[发明专利]一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法

说明书

技术领域

本发明属于风电技术领域，具体涉及一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法。

背景技术

我国风电发展势头迅猛，目前已成为风电装机最多的国家。与传统火电机组相比，风电场中风电机组单机容量小但数目众多，它们需通过风电场内集电线路串接在一起汇集至升压变上网外送。由于风电场内集电线路的R/X值比较高，串接在同一回集电线路上的风电机组汇集点电压从串尾到串首依次降低，集电线路越长，尾部机组汇集点电压就越高，故规划设计需要控制位于尾部风电机组至风电场升压变的距离，以确保风电场内风电机组能安全可靠运行。可见，掌握各风电场集电线路能够延伸的最大长度对指导风电场规划设计尤其是风电场升压站选址和快速判断多个相邻风电场能否共用升压站汇集外送具有十分重要的意义。

对于风电场各回集电线路能够延伸的最大长度，理论上可在成熟的潮流计算商业程序(如PSASP、BPA)上搭建含风电场集电系统和外部大电网的潮流模型，然后以尾部机组在汇集点电压达到允许上限值为目标，通过反复调整集电线路长度的方法试算出来，但该方法计算过程十分繁琐，建模工作量也很大，且由于集电线路的R/X比值偏大，导致含风电场集电系统的大电网潮流收敛性通常较差，极易出现“算不出”现象。为降低计算复杂性，风电场规划设计通常直接忽略集电线路对地电容以及线路有功、无功损耗，并假定风电场升压变母线为无穷大母线(电压恒定)，在此基础上直接计算出满足电压降要求的集电线最大长度，但功率损耗以及对地电容对风电场内的电压分布影响都较大，且实际上风电场升压变母线电压一般也不恒定，因此它有误差过大的缺陷，对于大量使用电缆的山地风电场尤为显著。这些缺陷对风电场规划和运行有比较严重的影响，当对风电场集电线路可延长的最大长度估计偏小时，可能会导致升压站选址时不能找到理想位置，或者经额外配置其他设备后选在了理想位置，此时多个相邻风电场可能会由于计算误差不能共用升压站送出，这些在规划上会增加不必要的投资；若估计偏大，则可能导致风电场内电压偏高，不利于风机安全可靠运行，将使风电场维护费用增加。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，给出了一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，降低了计算复杂程度，弥补了现有方法误差过大的缺陷，进而降低风电场规划中成本，而且使得风电场内风电机组能安全可靠运行。

本发明实现其发明目的所采用的技术方案是：一种快速计算风电场集电线路最大长度的方法，包括以下步骤：

A、根据待评估风电场构造简单链式结构等值风电场模型，其参数包括：风电场内风电机组链式联接至升压变的回路数n_series、每回集电线上挂接的风机台数n、每回集电线路上相邻两台风机间距离l_k，其中k＝1,2,…,n-1；

B、递推计算每回集电线路首端风机汇集点的电压U_2,n、前n-1段集电线路汇集至首端风机汇集点的有功功率P_line2,n-1和无功功率Q_line2,n-1：

根据各风机的额定有功功率、无功功率、箱变高压侧母线的最高容许电压，基于输电线路π型等值电路，自每回集电线路末端风机至首端风机依次计算出第k台风机汇集点的电压U_2,k、前k-1段集电线汇集至第k组台风机汇集点的有功功率P_line2,k-1和无功功率Q_line2,k-1，其中k＝1,2,…,n，末端汇集点P_line2,0＝0、Q_line2,0＝0；

C、以最靠近升压变侧的第n段集电线路长度l_n为变量，建立关于集电线路长度l_n的方程f(l_n)＝0：

利用B中得到的U_2,n、P_line2,n-1和Q_line2,n-1，基于输电线路π型等值电路，以第n段集电线路长度l_n为变量，建立第n段集电线路升压变低压侧电压U_T关于集电线路长度l_n的表达式；进一步考虑升压变阻抗、系统等值阻抗和升压变的变比，得到风电场并网点系统等值电源电压U₀关于第n段集电线路长度l_n的表达式，进而得到非线性方程f(l_n)＝0；