[发明专利]一种大型双馈风电场的无功优化控制方法

权利要求书

1.一种大型双馈风电场的无功优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、对大型双馈风电场的每一条馈线上的风机进行分组，从第一台风机起，每6台风机为一组，最后若剩余不足6台的风机也组成一组，并依次将风机组编号为1,2,....,m,....,N_G；用N_m表示第m组风机的风机台数，m＝1,2,...,N_G；

步骤二、以风电场输出的总有功功率最大为目标建立目标函数f：

其中，和分别表示第m组第i台双馈风机输出的有功功率、铜耗、定子侧变流器损耗、网侧变流器损耗和变压器损耗，i＝1,2,...,N_m；表示第i段线路的有功损耗，表示风电场平衡节点到汇流母线节点之间线路的有功损耗；由下式计算：

其中，R_s和R_r分别表示风机定子绕组和转子绕组的等效电阻，从风机铭牌中获得；I_ds和I_qs分别为风机定子侧电流的d轴和q轴分量，I_dr和I_qr分别是风机转子侧电流的d轴和q轴分量，通过测量风机三相电流后经过d-q坐标变换得到；是从风机网侧变流器到电网的正弦电流的均方根值，是从风机转子侧变流器到发电机的正弦电流的均方根值，分别通过测量其正弦电流后计算均方根值后得到；P₀和P_k分别是变压器的空载损耗和负载损耗，从变压器说明书中获得，β是变压器的负载率，通过计算变压器三相电流平均值与变压器额定电流的比值得到；是第i个节点到第i+1个节点之间的线路电阻，从厂家给出的电缆说明书中获得；是从第i个节点到第i+1个节点的电流，通过测量得到；R_v和I_v分别是风电场平衡节点到汇流母线节点之间线路的电阻和电流，分别通过电缆说明书和测量得到；是第m组第i台风机的风功率，通过公式计算得到，其中，R为风机叶片半径，从风机说明书中得到；ρ_空气为空气密度，取1.29Kg/m³，V_w为风力机输入风速，通过测量得到；C_P为最大风能利用率，取45％；

步骤三、结合双馈风机无功出力特性，计算各台双馈风机无功出力的上下限；风机的定子侧无功出力的上下限分别为和风机网侧变流器的无功出力的上下限分别为和由下式计算：

其中，V_s为风机定子侧额定电压，X_s为风机定子绕组电抗，X_m为风机励磁电抗，从风机使用手册中获得；P_s为风机定子侧输出的有功功率，P_g为风机网侧变流器的输出的有功功率，通过测量得到；S_g为网侧变流器容量，S_s为定子侧变流器容量，I_rmax为风机定子侧变流器额定电流值，从变流器使用手册中获得；

步骤四、以双馈风机机组无功出力上下限、风电场各节点电压偏差及电网对风电场的无功调度指令为约束条件，建立约束条件函数；

其中，表示第m组第i台风机输出的总无功功率，通过上式计算得到；和分别表示第m组第i台风机定子侧和网侧变流器输出的无功功率，通过分组无功优化得到；表示节点i的电压，通过测量得到；Q_v表示风电场总输出无功功率，通过分组无功优化得到，Q₀表示电网无功调度值，从电网调度中心得到；V_max和V_min分别为节点电压的上下限，分别取线路额定电压的+10％和-10％；

步骤五、采用分组无功优化控制策略对目标函数进行求解，且满足所述约束条件，形成满足要求的风电场无功控制方法；

(1)处理目标函数：把看作为常数；并采用加入惩罚函数的方法把电压约束和无功调度约束加入目标函数中，目标函数f变成函数F：

其中，

(2)分组：将风电场的风机分为N_G组,然后按照以下公式分别计算第m组风机定子侧无功出力上下限和第m组风机网侧变流器无功出力上下限和再计算和然后进行下一步；

(3)初始化变量：定义令其中，x_j有2N_G个维度，根据以下公式初始化v_j和x_j，j＝1,2,...,200；然后进行下一步；

其中，r_v和r_x为0到1之间的随机数，v^max、v^min、x^max和x^min分别由下式计算：

(4)定义pbest_j＝x_j,gbest＝[0,…,0,…,0]，其中gbest有2N_G个维度，根据以下公式计算和然后计算F(x_j)，定义fpbest_j＝F(pbest_j)；然后进行下一步；

(5)找出F(pbest_j)中的最小值,并把其赋值给fgbest；把fgbest所对应的pbest_j赋值给gbest；然后进行下一步；

(6)根据如下公式更新v_j，其中d＝1,2,...,2N_G；r₁和r₂是0到1之间的随机数；然后进行下一步；

(7)根据如下公式更新x_j；然后进行下一步；

(8)根据公式计算然后根据如下公式计算和然后进行下一步；

(9)计算F(x_j),然后根据如下公式更新fpbest_j和pbest_j；然后进行下一步；

(10)根据如下公式更新fgbest和gbest；然后进行下一步；

(11)重复步骤(6)-(10)直到两次迭代的fgbest的差值小于0.00001；

(12)根据以下公式计算第m组第i台风机定子侧无功功率参考值和网侧无功功率参考值