基于多目标优化的海上风电场无功补偿研究

摘要

本文以大规模海上风电场为研究对象，考虑到长距离海底电缆的充电功率较大，易引起母线电压波动的问题。充分利用风电机组变流器的无功补偿作用，同时依靠风电场无功设备实现海上风电场无功补偿，对此本文做如下研究:
　　首先，提出了一种新型的适用于无功补偿研究的海上风电场等值建模方案，改进了传统的单纯机组功率叠加的建模方法，使大规模海上风电场的建模更加接近实际运行情况。对多机系统中变压器进行建模分析，同时对长距离海底高压交流电缆的等值电路和接地方式进行深入研究。
　　其次，基于海上风电场输电系统模型和海底电缆参数，分析了海上风电场无功补偿控制方案和无功损耗的计算方法。计算了不同规模、不同传输距离海上风电场采用两端补偿和陆上单端补偿两种方案时输出海缆导体损耗，计算出海缆导体损耗，即风电场出力曲线。
　　最后，对风电系统无功优化方案的目标函数选取、功率和变量约束进行分析，同时对海上风电场的海缆无功补偿地点、分组方案和补偿效果进行了经济技术分析，基于目标规划法提出了以海上风电系统整体损耗最小及测试点电压波动最小为目标函数的无功补偿优化方案，并对该多目标函数求解最优值，通过仿真软件PSCAD进行案例仿真分析，仿真结果与常用的以机组无功容量比例分配的优化方案进行对比，仿真结果表明:本文提出的优化方法，在电网电压跌落时，能够快速抬升并网点电压，大大提高了系统的无功补偿能力，验证了本文所提无功优化方案的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 海上风力发电发展概况

1．1．2 课题研究意义

1．2 无功补偿技术国内外研究现状

1．2．1 风电机组无功控制研究现状

1．2．2 海上风电场无功补偿研究现状

1．3 本文主要研究工作

第2章 基于无功补偿的海上风电场建模与分析

2．1 双馈风电机组的数学模型

2．1．1 双馈风电系统运行原理

2．1．2 双馈风电机组数学模型

2．1．3 双馈风电机组无功功率特性

2．2 多链系统中海上风电场集电系统等值网络

2．2．1 大规模海上风电场的电压等级

2．2．2 大规模海上风电机组排列方式

2．2．3 海上风电场集电系统等效模型

2．3 等效多机系统中海上变电站模型

2．4 高压交流海底电缆模型及接地方式

2．4．1 高压交流海底电缆模型

2．4．2 海底电缆等值电路

2．4．3 海底电缆金属护套连接地方式

2．5 本章小结

第3章 海上风电场无功补偿控制系统

3．1 风电场无功损耗研究

3．1．1 变压器无功损耗

3．1．2 集电线路无功损耗

3．1．3 风电机组影响因素

3．2 海上风电场电压特性与控制方法

3．2．1 静态电压稳定性指标

3．2．2 电压稳定性分析方法

3．2．3 海上风电场无功整定层研究

3．2．4 海上风电场风电机组无功分配层研究

3．3 海底电缆电容效应与充电功率分析

3．3．1 空载线路电容效应系数

3．3．2 海缆一端补偿后的电容效应系数

3．3．3 海缆二端同补后的电容效应系数

3．4 考虑海底电缆的海上风电场无功补偿算例分析

3．5 本章小结

第4章 基于多目标优化的海上风电场无功补偿研究

4．1 目标规划法概述

4．2 风电系统多目标无功优化方案

4．2．1 风电场无功优化的目标函数选取

4．2．2 无功优化的节点功率约束方程

4．2．3 无功优化方案的变量约束方程

4．3 考虑海底电缆的海上风电场优化无功补偿方案

4．3．1 高压交流海底电缆的补偿地点选取

4．3．2 并联电抗器组的优化分组

4．3．3 基于目标规划法的海上风电场无功分配方案设计

4．4 软件仿真试验验证

4．4．1 大规模海上风电场工程系统描述

4．4．2 大规模海上风电场PSCAD的仿真建模

4．4．3 仿真结果及结论

4．5 本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢