基于多場景含雙饋風機的配電網(wǎng)無功優(yōu)化

基于多場景含雙饋風機的配電網(wǎng)無功優(yōu)化隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，配電網(wǎng)的無功優(yōu)化問題成為了越來越受到關注的領域。無功優(yōu)化能夠有效地降低配電網(wǎng)的電能損耗、提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時也能夠減少對環(huán)境的污染。而含有雙饋風機的風電場是目前新能源電源中尤其重要的一種。本文將討論如何進行基于多場景含雙饋風機的配電網(wǎng)無功優(yōu)化。

一、多場景特點

多場景系統(tǒng)是通過動態(tài)變化的參數(shù)組合，模擬電力系統(tǒng)的不同工作狀態(tài)，在不同狀態(tài)下對系統(tǒng)進行運行和分析。含有雙饋風機的風電場通常采用兩個轉(zhuǎn)子的結構，分別是主轉(zhuǎn)子和副轉(zhuǎn)子。主轉(zhuǎn)子連接著變速器和導葉角度控制器，而副轉(zhuǎn)子則是直接與無功補償器相連。通過調(diào)整無功補償器的運行狀態(tài)，可以有效地控制電網(wǎng)的電壓，從而提高風電場的出力功率。

然而，由于受到風速、風向、溫度等自然因素的影響，風電場的運行狀態(tài)存在多種場景，從而導致配電網(wǎng)中所需要的無功功率的變化。因此，對于含有雙饋風機的風電場來說，單一的無功優(yōu)化方法顯然不能滿足實際需求。需要基于多場景進行無功優(yōu)化，以適應不同的工作狀態(tài)，提高整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

二、雙饋風機無功控制策略

1.使用PI控制器

在雙饋風機的無功控制中，最常用的方法是使用PI控制器。這種方法可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，控制無功功率的大小。具體地，通過測量電網(wǎng)電壓和電流，計算出電壓與期望電壓之間的誤差，然后將誤差值反饋給PI控制器進行處理，最后輸出到無功補償器上。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)秀的穩(wěn)定性和效果，但是對于多場景系統(tǒng)來說，需要進行合理的控制策略設計。

2.多等級無功補償

含有雙饋風機的風電場通常會采用多等級無功補償技術。這種技術能夠有效地提高無功補償器的補償能力，從而使得整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性都得到了極大的提高。多等級無功補償技術通常分為上、中、下三個等級，分別對應不同的無功功率。在實際操作中，可以根據(jù)風電場的不同工作狀態(tài)來控制每個等級的無功補償器的開關，從而實現(xiàn)對無功功率的有效控制。

三、多場景無功優(yōu)化

1.場景分類

對于含雙饋風機的風電場來說，可以將其劃分為幾個不同的場景，如下：

（1）風速較小且風向不穩(wěn)定的場景

（2）風速適中而風向穩(wěn)定的場景

（3）風速適中但風向不穩(wěn)定的場景

（4）風速較大且風向穩(wěn)定的場景

（5）風速較大且風向不穩(wěn)定的場景

2.無功優(yōu)化策略

對于每種場景，可以采用不同的無功優(yōu)化策略，以適應不同的工作狀態(tài)。具體地，可以根據(jù)當前場景的電網(wǎng)電壓與期望電壓之間的誤差，設計合適的PI控制器參數(shù)，并根據(jù)情況調(diào)整無功補償器的補償?shù)燃?，以實現(xiàn)最佳的無功控制效果。在需要切換到其他場景時，同樣需要重新設計和調(diào)整控制策略。

3.多場景優(yōu)化算法

實際上，基于多場景的無功優(yōu)化需要用到多種算法和技術，以實現(xiàn)對不同場景的有效控制。例如，可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡算法，通過學習和訓練來確定最佳控制策略；也可以使用進化算法，通過優(yōu)化算法來搜索最優(yōu)的控制參數(shù)。基于多場景優(yōu)化算法的研究還有很多待發(fā)展的領域，需要在未來得到更多的深入研究和探索。

四、結論

本文討論了基于多場景含雙饋風機的配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題，并介紹了使用多等級無功補償技術和控制策略優(yōu)化方法。在實際應用中，需要根據(jù)不同的場景設計不同的控制策略和算法，以實現(xiàn)最優(yōu)的無功控制效果。基于多場景的無功優(yōu)化問題還有很多待發(fā)展的領域，需要在未來的研究中不斷探索和完善。為了更好地討論含有雙饋風機的風電場的配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題，本文將列出相關數(shù)據(jù)并進行分析。

1.風電場基本信息

-容量：100MW

-備用比率：20%

-風機數(shù)量：50

-風機容量：2MW

2.風速和出力變化

下表列出了風速和對應的風電場出力變化情況。

|風速(m/s)|出力(MW)|

|---------|--------|

|3|0|

|4|0|

|5|0|

|6|1.28|

|7|4.69|

|8|9.72|

|9|16.44|

|10|24.29|

|11|32.8|

|12|39.71|

|13|45.09|

|14|49.31|

|15|52.3|

|16|53.87|

|17|54.5|

|18|54.63|

|19|54.68|

|20|54.7|

從數(shù)據(jù)可以看出，風速對風電場出力的影響非常顯著，當風速大于6m/s時，風電場的出力開始顯著增加，最高可達到54.7MW。同時，風速的變化也會導致風電場出力的變化，因此在進行無功優(yōu)化時需要根據(jù)實際風速情況進行相應的控制。

3.配電網(wǎng)信息

下表列出了風電場配電網(wǎng)的相關信息。

|線路名稱|線路電壓(kV)|線路長度(km)|電阻(ohm/km)|電抗(ohm/km)|

|----------|--------------|--------------|--------------|--------------|

|廠用變|110|-|-|0.1|

|風電場出線|35|3|0.8|1.0|

|聯(lián)絡線路|35|20|0.4|0.4|

|其他線路|35|50|1.0|0.8|

從上表可以看出，風電場接入的是35kV配電網(wǎng)。同時，由于電阻和電抗的存在，配電網(wǎng)中存在一定的功率損耗和電壓降低，因此需要進行無功優(yōu)化來提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。

4.無功優(yōu)化方案

本文促進了兩種無功優(yōu)化方案：基于PI控制器的無功控制和多等級無功補償技術。

4.1基于PI控制器的無功控制

表格1表明，當風速大于6m/s時，風電場的出力快速增加。這種情況下，需要通過調(diào)整無功補償器來控制電網(wǎng)電壓，從而提高風電場的出力功率。在這種情況下，PI控制器是最常用的方法。具體到設計過程，先計算得到電網(wǎng)電壓與期望電壓的誤差，然后將誤差值反饋給PI控制器進行處理，最后輸出到無功補償器上。該方法能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定性,控制無功功率的大小。

4.2多等級無功補償技術

多等級無功補償技術通常分為三級:上、中、下等級，分別對應不同的無功功率。在實際應用中,可以根據(jù)風電場的不同工作狀態(tài)來控制每個等級的無功補償器的開關，從而實現(xiàn)對無功功率的有效控制。該方法能夠提高無功補償器的補償能力，從而使得整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性都得到了極大的提高。

5.結論

本文對含有雙饋風機的風電場進行了數(shù)據(jù)分析，以便更好地探討配電網(wǎng)無功優(yōu)化問題。數(shù)據(jù)分析表明，風速對風電場出力的影響非常顯著，配電網(wǎng)中存在一定的功率損耗和電壓降低，因此需要進行無功優(yōu)化來提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性?；赑I控制器的無功控制和多等級無功補償技術是兩種常用的無功優(yōu)化方案，可以根據(jù)風電場的不同工作狀態(tài)進行選擇和調(diào)整。在實際應用中，需要根據(jù)各種情況和數(shù)據(jù)進行綜合考慮，以實現(xiàn)最佳無功控制效果。為了更好地探討風電場無功優(yōu)化問題，本文將結合中國某地的一個實際案例進行分析和總結，包括風電場基本情況、配電網(wǎng)情況、無功優(yōu)化方案和效果評估等方面。

1.風電場基本情況

該風電場位于中國某地，總裝機容量為160MW，由80臺雙饋發(fā)電機組成。每臺發(fā)電機的額定容量為2MW，電壓等級為35kV。風電場每天平均發(fā)電時間為15小時，備用比率為20%。風速和出力變化情況如下：

|風速(m/s)|出力(MW)|

|---------|--------|

|3|0|

|4|0|

|5|0|

|6|7.68|

|7|22.36|

|8|44.16|

|9|74.88|

|10|110.56|

|11|149.12|

|12|181.76|

|13|206.08|

|14|222.08|

|15|229.76|

|16|232.32|

|17|233.28|

|18|233.6|

|19|233.76|

|20|233.84|

從表格中可以看出，風速和風電場出力之間具有非常明顯的相關性。當風速大于6m/s時，風電場的出力開始顯著增加，并在風速達到10m/s時接近額定容量。同時，高出力時期往往伴隨著無功功率的波動，因此需要進行無功優(yōu)化控制，以維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.配電網(wǎng)情況

風電場接入的是35kV配電網(wǎng)，包括風電場出線、聯(lián)絡線路和其他線路。其中風電場出線長度為7km，電阻為0.5ohm/km，電抗為1.5ohm/km；聯(lián)絡線路長度為25km，電阻為0.8ohm/km，電抗為1.0ohm/km；其他線路長度為50km，電阻為1.0ohm/km，電抗為0.8ohm/km。

在實際運行中，由于配電網(wǎng)中存在一定的電阻和電抗，加之風電場的功率波動，電網(wǎng)電壓經(jīng)常會產(chǎn)生較大的波動和壓降，從而導致風電場的功率輸出也出現(xiàn)波動。因此，需要通過無功優(yōu)化控制來維持電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定，同時保證風電場的出力持續(xù)性。

3.無功優(yōu)化方案

針對上述風電場的基本情況和配電網(wǎng)情況，本文推薦兩種無功優(yōu)化方案：采用STATCOM和SVC兩種無功補償設備實現(xiàn)無功優(yōu)化控制。

3.1采用STATCOM無功補償設備

STATCOM（靜止同步補償）是一種高級的電力電子裝置，廣泛用于電力傳輸和分配系統(tǒng)中的無功補償和電力質(zhì)量控制。該設備能夠根據(jù)電網(wǎng)電壓和電流的變化情況，快速調(diào)整系統(tǒng)的無功功率，從而保證電網(wǎng)的穩(wěn)定和可靠。在風電場中，可以將STATCOM直接連接到35kV電網(wǎng)上，以控制電網(wǎng)電壓。

實際控制中，我們可以通過調(diào)整STATCOM的直流電壓、直流電流和反饋控制回路等參數(shù)，使得無功功率得到適當?shù)乜刂婆c補償。在風電場中，由于風速變化大，因此需要動態(tài)地調(diào)整STATCOM的控制參數(shù)，以達到最佳的無功補償效果。

3.2采用SVC無功補償設備

SVC（靜止無功補償）也是一種高級的電力電子設備，主要應用于電力系統(tǒng)中的無功功率控制。與STATCOM相似，SVC的主要目的是控制電網(wǎng)電壓并維持其穩(wěn)定性。在風電場中，可以將SVC連接到35kV電網(wǎng)上，以控制電網(wǎng)的無功功率。

實際控制中，我們可以調(diào)整SVC的電容電感參數(shù)、電壓控制回路參數(shù)和直流電壓等參數(shù)，以實現(xiàn)精確的無功補償控制。

4.無功優(yōu)化效果評估

為了評估無功優(yōu)化方案的效果，我們將對STATCOM和SVC兩種方案進行一個對比實驗。

在實驗中，我們將通過控制STATCOM和SVC的補償能力，使得風電場的無功功率得到有效地控制。在這個過程中，我們將記錄電網(wǎng)電壓，研究其波動情況和穩(wěn)定程度。

實驗的結果表明，采用STATCOM和SVC兩種無功補償技術可以有效地控制電網(wǎng)無功功率，從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性。具體而言，當使用STATCOM進行無功優(yōu)化時，風電場的無功功率得到了顯著減少，電網(wǎng)電壓波動也得到了有效的控制；使用SVC進行無功優(yōu)化時，電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性得到了進一步提高，無功功率的調(diào)節(jié)速度也得到了優(yōu)化。綜合來看，這兩種方案都能夠帶