風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量優(yōu)化的仿真建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電鄰域，更具體地說，是涉及一種風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量優(yōu)化的仿真建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在風(fēng)力發(fā)電的使用過程中，由于風(fēng)速等環(huán)境因素影響，風(fēng)電發(fā)電間歇性較為明顯，風(fēng)電場有功、無功功率及接入點電壓均會不斷變化，目前風(fēng)電場大都采用就地進(jìn)行動態(tài)無功補償方式，以解決風(fēng)電場無功功率波動帶來的電能質(zhì)量惡化影響。為基于風(fēng)電場實際運行情況，評估風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量，需進(jìn)行風(fēng)電場系統(tǒng)建模，然后綜合模型的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)仿真結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
[0003]目前傳統(tǒng)的風(fēng)電場系統(tǒng)建模方法，均是在特定穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行風(fēng)電場內(nèi)部風(fēng)機、箱式變壓器、電纜、主變壓器等各個無功負(fù)荷的潮流計算與組合建模，通過改變各個無功負(fù)荷模型參數(shù)的方式，在一定程度上模擬反映風(fēng)電場無功功率及電壓變化，但是這種方法與現(xiàn)場實際無功及電壓的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)變化仍存在較大差別，難以全面展現(xiàn)風(fēng)電場無功、電壓變化規(guī)律。
[0004]對于優(yōu)化分析風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量，各個無功負(fù)荷自身的模型并非是最重要的，其對風(fēng)電場接入點表現(xiàn)出的電氣特性是最重要的，由于風(fēng)電場對系統(tǒng)的外部總體特性可近似為電流源，因此，為克服目前傳統(tǒng)風(fēng)電場系統(tǒng)建模方法的弊端，本發(fā)明采用基于現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)構(gòu)建風(fēng)電場無功負(fù)荷電流源模型的方法，并根據(jù)系統(tǒng)短路容量配置仿真模型電源負(fù)荷和短路阻抗，以模擬風(fēng)電場無功功率、電壓的變化，從而為風(fēng)電場無功補償容量的優(yōu)化設(shè)計提供參考指導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量優(yōu)化的仿真建模方法。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0007]一種風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量優(yōu)化的仿真建模方法，該方法的具體步驟為:
[0008]A.建立與實際風(fēng)電場現(xiàn)場相匹配的風(fēng)電場系統(tǒng)模型，所述風(fēng)電場系統(tǒng)模型采用PSCAD軟件；
[0009]B.在風(fēng)電場現(xiàn)場主變壓器高、低壓側(cè)，各集電線及選定風(fēng)機設(shè)置測點，利用電能質(zhì)量監(jiān)測儀器實時記錄風(fēng)電場現(xiàn)場測點的電氣變量數(shù)據(jù)，所述電氣變量數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PSCAD仿真環(huán)境的FileRead模塊，輸出分別控制風(fēng)電場負(fù)荷等效無功電流源；其中，
[0010]所述電氣變量數(shù)據(jù)包括測點的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)；
[0011]C.通過修正風(fēng)電場系統(tǒng)模型中的主變壓器兩側(cè)的線路等效電感參數(shù)，使得風(fēng)電場系統(tǒng)模型模型中的主變壓器兩側(cè)的電壓和風(fēng)電場現(xiàn)場實際錄波的數(shù)據(jù)相一致，以達(dá)到真實模擬風(fēng)電場現(xiàn)場無功、電壓變壓的目的。
[0012]所述步驟B中的電氣變量數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PSCAD仿真環(huán)境的FileRead模塊，輸出分別控制風(fēng)電場負(fù)荷等效無功電流源的具體步驟為:
[0013]I)在Matlab中通過textread命令讀取各列數(shù)據(jù)；
[0014]2)通過str2num命令將字符型轉(zhuǎn)換為數(shù)值型；
[0015]3)將取出的各列數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)值，另存為PSCAD仿
[0016]真軟件的txt格式數(shù)據(jù)；
[0017]4)錄波數(shù)據(jù)導(dǎo)入，通過PSCAD的File Reader模塊直接讀?。?br>[0018]5)將錄波的電流數(shù)據(jù)作為風(fēng)電場系統(tǒng)仿真模型的無功負(fù)荷電流源。
[0019]還包括以下步驟:為進(jìn)一步模擬復(fù)現(xiàn)風(fēng)電場現(xiàn)場實際運行情況，在風(fēng)電場系統(tǒng)模型中，根據(jù)系統(tǒng)短路容量配置仿真模型電源負(fù)荷和短路阻抗，依據(jù)仿真模型電壓與現(xiàn)場實測錄波電壓有效值波動差異進(jìn)行調(diào)整修正，獲取與風(fēng)電場實際運行情況最為接近的負(fù)荷和短路阻抗數(shù)值。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明的一種風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量優(yōu)化的仿真建模方法，風(fēng)電場系統(tǒng)模型完全根據(jù)風(fēng)電場現(xiàn)場實際運行數(shù)據(jù)建立，仿真結(jié)果與實際運行結(jié)果匹合度高，為進(jìn)一步進(jìn)行風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量的優(yōu)化設(shè)計奠定基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明的風(fēng)電場系統(tǒng)模型的示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0023]如圖1所示基于現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)構(gòu)建的風(fēng)電場系統(tǒng)模型，模型中，El為系統(tǒng)電源、L1，L2為模擬線路等效電感、Tl為風(fēng)電場主變壓器、Ml為主變壓器低壓側(cè)有功與無功功率測量模塊、Iabc，Uab，Ubc，Uca分別為主變壓器低壓側(cè)相電流和線電壓測量模塊、BI?B3為線路分線器、II，12，13為風(fēng)電場系統(tǒng)等效負(fù)荷無功電流源、Dl為風(fēng)電場現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入PSCAD仿真環(huán)境的無功電流數(shù)據(jù)文件，輸出三相無功電流Ifa、Ifb、Ifc分別控制負(fù)荷電流源I1、12、13。
[0024]仿真環(huán)境采用PSCAD軟件，主要包括系統(tǒng)電源、主變壓器、集電線以及基于風(fēng)電場現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)構(gòu)建的無功負(fù)荷電流源模型。
[0025]在風(fēng)電場現(xiàn)場主變壓器高、低壓側(cè)，各集電線及選定風(fēng)機設(shè)置測點，利用電能質(zhì)量監(jiān)測儀器實時記錄測點的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等關(guān)鍵電氣變量數(shù)據(jù)，這些現(xiàn)場實際無功、電壓變化錄波數(shù)據(jù)經(jīng)相應(yīng)的格式轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PSCAD仿真環(huán)境的FileRead模塊，輸出分別控制風(fēng)電場負(fù)荷等效無功電流源，以達(dá)到模擬實際風(fēng)電場無功、電壓等動態(tài)變化的目的。
[0026]模型建立后，通過修正模型中線路等效電感LI，L2參數(shù)，以模型中主變壓器兩側(cè)的電壓和現(xiàn)場實際錄波的數(shù)據(jù)是否接近一致作為修正目標(biāo)，修正完成后的系統(tǒng)模型可以達(dá)到真實模擬風(fēng)電場無功、電壓變壓的目的，進(jìn)一步可以根據(jù)風(fēng)電場接入點的補償目標(biāo)仿真和優(yōu)化選型該風(fēng)電場無功補償設(shè)備容量。
[0027]模型中關(guān)鍵的基于風(fēng)電場現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)構(gòu)建無功負(fù)荷電流源模型，實現(xiàn)步驟如下:
[0028]I)在Matlab中通過textread命令讀取各列數(shù)據(jù)；
[0029]2)通過str2num命令將字符型轉(zhuǎn)換為數(shù)值型；
[0030]3)將取出的各列數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)值，另存為PSCAD仿真軟件的txt格式數(shù)據(jù)；
[0031]4)錄波數(shù)據(jù)導(dǎo)入，通過PSCAD的File Reader模塊直接讀??；
[0032]5)將錄波的電流數(shù)據(jù)作為風(fēng)電場系統(tǒng)仿真模型的無功負(fù)荷電流源；
[0033]6)為進(jìn)一步模擬復(fù)現(xiàn)風(fēng)電場實際運行情況，在基于風(fēng)電場現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)構(gòu)建無功負(fù)荷電流源模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)短路容量配置仿真模型電源負(fù)荷和短路阻抗，可以依據(jù)仿真模型電壓與現(xiàn)場實測錄波電壓有效值波動差異進(jìn)行調(diào)整修正，獲取與風(fēng)電場實際運行情況最為接近的負(fù)荷和短路阻抗數(shù)值。
[0034]經(jīng)過基于風(fēng)電場現(xiàn)場實際錄波數(shù)據(jù)的無功負(fù)荷電流源模型的構(gòu)建，并根據(jù)系統(tǒng)短路容量調(diào)整修正仿真模型電源負(fù)荷和短路阻抗后，系統(tǒng)模型仿真效果為:
[0035]I)仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)的電壓有效值、電流有效值和波動程度吻合程度較好；
[0036]2)仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)的電壓波形和電流波形吻合程度較好；
[0037]3)仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)的有功功率和無功功率吻合程度較好。
[0038]本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的目的，而并非用作對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質(zhì)范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量優(yōu)化的仿真建模方法，其特征在于: 該方法的具體步驟為: A.建立與實際風(fēng)電場現(xiàn)場相匹配的風(fēng)電場系統(tǒng)模型，所述風(fēng)電場系統(tǒng)模型采用PSCAD軟件； B.在風(fēng)電場現(xiàn)場主變壓器高、低壓側(cè)，各集電線及選定風(fēng)機設(shè)置測點，利用電能質(zhì)量監(jiān)測儀器實時記錄風(fēng)電場現(xiàn)場測點的電氣變量數(shù)據(jù)，所述電氣變量數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PSCAD仿真環(huán)境的FileRead模塊，輸出分別控制風(fēng)電場負(fù)荷等效無功電流源；其中， 所述電氣變量數(shù)據(jù)包括測點的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)； C.通過修正風(fēng)電場系統(tǒng)模型中的主變壓器兩側(cè)的線路等效電感參數(shù)，使得風(fēng)電場系統(tǒng)模型模型中的主變壓器兩側(cè)的電壓和風(fēng)電場現(xiàn)場實際錄波的數(shù)據(jù)相一致，以達(dá)到真實模擬風(fēng)電場現(xiàn)場無功、電壓變壓的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿真建模方法，其特征在于: 所述步驟B中的電氣變量數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PSCAD仿真環(huán)境的FileRead模塊，輸出分別控制風(fēng)電場負(fù)荷等效無功電流源的具體步驟為: 1)在Matlab中通過textread命令讀取各列數(shù)據(jù)； 2)通過str2num命令將字符型轉(zhuǎn)換為數(shù)值型； 3)將取出的各列數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)值，另存為PSCAD仿 真軟件的txt格式數(shù)據(jù)； 4)錄波數(shù)據(jù)導(dǎo)入，通過PSCAD的FileReader模塊直接讀??； 5)將錄波的電流數(shù)據(jù)作為風(fēng)電場系統(tǒng)仿真模型的無功負(fù)荷電流源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的仿真建模方法，其特征在于: 還包括以下步驟:為進(jìn)一步模擬復(fù)現(xiàn)風(fēng)電場現(xiàn)場實際運行情況，在風(fēng)電場系統(tǒng)模型中，根據(jù)系統(tǒng)短路容量配置仿真模型電源負(fù)荷和短路阻抗，依據(jù)仿真模型電壓與現(xiàn)場實測錄波電壓有效值波動差異進(jìn)行調(diào)整修正，獲取與風(fēng)電場實際運行情況最為接近的負(fù)荷和短路阻抗數(shù)值。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)電場動態(tài)無功補償容量優(yōu)化的仿真建模方法，首先，建立風(fēng)電場系統(tǒng)模型，風(fēng)電場系統(tǒng)模型采用PSCAD軟件；然后，在風(fēng)電場現(xiàn)場主變壓器高、低壓側(cè)，各集電線及選定風(fēng)機設(shè)置測點，利用電能質(zhì)量監(jiān)測儀器實時記錄風(fēng)電場現(xiàn)場測點的電氣變量數(shù)據(jù)，電氣變量數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換成無功電流數(shù)據(jù)導(dǎo)入到PSCAD仿真環(huán)境的FileRead模塊，輸出分別控制風(fēng)電場負(fù)荷等效無功電流源；其中，電氣變量數(shù)據(jù)包括測點的電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)；接著，通過修正風(fēng)電場系統(tǒng)模型中的主變壓器兩側(cè)的線路等效電感參數(shù)，使得風(fēng)電場系統(tǒng)模型中的主變壓器兩側(cè)的電壓和風(fēng)電場現(xiàn)場實際錄波的數(shù)據(jù)相一致，以達(dá)到真實模擬風(fēng)電場現(xiàn)場無功、電壓變壓的目的。
【IPC分類】H02J3-18
【公開號】CN104538979
【申請?zhí)枴緾N201510031330
【發(fā)明人】孫大南, 李巖, 趙香花, 陳遠(yuǎn)華, 王天宇
【申請人】思源清能電氣電子有限公司, 華能集團(tuán)技術(shù)創(chuàng)新中心, 華能新能源股份有限公司
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月22日