波动阀值；
ΔU＝|UWFcmd-UWFout|≤ξ
式中，UWFcmd为风电场并网点期望电压值；UWFout为风电场并网点实时电压值；ξ为风电场电压阈值；ΔU为并网点电压偏差值，
数据采集频率为10s～10min之内，对提取数据进行筛选，剔除停机或存在故障风机数据；利用实时数据，建立风电场调控模型；采集机组相电压、机组相电流、机组有功功率、机组无功功率、一级母线电压、一级母线电流、二级母线电压、二级母线电流、主变压器电压、主变压器电流、主变压、有功功率、主变压器无功功率、无功补偿设备功率，保留有效数据后，进入后台计算阶段。
4.根据权利要求2所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于：所述步骤3中，建立以风电场经济优化分配为目标的无功优化函数
min(F)＝w1Ploss+w2QC+λ1ΔUi+λ2ΔQi
式中，Ploss为风电场有功损耗；QC为风电场无功补偿设备投入容量；ΔUi为各节点电压越限值；ΔQi为风机发出无功功率越限值；w1和w2为有功网损和无功补偿容量的权重因子，并且w1+w2＝1；λ1和λ2为惩罚因子，在计算最优函数，起到约束问题。
5.根据权利要求4所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于：步骤
3中进行分析计算，首先进行计算风电场潮流计算；根据风电场无功功率随时间尺度变化，确定风机控制模式，在分钟/小时级级时，将风机控制方式转换为恒功率控制，计算风机在以减小网损为目标下的无功可调裕度，保证目标函数的约束条件；建立风电场经济运行为目标的无功控制数学模型，将步骤1和步骤2所得数据，代入模型中；
风力发电机的损耗为风机的铜耗，其表达式为：
式中，Rs为发电机定子电阻，Rr为发电机转子电阻，Is为定子电流，Ir为转子电流；
变压器的有功损耗表达为：
PLT＝PO+β2Pk
式中，P0为变压器空载损耗，Pk为变压器负载损耗；
变压器中的无功损耗分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗损耗；其中，励磁支路损耗的百分值等于空载电流IO的百分值，该值为1％～2％；绕组漏抗中损耗的百分值，在变压器满载时，等于短路电压Uk的百分值，该值为10％；
输电线路由∏形等值电路表示，线路串联的有功损耗与无功损耗与所通过的电流平方成正比，即：
稳态情况下，风电场并网运行，此时风电场为接入地区电网提供电能，采用单位功率因数控制，整个风电场不与电网交换无功功率；系统电压调整取决于发电机、变压器和电网参数等，通过确定无功需求，调节其定子电压，与转子电流；
以风电减小有功损耗为目的，建立目标函数
Ploss＝P1+P2+P3
P3＝PLT
式中，Pmi，Qmi分别为第i台双馈机组注入母线侧的有功、无功注入量；U为箱变高压侧母线电压；RTi，RLi分别为折算到箱变高压侧的电阻和集电线路电阻；P1为风机铜耗；P2为线路损耗；P3变压器有功损耗，
以风电场网损最小为原则，考虑到每台风机有功损耗，机组有功损耗为定、转子铜耗，其中定子电流为
转子电流为
将Pcui整理成关于Qi的一元二次表达式
式中，Ui为第i台风机的定子端电压；X1i＝Xsi+Xmi，其中，Xsi、Xmi、Xri分别为第i台风机的定子漏抗、励磁漏抗和转子漏抗；
线路中的有功损耗用无功损耗进行表达为：
式中，QLi为风电场内连接母线至风机集线和箱变的无功损耗值；
升压站中主变压器的有功损耗用无功损耗进行表示：
综上，提出包含风电场内风机、箱式变压器、集电线路和主变压器在内的有功网损最小的目标函数
min(F)＝w1Ploss+w2QC+λ1ΔUi+λ2ΔQi
式中，Ploss为风电场有功损耗；QC为风电场无功补偿设备投入容量；ΔUi为各节点电压越限值；ΔQi为风机发出无功功率越限值；w1和w2为有功网损和无功补偿容量的权重因子，并且w1+w2＝1；λ1和λ2为惩罚因子。
6.根据权利要求5所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于：
其中优化模型的潮流约束条件为
无功等式约束条件为
不等式约束
Qimin≤Qi≤Qimax
Viref-Vierr≤Vi≤Viref+Vierr
式中， 为第i台机组最大预测发出功率，Qimax为机组最大无功输出值，Qimin为机组最小无功输出值，Vierr为节点电压波动范围，Viref为节点电压参考值。
7.根据权利要求2所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于：所述步骤4中，将并网点电压标幺值划分成不同等级，分别为Ua、Ub、U0、Uc、Ud，以不同等级的母线电压作为限幅，对整个控制过程进行管理，保证在减小网损的过程中，兼顾母线电压质量；
令U0＝1，即不出现异常情况下母线电压，令Ub、Uc分别为U0的±5％，令Ua、Ud分别为U0的±
10％；
(1)当U2处于电压幅值下半区时；
1)U2≤Ua时，PCC点电压达到波动下限，需风电场提供无功功率，提高电压，风机控制方式转换为恒电压控制；
2)Ua≤U2≤Ub时，需要提供无功功率来减小风电场网损，但仍需无功功率保证电压，此时调节风机无功输出为
3)Ub≤U2≤U0时，此区间母线电压等级满足需求，风机提供无功功率减小网损，此时调节风机无功输出为
Q＝Qmi
(2)当U2处于电压幅值上半区时，调节过程与流程(1)类似；
U2为风电场内PCC连接点电压，经过一段传输线路后与配电网前级电压U1相连；电压U2与接入点注入的有功功率和无功功率有关；当风速出现波动时，会影响系统PCC点母线电压的稳定，由于母线电压的波动，会增加风电场的网损，造成经济损失，当波动超过10％，会对风电场的输出功率产生影响，所以需要对PCC点的无功功率进行调控，从而维持U2的恒定。
8.根据权利要求2所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于：所述步骤5中，建立抑制多目标电压波动的无功优化函数
式中，Umea为并网点实测电压，Uref为电压参考值， 为电压控制增益系数， 为电压误差积分时间常数，KRX为无功功率补偿增益系数，Tint为控制时间尺度。
9.根据权利要求8所述的提高风电场经济运行的风机无功优化方法，其特征在于：首先根据电压实测值与电压参考值，根据风机恒电压控制方式，计算在恒电压控制方式下，整场的无功需求值；同时引入电压波动抑制函数，求出抑制电压波动的无功参考值，得到最终无功需求值，根据风电场SCADA数据，在对机组进行无功功率分配时，需充分考虑各个机组的实时出力情况，运行状况，才能利用算法对机组进行不同的处理， 本专利在对风电机组分类时，在两个方面进行考虑的，首先是机组的运行状况，在分配过程中，应该先对运行状况不好的机组优先考虑；其次考虑风速与风功率预测结果，按照风电场机组之间的运行状态，将机组分为四类， 第一类为下个周期停机机组；第二类为机组调节能力比前一个控制周期强的机组，第三类为机组调节能力比前一个控制周期弱的机组，第四类为处于额定风速以上，机组的无功调节能力恒定， 机组的分配策略如下，
式中，Qref为抑制电压波动计算得到的风电场无功需求；Qloss为风电场无功损耗，Qi1＝0
式中，Qix为第x类第i台风机的无功输出值，Qix,t为当前周期的无功输出值，Qix,t+1为下一个周期的无功输出值。
提高风电场经济运行的风机无功优化方法
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