双馈风电场的有功-无功优化控制

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双馈风力发电机由于其较高的可靠性、变流器的容量小、技术成熟、质量稳定可靠等多优点在风力发电系统中一直占据主流地位。双馈风机通过调节转子侧电流,能够实现输出有功和无功功率的解耦控制,可以快速连续调节无功功率,为电力系统提供无功功率支持,因此双馈风机可以作为电力系统的无功补偿电源,参与系统的无功功率补偿,调节系统的电压。本文针对双馈风力发电场的有功无功功率控制提出了集中式有功无功优化控制策略和分布式有功无功优化控制策略,本文具体内容如下:
  基于线性最优潮流模型,本文提出了一种适用于双馈风电场的集中式有功无功优化控制策略,该策略能够降低双馈风电场的损耗,包括双馈机组的铜耗、变流器损耗和双馈风电场的线路损耗,同时准确有效的跟踪调度中心的有功无功的调度指令,满足双馈风电场的运行需求。该集中式控制策略通过优化双馈风机的定子侧和网侧变流器之间的无功分配来降低双馈机组内部的定、转子铜耗和变流器损耗;在此基础上,将双馈风电场的损耗最小化问题构建成基于线性潮流方程的最优潮流模型,从而降低线路损耗和双馈风机的内部损耗,减少双馈风电场内变流器等设备的累积疲劳效应。分析仿真结果表明,本文所提出的集中式优化控制策略能够在实现跟踪分配有功、无功功率的前提下,降低双馈风电场的总损耗。
  本文结合交替方向乘子法(Alternating Direction Method of Multipliers, ADMM),将集中式有功无功控制模型构建成基于ADMM算法的分布式有功无功控制模型。双馈风电场中每个节点对应一个独立的子控制器,子控制器采用迭代求解的方法独立计算对应节点的目标函数,相邻的两个节点子控制器间进行局部通信,交换局部变量的迭代更新值,从而保证子控制器解的全局一致性,确保解的全局最优性,避免出现局部最优解。将集中式问题分布式求解可以避免中央控制器的使用,且不改变原有的集中式问题求解的最优性,降低双馈风电场的通信成本、控制器的计算负担和存储需求,保护双馈机组的信息隐私安全。仿真结果证明所提出的分布式有功无功控制策略能够在不改变原有集中式问题求解最优性的前提下,实现集中式问题的分布式求解,能在多种双馈风电场的运行场景下实现分布式控制的控制目标。
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