基于分层原则的风电场无功控制策略.pdf

第33卷第13期Vol.33No.132009年7月10日July10,2009基于分层原则的风电场无功控制策略王松岩1,2,朱凌志2,陈宁2,于继来1(1.哈尔滨工业大学电气工程系,黑龙江省哈尔滨市150001;2.国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司,江苏省南京市210003)摘要:针对由具有动态无功调节能力的变速恒频风电机组(包括变速恒频双馈异步风电机组和直驱永磁同步风电机组)组成的风电场,提出了一种新的电压无功分层控制策略。该策略由风电场局部区域某节点电压与参考值的偏差得到整个风电场的无功功率需求,并按等功率因数算法分配给各台风电机组,作为其无功功率控制目标参考值。参考值的实时整定过程考虑了风电场无功功率输出约束和功率因数约束。算例表明,所提出的策略既可抑制由周边负荷变化引起的控制点母线电压波动,又可抵御由局部电网故障造成的控制点电压跌落,具有维持风电场接入局部区域电网电压稳定的作用。关键词:风力发电;电压稳定;无功功率控制中图分类号:TM6140引言的变速恒频风电机组的快速无功调节能力参与电网无功电压控制的问题。风电作为最具规模化开发和商业化发展前景的文献[13]基于变速恒频电机的等值电路,分析新能源,越来越受到重视。风电的迅速发展给电力了变速恒频风电机组的无功功率极限。文献[14]从系统带来了很多新问题[124],无功电压问题就是其中变速恒频电机功率关系出发,考虑转子侧变换器的最突出和最受关注的问题之一。文献[5]指出风速电流限制,分析了变速恒频风电机组的无功功率极变化等扰动会影响风电机组并网引起的电压波动程限,并给出了一种3层控制结构,但并未给出风电场度;文献[6]指出风电对系统电压产生影响的大小取无功调整量的具体确定方法。文献[15]提出了用静决于电网结构的强度和风电装机容量的大小。目止无功补偿器(SVC)与桨距角控制改善异步机风电前,常采用在风电场母线上安装电容器组以补偿风场暂态电压稳定性的方法。文献[16]提出了考虑各电机组的无功需求[5]。随着风电技术的发展,变速种运行限制,可以分别通过变速恒频风电机组转子恒频风电机组(主要包括变速恒频双馈异步风电机侧和网侧变流器对无功功率进行调节的策略。文献组和直驱永磁同步风电机组)逐渐成为并网风电场[17]利用Nyquist曲线设计了一种比例—积分(PI)的主流机型这些机型采用四象限大功率电力电子,控制器,用于控制由变速恒频风电机组构成的风电变流器与电网连接通过变流器的控制实现有功、无,场的无功功率输出,并给出风电场内部风电机组间[7211]功的解耦,具备动态调节无功输出的能力。然的无功功率分配方案。而,由于目前中国风电场中的变速恒频风电机组通以上文献着重从机组和风电场内部研究无功电常情况下以恒功率因数方式运行,导致其快速灵活压控制问题,而对风电场如何参与电网的无功电压的无功调节能力并没有得到充分利用,使得风速或控制问题研究较少。风电场的无功输出特性对接入系统运行方式变化引起的风电场母线和接入点电压地区电网的电压影响,与电网的拓扑结构、接入方式波动,难以通过电容器或电抗器的投切得到有效平以及运行方式密切相关。因此,研究风电场参与地[12]抑。因此,迫切需要研究如何充分利用经济有效区电网电压控制问题,必须从接入地区电网入手。基于上述分析,本文针对由变速恒频双馈异步收稿日期:2009201212;修回日期:2009204210。风电机组和直驱永磁同步风电机组构成的风电场,国家自然科学基金资助项目(50877014);国家电网公司重点提出了一种分层分布构架的风电场无功电压控制策项目(风电场控制系统关键技术研究与装置开发)“;十一五”略。该策略将风电场接入局部区域某节点电压作为国家科技支撑计划资助项目(2008BAA14B04);国家高技术控制目标,首先根据控制点电压偏差确定整个风电研究发展计划(863计划)资助项目(2007AA05Z422)。场的无功需求,然后再通过实时调节风电场内各台—83—2009,33(13)风电机组的输出无功功率,实现整个风电场的动态2无功控制策略的具体实现无功调节。2.1风电场无功需求整定层1无功控制策略的基本思想WFVC是确定整个风电场无功功率输出参考值的环节。该环节通过比较控制点实际电压与参考对于一个由数十台甚至上百台具有动态无功调电压得到风电场无功需求变化。一般而言,风电场节能力的风机构成的风电场来说,其无功控制的难低压侧母线电压以及功率输出可实测得到,然而有点在于如何协调风电场无功控制与风机无功控制之时电压控制点并不在风电场低压侧而在风电场远间的关系。由于风电机组容量相对较小,单台风机端,长线路信号传输往往存在延时导致远端电压测的无功调节无法对风电场和接入点电压带来明显的量值不能实时得到。为实现风电场对电压控制点的变化,因此风电场的无功调