考虑风功率分布规律的风电场无功补偿容量优化决策

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1、第３６卷第１４期Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．１４２０１２年７月２５日Ｊｕｌｙ２５，２０１２ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１０２６．２０１２．１４．０２３考虑风功率分布规律的风电场无功补偿容量优化决策王成福，梁军，张利，冯江霞，韩学山（山东大学电气工程学院，山东省济南市２５００６１）摘要：双馈型风电机组的无功调节范围随其有功功率输出变化而存在波动性，极端条件下，又有其不可调节性，由此必然降低其对自身电压水平支撑的持续性。为此，在依据功率估算数据对风电场输出功率分布特性进行统计分析的基础上，提出考虑风功率分布特性的风电场无功补偿

2、容量优化决策方法。该方法在充分计及双馈感应发电机无功调节能力与风功率分布特性的前提下，以无功补偿的投资成本与运行成本最小化为目标，构建无功补偿容量优化计算模型。该研究可使双馈型风电场的无功补偿决策更具针对性，并以最小代价实现该类风电场连续、无缝的无功电压调节。应用改进粒子群优化算法对所构建算例系统进行求解，分析结果表明了该研究的有效性。关键词：风电场；双馈感应发电机；风功率分布；无功电压控制；无功补偿容量；粒子群优化０引言小汇集站补偿容量配置，降低投资，但未考虑双馈型机组无功调节能力的波动性问题。风电场的无功电压调控问题是影响其自身

3、乃至上述研究有一定效果，但依然存在２个问题：一电网安全稳定运行的重要因素之一。是多针对异步发电机风电场，而应用范围更为广泛目前，该领域研究焦点多集中在风电场及其接且同样需要考虑补偿问题的双馈型风电场的研究极入系统的无功电压控制方面，包括机组、风电场、场少；二是容量优化过程中未考虑风电场所特有的规群及接入系统之间的协调策略等，已取得诸多研究律信息，补偿容量的确定难免存在武断性。［１－６］成果。但双馈型机组的无功调节能力随有功变文献［１－２］已证明双馈感应发电机（ＤＦＩＧ）的无化存在波动性，而该不确定性因素将直接影响调控功调节能力随有功

4、变化存在波动性，若不考虑补偿，策略的效果，近期发生的多起风电脱网事件即与此则该类型风电场无功电压调节将难以维持；同时，风［７］相关。由此，在协调策略分析之前，有针对性的风资源在时空分布上既存在随机性，又有其规律性，与电场无功补偿容量优化问题变得极为关键而迫切。之对应，每个风电场输出功率同样具有上述特性，称文献［８］应用遗传算法确定风电场补偿电容器之为风功率所包含的个性与规律性信息。由此，若的容量与分组方案，以保证异步发电机风电场母线欲实现稳定、经济的无功补偿，则必须在充分考虑双电压水平；文献［９］基于随机模拟粒子群优化算法求馈型机组

5、功率特性及风功率所包含的特性信息基础取以费用最小为目标的异步发电机风电场最优无功上，求解其最优化无功补偿容量。补偿容量；文献［１０］以异步发电机风电场并网点与综上所述，本文基于文献［１］的工作基础，提出公共连接点的电压控制为目标确定补偿容量，并给计及风功率分布规律的风电场无功补偿容量优化决出了无功电压协调控制策略；文献［１１－１２］考虑异步策方法。该方法在充分把握风功率分布规律的基础发电机功率因数与机端电压水平因素影响，应用遗上，以无功补偿的投资成本与运行成本最小化为目传算法求取风电场的无功补偿容量。以上研究均只标，以成本折中的思想

6、为指导，建立优化决策的数学针对异步发电机风电场。文献［１３－１４］通过动态电模型，并应用改进粒子群优化算法进行求解。这一压支撑能力考虑无功补偿作用，并对比不同补偿类研究在充分发挥ＤＦＩＧ无功调节能力的前提下，可型的补偿效果，但尚未深入分析补偿容量的问题；文使风电场参与接入系统无功电压调节具有持续性，献［１５］探讨应用变速恒频机组的无功调节能力以减同时使补偿具有最好的经济性。１风功率分布规律分析收稿日期：２０１１－０８－１１；修回日期：２０１２－０２－２２。国家自然科学基金资助项目（５１１７７０９１）；山东省自然科学基风功率分布规律分

7、析是补偿容量优化的先决条金资助项目（ＺＲ２０１０ＥＭ０５５）。件。本文在年度周期范围内，考虑风电场输出功率—１１９—２０１２，３６（１４）的概率分布规律，以期把握所研究风电场的功率分由低至高均呈“两头高，中间低”的态势，不同之处在布特征信息，具体阐述如下：①在年度时间窗口下，于Ⅰ型是“前低后高”，而Ⅱ型是“前高后低”；Ⅲ型为气候变化具有明显的周期性规律，直接受气候影响Ｍｏｎｔａｎｅ地区，分布函数随有功功率由低至高呈“依的风功率随之具有同样的变化趋势，将其称为趋势次递减”态势。可以看出，同一地区的每年及平均概性规律；②受地理位置及所处

8、地形状态影响，风电场率分布函数具有明显相似性，体现了时间范畴下的输出功率通常具有较强的区域特性，称为区域性趋势性规律；而各地区间分布特性差异显著，体现了差异。空间范畴下的区域差异性。上述特征信息的表达有多种方式，在规划层面，分析额定功