專利名稱：計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化控制方法。
背景技術(shù)：
風(fēng)電的無功電壓調(diào)控問題是影響其自身乃至電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要因素之一。目前，該領(lǐng)域研究重心集中在風(fēng)電場及接入系統(tǒng)的無功電壓協(xié)調(diào)控制方面，包括機組、風(fēng)場、場群及接入系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)策略等，已取得諸多研究成果。但由雙饋型機組構(gòu)成的風(fēng)電場，其無功調(diào)節(jié)能力隨有功變化存在波動性，僅依靠其自身無功進行調(diào)整難以實現(xiàn)一定電壓水平的保持。同時，近期因無功電壓問題引起風(fēng)機脫網(wǎng)事件頻發(fā)，由此，極有必要針對雙饋型機組風(fēng)電場的無功補償容量問題進行深入研究。
對此，文獻[陳樹勇，申洪，張洋等.基于遺傳算法的風(fēng)電場無功補償有控制方法的研究[J].中國電機工程學(xué)報，2005, 25 (8) 1-6.]應(yīng)用遺傳算法確定風(fēng)電場補償電容器的容量與分組方案，以保證異步機風(fēng)電場母線電壓水平；文獻[江岳文，陳沖，溫步瀛.隨機模擬粒子群算法在風(fēng)電場無功補償中的應(yīng)用[J].中國電機工程學(xué)報，2008，28 (13) :47-52.]基于隨機模擬及粒子群優(yōu)化算法求取以費用最小為目標的異步機風(fēng)電場最優(yōu)無功補償容量；文獻[Yanhua Liu, Xu Zhang, Dongmei Zhao, et all. Research on the Wind FarmReactive Power Compensation Capacity and Control Target[C]. Power and EnergyEngineering Conference, 2011Asia-pacific. 2011, page: 1-5.]以異步機風(fēng)電場并網(wǎng)點與公共連接點的電壓控制為目標確定補償容量，并給出了無功電壓協(xié)調(diào)控制策略； 文獻[Li Ling, Zeng Xiangiun, Zhang Ping. Wind Farms Reactive PowerOptimization Using Genetic/Tabu Hybrid Algorithm[C].2008 InternationalConference on Intelligent Computation Technology and Automation. 2008, page:1-5.劉艷妮，王瑋，徐麗杰等.基于遺傳算法的風(fēng)電場無功補償容量的計算[J].太陽能學(xué)報，2008,29(11) =1444-1448.]考慮異步發(fā)電機功率因數(shù)與機端電壓水平因素影響，用遺傳算法求取風(fēng)電場的無功補償容量，以上研究均只針對異步機風(fēng)電場；文獻[E. H. Camm, M. R. Behnke, 0. Bolado, et all. Reactive power compensationfor wind power plants [C]. Rower Energy Society General Meeting, 2009:1-7.毛靜啟.利用風(fēng)力發(fā)電機的無功功率補償風(fēng)電場無功損耗[J].電網(wǎng)技術(shù)，2009，33 (19) :175-180.]通過動態(tài)電壓支撐能力考慮無功補償作用，并對比不同補償類型的補償效果，但尚未深入分析補償容量的問題；文獻[Ernst Camm, Charles Edwards. Reactive compensation systemsfor large wind farms[C]. Transmission and Distribution Conference andExposition, 2008:1-5]探討用變速恒頻機組的無功功率以減小匯集站補償容量配置，降低投資，但未考慮機組無功調(diào)節(jié)的能力問題。上述研究有一定效果，但依然存在兩個問題一是多針對異步機風(fēng)電場，而雙饋機風(fēng)電場也需要考慮補償問題；ニ是沒有考慮風(fēng)電場所特有的規(guī)律信息，補償容量確定難免存在武斷性。文獻[王成福，梁軍，張利，韓學(xué)山.基于靜止同步補償器的風(fēng)電場無功電壓控制策略[J]·中國電機工程學(xué)報，2010，30 (25) :23-28. Arantxa Tapia, erardo Tapia,J.Xabier Qstolaza. Modeing and Control of a Wind Turbine Driven Doubly FedInduction Generator[J]. IEEE Trans on Energy Conversion，2003，18(2) :194-204.]已證明DFIG的無功解耦隨有功輸出變化存在波動性，若不考慮補償，則該類型風(fēng)電場無功電壓協(xié)調(diào)將難以維持，因此必須對其予以補償；同時，風(fēng)資源分布在時間、空間上既存在隨機性，又有其規(guī)律性，與之對應(yīng)，每個風(fēng)電場輸出功率同樣具有上述特性，且各不相同，稱之為風(fēng)功率所包含的規(guī)律性與個性信息。由此，若欲實現(xiàn)穩(wěn)定、經(jīng)濟的無功補償，則必須在充 分考慮雙饋型機組功率特性及風(fēng)功率所包含的特性信息基礎(chǔ)上，求解其最優(yōu)化無功補償容量，這是本文研究的背景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化方法，補償容量的優(yōu)化決策方法在充分保證風(fēng)電系統(tǒng)無功功率調(diào)節(jié)連續(xù)性的前提下，可風(fēng)電場的無功補償具有最好的經(jīng)濟性與最強的針對性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化方法，其工作步驟如下步驟一開始；步驟ニ 分為三個分支A、B、C，這三個分支并發(fā)進行；分支A :采集風(fēng)功率歷史數(shù)據(jù)，對不同周期下風(fēng)功率分布規(guī)律進行分析；分支B :采集無功補償設(shè)備性能參數(shù)；分支C :采集DFIG性能參數(shù)，對DFIG的P-Q解耦進行特性分析，進行風(fēng)電場節(jié)點在潮流計算中的處理；步驟三利用無功補償容量優(yōu)化模型進行優(yōu)化處理，優(yōu)化的目標為無功補償?shù)耐顿Y成本、因無功率引起的風(fēng)電系統(tǒng)欲行成本引起的風(fēng)電系統(tǒng)運行成本均達到最小化；進行運行成本和投資成本的計算；其中運行成本中包含了風(fēng)功率分布結(jié)果和功率特性的影響；步驟四利用粒子群算法結(jié)合潮流計算程序進行優(yōu)化計算。所述步驟ニ的分支A中，風(fēng)功率分布規(guī)律分析的具體描述如下⑴風(fēng)功率的時間分布規(guī)律，在年度時間窗口下，氣候變化具有明顯的周期性規(guī)律，直接受氣候影響的風(fēng)功率隨之具有同樣的變化趨勢，將其稱之為趨勢性規(guī)律；⑵風(fēng)功率的空間分布規(guī)律，受地理位置及所處地形信息影響，風(fēng)功率通常會有較強的區(qū)域特性，稱其為區(qū)域性差異；本發(fā)明利用基于歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)計算得到的風(fēng)功率估算值數(shù)據(jù)分析、提取風(fēng)功率分布規(guī)律，形成包含有充分特征信息的風(fēng)電場輸出功率分布函數(shù)；估算功率表達如式(I)所示；Pw = Pi i = 1,2... ;(I)
式中PWS風(fēng)電場的有功功率值A(chǔ)為依據(jù)第i個記錄點的風(fēng)速得到的有功估算值；n為分析周期內(nèi)所收集信息的數(shù)量；設(shè)N(P)為Pw G {P，P+AP}的總次數(shù)，則定義式(2)為有功功率年度周期內(nèi)的概
率分布函數(shù)；
權(quán)利要求
1.一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化方法，其特征是，其工作步驟如下 步驟一開始； 步驟二 分為三個分支A、B、C，這三個分支并發(fā)進行； 分支A :采集風(fēng)功率歷史數(shù)據(jù)，對不同周期下風(fēng)功率分布規(guī)律進行分析； 分支B :采集無功補償設(shè)備性能參數(shù)； 分支C :采集DFIG性能參數(shù)，對DFIG的P-Q解耦進行特性分析，進行風(fēng)電場節(jié)點在潮流計算中的處理； 步驟三利用無功補償容量優(yōu)化模型進行優(yōu)化處理，優(yōu)化的目標為無功補償?shù)耐顿Y成本、因無功率引起的風(fēng)電系統(tǒng)欲行成本引起的風(fēng)電系統(tǒng)運行成本均達到最小化；進行運行成本和投資成本的計算；其中運行成本中包含了風(fēng)功率分布結(jié)果和功率特性的影響；步驟四利用粒子群算法結(jié)合潮流計算程序進行優(yōu)化計算。
2.如權(quán)利要求I所述的一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟二的分支A中，風(fēng)功率分布規(guī)律分析的具體描述如下 ⑴風(fēng)功率的時間分布規(guī)律，在年度時間窗口下，氣候變化具有明顯的周期性規(guī)律，直接受氣候影響的風(fēng)功率隨之具有同樣的變化趨勢，將其稱之為趨勢性規(guī)律； ⑵風(fēng)功率的空間分布規(guī)律，受地理位置及所處地形信息影響，風(fēng)功率通常會有較強的區(qū)域特性，稱其為區(qū)域性差異； 利用基于歷史風(fēng)速數(shù)據(jù)計算得到的風(fēng)功率估算值數(shù)據(jù)分析、提取風(fēng)功率分布規(guī)律，形成包含有充分特征信息的風(fēng)電場輸出功率分布函數(shù)；估算功率表達如式(I)所示； Pw = Pi i = 1,2- ； (I) 式中=PwS風(fēng)電場的有功功率值A(chǔ)為依據(jù)第i個記錄點的風(fēng)速得到的有功估算值；n為分析周期內(nèi)所收集信息的數(shù)量； 設(shè)N(P)為Pw G {P，P+AP}的總次數(shù)，則定義式(2)為有功功率年度周期內(nèi)的概率分布函數(shù)；
3.如權(quán)利要求I所述的一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟二的分支C中，EFIG的功率特性分析具體描述如下 DFIG通過變頻器調(diào)控實現(xiàn)轉(zhuǎn)子電流勵磁分量與轉(zhuǎn)矩分量解耦控制，從而達到有功、無功功率解耦；由此實現(xiàn)風(fēng)電場參與并網(wǎng)點及接入系統(tǒng)無功電壓調(diào)節(jié)； DFIG定、轉(zhuǎn)子側(cè)功率方程為
4.如權(quán)利要求I所述的一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟二的分支C中，潮流計算中風(fēng)電場節(jié)點的處理具體描述如下 考慮DFIG機組特性，在潮流計算中將風(fēng)電節(jié)點作為PV節(jié)點進行分析處理，其有功功率值按分布規(guī)律所得結(jié)論進行，無功調(diào)節(jié)范圍按機組特性及有功功率值進行分段計算；風(fēng)電場節(jié)點的有功功率值如式(7)所示，
5.如權(quán)利要求I所述的一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟三中的無功補償容量優(yōu)化模型，具體描述為 優(yōu)化目標為在保證雙饋風(fēng)電場對無功功率的需求、維持母線電壓水平的穩(wěn)定、并最大程度提高風(fēng)電場的暫態(tài)穩(wěn)定能力等條件下，使無功補償?shù)耐顿Y成本、因無功功率引起的風(fēng)電系統(tǒng)運行成本均達到最小化，即實現(xiàn)補償?shù)木C合效益最優(yōu)化；針對兩種成本的矛盾關(guān)系，以決策思想構(gòu)建目標函數(shù)；因補償容量變化引起的系統(tǒng)運行成本變化Fk如式(10)所示；目標函數(shù)如式(11)所示；
6.如權(quán)利要求I所述的一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化方法，其特征是，所述步驟四的具體步驟為 (1)置風(fēng)電機組、線路、變壓器參數(shù)，置接入系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、元件參數(shù)； (2)置粒子群維數(shù)KPS()，最大迭代數(shù)Npsmm,計算精度0_，置潮流計算最大迭代次數(shù)NpFMAX， 潮流計算精度0 PF ； (3)置Pw變化范圍并賦初始值，計算對應(yīng)Pw條件下的Qs邊界條件； (4)初始化粒子群的位置與速度，即給定當次計算下的Qs值； (5)接入系統(tǒng)潮流計算初始化； (6)代入Pw與Qs計算包含風(fēng)電場的接入系統(tǒng)潮流分布情況； (7)若迭代收斂或迭代次數(shù)大于Npfmax,則保留潮流計算結(jié)果，繼續(xù)計算，否則更新初值，返回步驟(4)； (8)按式(10)所示計算所求粒子適應(yīng)度值； (9)將每個粒子適應(yīng)度值與其個體極值進行比較，如較優(yōu)則更新當前個體極值Pid； (10)將每個粒子適應(yīng)度值與全局極值進行比較，如較優(yōu)則更新當前全局極值Pgd； (11)根據(jù)式(18) (19)更新每個粒子的位置與速度，依據(jù)式(5)更新當前邊界條件，并校驗更新后粒子是否滿足約束條件要求，如不滿足，重新生成粒子速度、更新位置，直至滿足約束條件，若重復(fù)次數(shù)超過定值則以原可行粒子代替；=G^id +ClhiPM +cIr^Pgd -*4) ( lg)/+! I t M^id — ^id (|9)式中1為當前循環(huán)次數(shù)，Cpc2為粒子權(quán)重系數(shù)；《為慣性權(quán)重；？■、n為[O，I]內(nèi)均勻分布隨機數(shù)；Xid、Vid為第i維粒子的位置與速度；g為約束因子； (12)判斷當前迭代次數(shù)與誤差值是否滿足要求，不滿足則更新Pw值，返回步驟(3)，否則終止粒子尋優(yōu)計算，并輸出計算結(jié)果。全文摘要
本發(fā)明公開了一種計及風(fēng)功率分布規(guī)律的風(fēng)電場無功補償容量優(yōu)化方法；它利用無功補償容量優(yōu)化模型進行優(yōu)化處理，優(yōu)化的目標為無功補償?shù)耐顿Y成本、因無功率引起的風(fēng)電系統(tǒng)欲行成本引起的風(fēng)電系統(tǒng)運行成本均達到最小化；進行運行成本和投資成本的計算；其中運行成本中包含了風(fēng)功率分布結(jié)果和功率特性的影響；利用粒子群算法結(jié)合潮流計算程序進行優(yōu)化計算。本發(fā)明的有益效果補償容量的優(yōu)化決策方法可在充分保證風(fēng)電系統(tǒng)無功功率調(diào)節(jié)連續(xù)性的前提下，可風(fēng)電場的無功補償具有最好的經(jīng)濟性與最強的針對性。
文檔編號H02J3/18GK102738809SQ20121020890
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者馮江霞, 梁軍, 王成福 申請人:山東大學(xué)