一種降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法，其特征是，雙饋感應風電機組的組成包括：風力機、感應電機、背靠背變流器和變壓器；并按如下步驟進行：1）設置雙饋感應風電機組的有功調(diào)度值和無功調(diào)度值；2）分解雙饋感應風電機組的有功損耗；3）設置網(wǎng)側變流器的無功出力以降低雙饋感應風電機組的無功出力引起的有功損耗；4）設置轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率以降低雙饋感應風電機組的有功出力引起的有功損耗；5）無功出力引起的有功損耗的最小值以及有功出力引起的有功損耗的最小值之和，即為雙饋感應風電機組的最小有功損耗。本發(fā)明能在雙饋感應風電機組接受電網(wǎng)調(diào)度的前提下，降低雙饋感應風電機組的有功損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】一種降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種風電機組的運行控制，具體涉及一種降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法。
【背景技術】
[0002]從獨立風電機組運行來說，控制目的多為追求最大有功出力。從降低風電機組有功損耗角度，希望無功出力越小越好，例如，按照單位功率因數(shù)運行時，其無功出力為零。但是隨著風電并網(wǎng)容量不斷增加，為增加無功支持，減少有功備用容量需求，變速風電機組，如雙饋感應電機和直驅(qū)永磁同步電機，被與常規(guī)火電、水電機組等同調(diào)度，其有功和無功出力都受電網(wǎng)功率平衡約束。
[0003]對于含雙饋感應風電機組的風電系統(tǒng)，現(xiàn)有降低有功損耗的研究方法多從常規(guī)電網(wǎng)損耗的優(yōu)化角度出發(fā)，通過調(diào)節(jié)風電機組的有功和無功出力以降低電網(wǎng)的有功損耗，但是常規(guī)電網(wǎng)損耗優(yōu)化方法沒有考慮到風電機組本身的有功損耗，從而導致雙饋感應風電機組的有功損耗較大，繞組溫升高，能量轉(zhuǎn)換效率較低，降低了雙饋感應風電機組的可靠性和使用壽命。而且當風力機的風速較低時，雙饋感應風電機組有功出力往往達不到有功調(diào)度值，從而雙饋感應風電機組只能返回最大功率點跟蹤運行方式，常規(guī)電網(wǎng)損耗的優(yōu)化方法不起作用，無法有效降低有功損耗。
[0004]在現(xiàn)有技術中，風力機在當前風速下，通過采用優(yōu)化算法確定雙饋感應風電機組的網(wǎng)側變流器的無功出力和風力機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的方法，以降低有功損耗，但是由于實際風速不確定，以及雙饋感應風電機組的定子電壓隨電網(wǎng)運行方式變化而變化，導致優(yōu)化算法計算過程復雜，計算效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法，能在雙饋感應風電機組接受電網(wǎng)的有功調(diào)度和無功調(diào)度的前提下，降低雙饋感應風電機組的有功損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率。
[0006]本發(fā)明為解決技術問題采取如下技術方案:
[0007]本發(fā)明一種降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法的特點是，所述雙饋感應風電機組的組成包括:風力機、感應電機、由轉(zhuǎn)子側變流器、網(wǎng)側變流器和直流電容構成的背靠背變流器以及變壓器；所述降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法按如下步驟進行:
[0008]I)、設定受電網(wǎng)調(diào)度的雙饋感應風電機組的無功出力Qdfk為無功調(diào)度值QDFie，srt，所述雙饋感應風電機組的有功出力Pdfic為所述風力機在當前風速下的最大有功出力Pdfig,max和有功調(diào)度值PDFK，srt之間的較小值；
[0009]2)、將所述雙饋感應風電機組的有功損耗APdfk分解為無功出力Qdfk引起的有功損耗APdfic q和有功出力Pdfic引起的有功損耗APdfic p ；
[0010]3)、將所述雙饋感應風電機組的無功出力Qdfic分解為定子無功出力Qs和網(wǎng)側變流器的無功出力Qg ；
[0011]利用式(I)獲得最優(yōu)系數(shù)k:
[0012]k = (Rs+Rr) / (Rs+Rr+RT) (I)
[0013]式(I)中，Rs為所述感應電機的定子電阻、艮為所述感應電機的轉(zhuǎn)子電阻、Rt為所述變壓器的電阻；
[0014]按照Qg = kQDFIG調(diào)節(jié)所述網(wǎng)側變流器的無功出力Qg，使得所述雙饋感應風電機組的無功出力Qdfic引起的有功損耗APdfk^最??；
[0015]4)、將所述雙饋感應風電機組的有功出力Pdfic分為定子有功出力Ps和網(wǎng)側變流器的有功出力Pg;
[0016]利用式(2)獲得所述感應電機的定子有功出力Ps:
[0017]Ps ^ (1-S)Pdfig(2)
[0018]利用式(3)獲得網(wǎng)側變流器的有功出力Pg:
[0019]Pg ^ SPdfig(3)
[0020]式⑵和式(3)中，s為所述感應電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率；
[0021]按照S = k調(diào)節(jié)所述感應電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率S，使得所述雙饋感應風電機組的有功出力Pdfic引起的有功損耗Λ PDFK，p最?。?br> [0022]5)、所述無功出力Qdfk引起的有功損耗ΛPDFK，q的最小值以及所述有功出力Pdfic引起的有功損耗APdfkp的最小值之和，即為所述雙饋感應風電機組的最小有功損耗。
[0023]本發(fā)明降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法的特點也在于:
[0024]所述步驟3)中，當網(wǎng)側變流器的無功出力Qg受到網(wǎng)側變流器的容量限制，無法滿足Qg = kQDFIG時，網(wǎng)側變流器的無功出力Qg取值為網(wǎng)側變流器實際的最大無功出力。
[0025]所述步驟4)中，當所述雙饋感應風電機組按照最大功率點跟蹤方式運行時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率s的最優(yōu)值不等于最優(yōu)系數(shù)k時，在滿足PDFrc = Pdfig,set下，通過調(diào)節(jié)所述感應電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率s趨近于最優(yōu)系數(shù)k。
[0026]與已有技術相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:
[0027]1、與大容量火電和水電機組相比，雙饋感應風電機組具有臺數(shù)多、容量小、電壓等級低、電阻/電抗比大、有功損耗大的缺點。而本發(fā)明根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度出力和當前風速值，設置網(wǎng)側變流器的無功出力和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，降低雙饋感應風電機組的有功損耗，提高能量轉(zhuǎn)換效率，提高可靠性和使用壽命，從而克服雙饋感應風電機組本身的缺點，避免了依賴于電網(wǎng)運行參數(shù)變化的復雜優(yōu)化算法，便于與電網(wǎng)調(diào)度結合使用，更有利于雙饋感應風電機組安全經(jīng)濟運行。
[0028]2、本發(fā)明將雙饋感應風電機組有功損耗分別分解為有功出力和無功出力引起的有功損耗，對兩者分別求最小值，以降低雙饋感應風電機組的有功損耗，該方法可以獨立實施，也可以在常規(guī)的電網(wǎng)損耗優(yōu)化算法之后實施，并且所增加的計算量很少，與常規(guī)優(yōu)化算法相比，本發(fā)明避免了對風電系統(tǒng)和雙饋感應風電機組采用聯(lián)立求解的問題，提高了計算效率和工程應用價值。
[0029]3、本發(fā)明將雙饋感應風電機組的無功出力引起的有功損耗，分解為由定子無功出力和網(wǎng)側變流器的無功出力所引起的有功損耗，通過計算定子無功出力占雙饋感應風電機組無功出力的最優(yōu)比例，以降低雙饋感應風電機組的無功出力引起的有功損耗，避免了優(yōu)化求解過程，提高了計算效率。
[0030]4、本發(fā)明將雙饋感應風電機組有功出力引起的有功損耗，分解為由定子有功出力和網(wǎng)側變流器有功出力所引起的有功損耗，并將有功損耗表示為轉(zhuǎn)差率的函數(shù)，通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，以降低雙饋感應風電機組的有功出力引起的有功損耗，避免了優(yōu)化求解過程，提高了計算效率。
[0031]5、本發(fā)明所采用的最優(yōu)系數(shù)，是由定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻和變壓器電阻等結構參數(shù)決定的，相對固定，不受風速、定子電壓變化和電網(wǎng)調(diào)度變化影響，從而避免了優(yōu)化算法對風速和電網(wǎng)運行方式變化的依賴性。
[0032]6、本發(fā)明可以在雙饋感應風電機組超前或滯后功率因數(shù)運行時，根據(jù)最優(yōu)系數(shù)并計及網(wǎng)側變流器容量限制，確定網(wǎng)側變流器實際無功出力，避免了網(wǎng)側變流器無功出力超過網(wǎng)側變流器容量的問題。
[0033]7、本發(fā)明考慮了當前風速下最大出力和有功調(diào)度值關系、當前風速下最優(yōu)轉(zhuǎn)差率和最優(yōu)系數(shù)關系，確定增加或者降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，以使得在滿足有功調(diào)度值的前提下，轉(zhuǎn)差率趨近最優(yōu)系數(shù)，以降低雙饋感應風電機組的有功損耗，避免滿足有功調(diào)度和降低有功損耗之間的矛盾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明雙饋感應風電機組的結構組成示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明算法流程框圖；
[0036]圖3為本發(fā)明網(wǎng)側變流器容性無功出力與雙饋感應風電機組無功出力引起的有功損耗的不意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明網(wǎng)側變流器感性無功出力與雙饋感應風電機組無功出力引起的有功損耗不意圖；
[0038]圖5為本發(fā)明雙饋感應風電機組超同步方式運行時降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與有功出力引起的有功損耗示意圖；
[0039]圖6為本發(fā)明雙饋感應風電機組次同步方式運行時降低轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與有功出力引起的有功損耗示意圖；
[0040]圖7為本發(fā)明雙饋感應風電機組次同步方式運行時增加轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與有功出力引起的有功損耗示意圖。
【具體實施方式】
[0041]本實施例中，如圖1所示，雙饋感應風電機組的組成包括:風力機、感應電機、由轉(zhuǎn)子側變流器、網(wǎng)側變流器和直流電容構成的背靠背變流器以及變壓器，感應電機包括轉(zhuǎn)子和定子。風力機捕捉的風能通過感應電機轉(zhuǎn)換為電能注入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子變流器連接感應電機的轉(zhuǎn)子，用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子無功出力；網(wǎng)側變流器和電網(wǎng)之間通過變壓器連接，傳遞轉(zhuǎn)差功率并發(fā)出或吸收無功功率；雙饋感應風電機組與電網(wǎng)相連，接受電網(wǎng)有功調(diào)度和無功調(diào)度。
[0042]參見圖2，一種降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法按如下步驟進行:
[0043]I)、設定受電網(wǎng)調(diào)度的雙饋感應風電機組的無功出力Qdfk為無功調(diào)度值QDFie，srt，雙饋感應風電機組的有功出力Pdfic為風力機在當前風速下的最大有功出力Pdfic,max和有功調(diào)度值PDFrc，srt2間的較小值；即風電機組有功出力和無功出力，是由電網(wǎng)調(diào)度值、感應電機的容量、背靠背變流器的容量和風速共同決定的。
[0044]由于激磁支路阻抗較大，因此忽略激磁電流。當雙饋感應風電機組的定子電壓Vs、有功出力PDFrc、無功出力Qdfk已知時，雙饋感應風電機組的有功損耗ΛPdfic，可分解為定子、轉(zhuǎn)子回路損耗和變壓器支路損耗，如式(I)所示:
【權利要求】
1.一種降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法，其特征是，所述雙饋感應風電機組的組成包括:風力機、感應電機、由轉(zhuǎn)子側變流器、網(wǎng)側變流器和直流電容構成的背靠背變流器以及變壓器；所述降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法按如下步驟進行: 1)、設定受電網(wǎng)調(diào)度的雙饋感應風電機組的無功出力QDFrc為無功調(diào)度值Qmasrt，所述雙饋感應風電機組的有功出力Pdfic為所述風力機在當前風速下的最大有功出力Pdfic,_和有功調(diào)度值PDFrc，srt之間的較小值； 2)、將所述雙饋感應風電機組的有功損耗APdfk分解為無功出力Qdfk引起的有功損耗APdfk^和有功出力Pdfic引起的有功損耗APdfk p ； 3)、將所述雙饋感應風電機組的無功出力Qdfic分解為定子無功出力(^和網(wǎng)側變流器的無功出力Qg ； 利用式(I)獲得最優(yōu)系數(shù)k:
k = (Rs+Rr)/(Rs+Rr+RT) (I) 式(I)中，Rs為所述感應電機的定子電阻、艮為所述感應電機的轉(zhuǎn)子電阻、Rt為所述變壓器的電阻； 按照Qg = kQDFrc調(diào)節(jié)所述網(wǎng)側變流器的無功出力Qg，使得所述雙饋感應風電機組的無功出力Qdfic引起的有功損耗Λ Pd?，，最??； 4)、將所述雙饋感應風電機組的有功出力Pdfic分為定子有功出力Ps和網(wǎng)側變流器的有功出力Pg; 利用式(2)獲得所述感應電機的定子有功出力Ps: P產(chǎn)(1-S)Pdfig(2)` 利用式(3)獲得網(wǎng)側變流器的有功出力Pg: Pg ^ sPDFIG(3) 式(2)和式(3)中，s為所述感應電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率； 按照s = k調(diào)節(jié)所述感應電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率S，使得所述雙饋感應風電機組的有功出力Pdfig引起的有功損耗Λ PDFrc p最??； 5)、所述無功出力Qdfk引起的有功損耗APdficq的最小值以及所述有功出力PDFrc引起的有功損耗APdfkp的最小值之和，即為所述雙饋感應風電機組的最小有功損耗。
2.根據(jù)權利要求1所述的降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法，其特征在于: 所述步驟3)中，當網(wǎng)側變流器的無功出力Qg受到網(wǎng)側變流器的容量限制，無法滿足Qg=kQDFIG時，網(wǎng)側變流器的無功出力Qg取值為網(wǎng)側變流器實際的最大無功出力。
3.根據(jù)權利要求1所述的降低雙饋感應風電機組有功損耗的方法，其特征在于: 所述步驟4)中，當所述雙饋感應風電機組按照最大功率點跟蹤方式運行時的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率s的最優(yōu)值不等于最優(yōu)系數(shù)k時，在滿足PDFrc = Pdfig,set下，通過調(diào)節(jié)所述感應電機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率s趨近于最優(yōu)系數(shù)k。
【文檔編號】H02J3/38GK103683332SQ201310746705
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月30日 優(yōu)先權日:2013年12月30日
【發(fā)明者】李生虎 申請人:合肥工業(yè)大學