计及集电系统网损最优的双馈风电场无功协调控制策略

随着风电机组制造技术的日益成熟,风电机组的单机容量和风电场的装机容量越来越大,风电并网对所接入地区电网的安全性带来了严重的挑战,其中以风电场并网点电压水平低、场内集电系统网损大等典型无功控制问题尤为突出。目前,双馈风电机组以其变速恒频、有功/无功解耦控制及一次投资成本低等优势占据了极大的市场份额,但是风电生产企业为追求最大的经济效益,并没有充分利用双馈风电机组的无功调节能力。因此,研究双馈风电机组的无功调节能力、合理控制双馈风电机组输出的无功功率,对于提高风电场并网点的电压水平、减少集电系统的网损具有重要意义。本文首先分析了双馈风电机组各部分之间的功率关系,并建立了双馈风电机组的数学模型,在此基础上研究了计及网侧换流器约束的双馈风电机组的无功调节能力,并根据实际风电机组的运行参数,计算了实际风电机组在不同有功出力情况下的无功调节能力。针对双馈风电场内集电系统馈线距离长、风电机组间距远和场内集电系统网损大的特点,分析了计及集电系统损耗的双馈风电场的无功调节能力。其次,针对传统方法计算出的无功需求量并不能将风电场并网点电压准确的调整到参考值问题,本文提出二次调整的方法计算双馈风电场的无功需求。针对现有双馈风电场没有充分利用双馈风电机组的无功调节能力的问题,本文提出利用集电系统无功灵敏度确定风电机组输出无功功率的位置,并通过遗传算法优化双馈风电机组无功输出容量的无功控制策略。最后,本文以东北某实际双馈风电场的网架结构为基础,搭建其数学模型,根据其实际运行数据,分析了双馈风电场的无功调节能力、无功需求、集电系统的网损无功灵敏度和电压无功灵敏度,进而确定风电场内风电机组进行无功输出的位置,并利用遗传算法优化双馈风电机组的无功输出容量。算例研究表明,该控制策略能够达到改善并网点电压水平和减少集电系统网损的目的。