[发明专利]海上风电场大孤岛运行模式的配置优化及启动方法及系统

说明书

本发明提供一种海上风电场大孤岛运行模式的配置优化及启动方法、系统，其中方法包括：根据海上风电场的电气设计图，获取大孤岛运行模式中的设备清单及各设备参数；计算海上风电场大孤岛运行模式各设备的有功消耗量和无功消耗量；确定拟接入设备及风机数量；确定电抗器的容量和数量，并结合拟接入设备和风机数量进而确定不同场景的海上风电场大孤岛模式系统结构；确定各设备的启动和投入操作顺序。与现有海上风电场配置和启动方法相比，本发明提出一种海上风电场大孤岛运行模式的配置优化及启动方法，考虑了多种场景下配置方案和启动操作的差异，较全面地多角度地从大孤岛系统的频率和无功平衡两大方面优化了配置方案，提出了可靠的启动流程。

技术领域

本发明涉及海上风电场孤岛系统配置技术领域，特别是涉及一种海上风电场大孤岛运行模式的配置优化及启动方法及系统。

背景技术

当海上风电场高压送出海底电缆发生事故或台风造成陆上送出架空线路故障时，海上风电场将失去外部电网联系。海上风电机组在失电后的较短时间内虽然有一定的保持通讯控制能力，但已不具备抗盐雾、偏航、顺桨等大功率电机操作的能力。同时，根据规范要求，海上升压变电站需配应急电源，确保通信电源、监控电源、事故照明、事故通风、消防火灾系统、逃生设备和导航设备等应急负荷。柴油发电机组除了作为海上升压站的应急电源之一，也有项目中用于为孤网情况下的风电机组提供备用电源，使得风电机组内的辅助设备在电网断电超过一定时间后能通过该电源供电的方式使其保持在工作状态，西门子公司称这种方式为大孤岛模式。

现有海上风电场大孤岛模式设计中，可配置的柴油发电机容量受海上升压站空间限制及成本考虑，其容量仅能满足海上风电场升压站应急负荷与所有风机的辅助负荷总量。实际中若考虑大容量风力发电机组变压器损耗和风力发电机偏航负荷，且海上风电场装机数量有后期扩增可能，所配辅助柴油发电机无法满足海上风电场大孤岛模式中所有辅助设备的用电需求。除此之外，还需要配置电抗器补偿海底电缆的充电功率，而单台大电抗器的补偿方式仅适用于海上风电场并网运行，在大孤岛运行模式的启动过程中投切大电抗器将会造成系统的电压波动甚至出现过电压；由于柴油发电机容量有限，稳态运行中大容量电抗器和海底电缆同时接入系统，即使电抗器恰好补偿电缆无功，也会增加系统稳定性风险。

综上所述，现有海上风电场大孤岛运行模式系统配置存在明显缺陷。在辅助柴油发电机容量的限制下，需要优化系统的负荷量、电缆串数以及电抗器的配置方案，并采用与之相匹配的启动方式，实现可操作的海上风电场大孤岛运行方案。

发明内容

针对以上所述问题，本发明提出一种海上风电场大孤岛运行模式的配置优化方法及启动方式，即确定柴油发电机容量后，基于该容量以及海上风电场常规并网工况的配置，拟定大孤岛运行模式下的接入馈线和设备，优化电抗器配置方案，最终给定海上风电场大孤岛运行模式的设备启动和投入顺序。

本发明以一个实施例说明一种海上风电场大孤岛运行模式的配置优化及启动方法，包括：

根据海上风电场的电气设计图，获取大孤岛运行模式中的设备清单及各设备参数；

根据所述各设备参数，计算海上风电场大孤岛运行模式各设备的有功消耗量和无功消耗量；

基于所述各设备的有功消耗量、柴油发电机的有功容量及投切功率冲击，确定拟接入设备，及考虑偏航负荷的场景与不考虑偏航负荷的场景下柴油发电机可满足其辅助负荷供电的风机数量；

基于柴油发电机运行时能接入的电缆和电抗器最大容量值，单次投切无功负载的最大值，及各设备的无功消耗量和柴油发电机无功输出范围，确定电抗器的容量和数量，并结合拟接入设备和风机数量进而确定不同场景的海上风电场大孤岛模式系统结构；

根据所述不同场景的海上风电场大孤岛模式系统结构，确定各设备的启动和投入操作顺序。

进一步地，所述根据所述各设备参数，计算海上风电场大孤岛运行模式各设备的有功消耗量和无功消耗量，包括：