李詩怡 李姿* 沈陽工學(xué)院 信息與控制學(xué)院

隨著國(guó)家對(duì)可再生能源發(fā)電的高度重視，風(fēng)電已成為具有規(guī)?；_發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的新能源。其中雙饋機(jī)組已成為我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的主流機(jī)型。

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)采用四象限大功率電力電子變流器與電網(wǎng)連接，通過變流器的控制實(shí)現(xiàn)有功、無功的解耦，其自身無功調(diào)節(jié)能力可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)電場(chǎng)的無功調(diào)節(jié)。此外調(diào)度部門建立無功補(bǔ)償設(shè)備，通過充分利用DFIG和無功補(bǔ)償設(shè)備協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)無功功率調(diào)節(jié)，從而使整個(gè)電網(wǎng)無功功率的平衡。

本文通過對(duì)分散式風(fēng)電場(chǎng)電壓控制點(diǎn)的偏差計(jì)算出風(fēng)場(chǎng)的無功需求，當(dāng)DFIG無功輸出能力滿足電網(wǎng)需求時(shí)，以網(wǎng)損最小進(jìn)行無功分配；當(dāng)DFIG不能滿足電網(wǎng)需求，則通過DFIG與SVC協(xié)調(diào)配合進(jìn)行無功優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)降低風(fēng)機(jī)損耗的無功優(yōu)化控制策略。

1 雙饋風(fēng)機(jī)運(yùn)行特性

1.1 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)無功功率極限

雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)在定子側(cè)采用發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣例，轉(zhuǎn)子側(cè)采用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣例，其等效電路如圖1所示。

圖 1雙饋型異步發(fā)電機(jī)等效電路

1.2 單臺(tái)風(fēng)機(jī)無功功率參考值計(jì)算

計(jì)算單臺(tái)風(fēng)機(jī)的無功損耗時(shí)，忽略變換器的損耗（包括鐵損和機(jī)械損耗等），DFIG的損耗主要為定、轉(zhuǎn)子的銅耗。

單臺(tái)風(fēng)機(jī)輸出的無功功率值為時(shí)，對(duì)應(yīng)的無功損耗的最小值為

QX*=-3XSRrU2s/X2m+R2sRr+X2s+Rr

2 風(fēng)電場(chǎng)級(jí)的無功優(yōu)化

大型含雙饋發(fā)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)與弱電網(wǎng)相連時(shí)，需要強(qiáng)大的無功功率支撐控制中樞點(diǎn)電壓；大型含雙饋發(fā)電機(jī)組的風(fēng)電場(chǎng)與強(qiáng)電網(wǎng)相連時(shí)，由于無功出力的限制，無法獨(dú)立調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)電壓。所以本文利用機(jī)組的無功無力對(duì)電網(wǎng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，對(duì)該點(diǎn)后的用戶進(jìn)行無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

整體的無功優(yōu)化流程,下層是自帶獨(dú)立控制器的雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)電機(jī)組，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與風(fēng)場(chǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)通訊。監(jiān)控系統(tǒng)一方面監(jiān)測(cè)每臺(tái)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，另一方面與上一層電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)。電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)采集風(fēng)電場(chǎng)整體的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析無功功率的參考命令，向風(fēng)場(chǎng)監(jiān)控系統(tǒng)下達(dá)電網(wǎng)調(diào)度指令。

3 算例分析

本文采用電力系統(tǒng)暫態(tài)分析軟件 (Power System Computer Aided Design，PSCAD）對(duì)某地實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證本文提出的控制策略的準(zhǔn)確性。算例系統(tǒng)接線圖如圖2所示。

圖 2算例系統(tǒng)

在同一風(fēng)電場(chǎng)，以某1.5MW雙饋風(fēng)電機(jī)組為例，模擬機(jī)組的外部環(huán)境相同，設(shè)置對(duì)照組實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化前采用的是機(jī)組按單位功率因數(shù)運(yùn)行，并在升壓站低壓側(cè)安裝無功補(bǔ)償設(shè)備；優(yōu)化后是采用本章的無功功率協(xié)調(diào)控制方案，最大限度利用風(fēng)機(jī)的無功調(diào)節(jié)輸出，并在主變壓器低壓側(cè)安裝了無功補(bǔ)償設(shè)備。每臺(tái)變壓器將風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出口電壓升高至35kV并接入電網(wǎng)。

本方案調(diào)節(jié)后，可以有效降低35kV節(jié)點(diǎn)電壓，使其波動(dòng)減小，有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。優(yōu)化前主要依靠無功補(bǔ)償設(shè)備發(fā)出無功，補(bǔ)償無功損耗。優(yōu)化后由風(fēng)機(jī)本身與無功補(bǔ)償設(shè)備協(xié)調(diào)補(bǔ)償，節(jié)約了無功補(bǔ)償設(shè)備容量。

4 結(jié)論

雙饋?zhàn)兯俸泐l風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于超高的性價(jià)比，成為了目前的主流機(jī)型?，F(xiàn)實(shí)中，雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組往往采用恒功率因數(shù)運(yùn)行。針對(duì)這一問題，利用PSCAD軟件，搭建了某實(shí)際風(fēng)電場(chǎng)的雙饋機(jī)組，采用本文的無功調(diào)控策略，與風(fēng)電場(chǎng)原無功調(diào)控方案進(jìn)行比較，進(jìn)行仿真驗(yàn)證，可以得出本文所提出的控制策略能充分發(fā)揮風(fēng)電機(jī)組的快速無功調(diào)節(jié)能力，對(duì)現(xiàn)實(shí)中風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行有一定的借鑒與指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn) ( References):

[1]王成福，梁軍，張利.基于靜止同步補(bǔ)償器的風(fēng)電場(chǎng)無功電壓控制策略［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30(25)：23-28.

[2]王成福，梁軍，馮江霞.故障時(shí)刻風(fēng)電系統(tǒng)無功電壓協(xié)調(diào)控制策略，2011，31( 9)：14-21.