[发明专利]一种双馈风力发电机组无功输出范围的精确计算方法

说明书

本发明提出一种双馈风力发电机组无功输出范围的精确计算方法，其基于电网电压定向下双馈风力发电机组的动态模型，考虑网侧变流器滤波电感的无功损耗，且网侧变流器无功输出范围考虑网侧变流器容量限制和最大运行电流两个因素，定子无功输出范围考虑转子侧变流器容量、转子侧变流器运行电流以及DFIG容量三个因素的影响，实现了对双馈风电机组全工况运行情况下无功输出范围的精确计算。本发明的方法，不仅可以实现对整个风电场或者分散式风电机组的无功输出范围精确计算，还可以为合理配置风电场无功补偿设备，机组无功参与系统调压以及进行合理调度提供依据。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种双馈风力发电机组无功输出范围的精确计算方法。

背景技术

现有的双馈风力发电机组无功输出范围计算方法忽略了网侧变流器滤波电感的无功损耗，认为转子绕组输出的无功功率即为送向电网的无功功率，这种计算方法在无功输出较小时的误差可以接受，但在无功输出较大时，会造成较大的误差，使得计算的无功输出范围不准确。且目前的计算方法在最终确定机组无功输出范围时仅考虑转子侧变流器的电流限制以及网侧变流器的容量限制，其他限制因素仅做了简单说明，无法准确揭示机组在全工况运行下的无功输出范围。

发明内容

针对上述问题，本发明基于电网电压定向下双馈风力发电机组的动态模型，考虑网侧变流器滤波电感的无功损耗，且网侧变流器无功输出范围考虑网侧变流器容量限制和最大运行电流两个因素，定子无功输出范围考虑转子侧变流器容量、转子侧变流器运行电流以及DFIG容量三个因素的影响，实现了对双馈风电机组全工况运行情况下无功输出范围的精确计算。

一种双馈风力发电机组无功输出范围的精确计算方法，包含如下步骤：

步骤1)，建立dq坐标系下DFIG的数学模型，并采用电网电压定向的方式分别推导DFIG的网侧变流器和转子侧变流器下相应表达式；

步骤2)，根据DFIG参数，以风速为横坐标，划分DFIG的运行区域，得到其有功出力范围；

步骤3)，网侧变流器考虑网侧变流器容量限制和其最大运行电流两因素，定子考虑转子侧变流器容量、转子侧变流器运行电流以及DFIG容量三个因素，分别推导其无功输出范围；

步骤4)，根据全工况下DFIG的运行情况，结合无功组成两部分所考虑的因素，对全工况下DFIG的无功输出范围进行计算。

进一步，DFIG的运行区域包括C_p恒定区、转速恒定区、功率恒定区，最低风速为切入风速，最高风速为切出风速，根据得到DFIG在全工况下有功输出范围，其中，ρ＝1.225kg/m³，为空气密度，R为风力机叶轮半径，S为叶片的截面积，v_w为风速，C_p为风能利用系数，P_t为风力机的机械功率，P_o为风力机输出功率，P_t＝P_o。

进一步，网侧变流器无功输出范围下限由网侧变流器容量决定，在运行于接近有功输出极限时上限由变流器容量决定，而其余运行条件下由最大运行电流决定。

进一步，定子无功输出范围上限由DFIG容量决定，在转速较低时其下限由转子侧变流器容量决定，转速较高时由DFIG容量决定。

进一步，网侧变流器无功输出范围为A_g＝O₁∩O₂，

O₁＝{(-∞,Q_g11)∪(Q_g12,+∞)}∩(Q_g21,Q_g22)

O₂为：