一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，包括：根據(jù)待評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)構(gòu)造簡(jiǎn)單鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)等值風(fēng)電場(chǎng)模型并確定相關(guān)參數(shù)；遞推計(jì)算每回集電線路首端風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的電壓 U 2, n 、前 n- 1段集電線路匯集至首端風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的有功功率 P line2, n -1和無(wú)功功率 Q line2, n -1：以最靠近升壓變側(cè)的第 n 段集電線路長(zhǎng)度 ln 為變量，建立關(guān)于集電線路長(zhǎng)度 ln 的方程 f ( ln )=0；求解方程得到最靠近升壓變側(cè)的第 n 段集電線路長(zhǎng)度 ln ；計(jì)算所求集電線路末端風(fēng)機(jī)距離升壓變的最大長(zhǎng)度 L 。本發(fā)明方法大大降低了計(jì)算復(fù)雜程度，彌補(bǔ)了常用工程估算方法誤差過(guò)大的缺陷。
【專利說(shuō)明】一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)電【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)風(fēng)電發(fā)展勢(shì)頭迅猛，目前已成為風(fēng)電裝機(jī)最多的國(guó)家。與傳統(tǒng)火電機(jī)組相比， 風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量小但數(shù)目眾多，它們需通過(guò)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)集電線路串接在一起匯集 至升壓變上網(wǎng)外送。由于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)集電線路的R/X值比較高，串接在同一回集電線路上的 風(fēng)電機(jī)組匯集點(diǎn)電壓從串尾到串首依次降低，集電線路越長(zhǎng)，尾部機(jī)組匯集點(diǎn)電壓就越高， 故規(guī)劃設(shè)計(jì)需要控制位于尾部風(fēng)電機(jī)組至風(fēng)電場(chǎng)升壓變的距離，以確保風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組 能安全可靠運(yùn)行?？梢?jiàn)，掌握各風(fēng)電場(chǎng)集電線路能夠延伸的最大長(zhǎng)度對(duì)指導(dǎo)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè) 計(jì)尤其是風(fēng)電場(chǎng)升壓站選址和快速判斷多個(gè)相鄰風(fēng)電場(chǎng)能否共用升壓站匯集外送具有十 分重要的意義。
[0003] 對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)各回集電線路能夠延伸的最大長(zhǎng)度，理論上可在成熟的潮流計(jì)算商業(yè) 程序（如PSASP、BPA)上搭建含風(fēng)電場(chǎng)集電系統(tǒng)和外部大電網(wǎng)的潮流模型，然后以尾部機(jī)組 在匯集點(diǎn)電壓達(dá)到允許上限值為目標(biāo)，通過(guò)反復(fù)調(diào)整集電線路長(zhǎng)度的方法試算出來(lái)，但該 方法計(jì)算過(guò)程十分繁瑣，建模工作量也很大，且由于集電線路的R/X比值偏大，導(dǎo)致含風(fēng)電 場(chǎng)集電系統(tǒng)的大電網(wǎng)潮流收斂性通常較差，極易出現(xiàn)"算不出"現(xiàn)象。為降低計(jì)算復(fù)雜性， 風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)通常直接忽略集電線路對(duì)地電容以及線路有功、無(wú)功損耗，并假定風(fēng)電場(chǎng) 升壓變母線為無(wú)窮大母線（電壓恒定），在此基礎(chǔ)上直接計(jì)算出滿足電壓降要求的集電線 最大長(zhǎng)度，但功率損耗以及對(duì)地電容對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)的電壓分布影響都較大，且實(shí)際上風(fēng)電場(chǎng) 升壓變母線電壓一般也不恒定，因此它有誤差過(guò)大的缺陷，對(duì)于大量使用電纜的山地風(fēng)電 場(chǎng)尤為顯著。這些缺陷對(duì)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃和運(yùn)行有比較嚴(yán)重的影響，當(dāng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)集電線路可延 長(zhǎng)的最大長(zhǎng)度估計(jì)偏小時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致升壓站選址時(shí)不能找到理想位置，或者經(jīng)額外配置 其他設(shè)備后選在了理想位置，此時(shí)多個(gè)相鄰風(fēng)電場(chǎng)可能會(huì)由于計(jì)算誤差不能共用升壓站送 出，這些在規(guī)劃上會(huì)增加不必要的投資；若估計(jì)偏大，則可能導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)電壓偏高，不利 于風(fēng)機(jī)安全可靠運(yùn)行，將使風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)費(fèi)用增加。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，給出了一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大 長(zhǎng)度的方法，降低了計(jì)算復(fù)雜程度，彌補(bǔ)了現(xiàn)有方法誤差過(guò)大的缺陷，進(jìn)而降低風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃 中成本，而且使得風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組能安全可靠運(yùn)行。
[0005] 本發(fā)明實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是：一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大 長(zhǎng)度的方法，包括以下步驟：
[0006] A、根據(jù)待評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)構(gòu)造簡(jiǎn)單鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)等值風(fēng)電場(chǎng)模型，其參數(shù)包括：風(fēng)電場(chǎng)內(nèi) 風(fēng)電機(jī)組鏈?zhǔn)铰?lián)接至升壓變的回路數(shù)11_^、每回集電線上掛接的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)n、每回集電線 路上相鄰兩臺(tái)風(fēng)機(jī)間距離lk，其中k = 1，2,…，n-1 ;
[0007] B、遞推計(jì)算每回集電線路首端風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的電壓&"、前n-1段集電線路匯集至 首端風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的有功功率Plil^ lri和無(wú)功功率Q line2, n-1 *
[0008] 根據(jù)各風(fēng)機(jī)的額定有功功率、無(wú)功功率、箱變高壓側(cè)母線的最高容許電壓，基于輸 電線路π型等值電路，自每回集電線路末端風(fēng)機(jī)至首端風(fēng)機(jī)依次計(jì)算出第k臺(tái)風(fēng)機(jī)匯集 點(diǎn)的電壓U 2ik、前k-Ι段集電線匯集至第k組臺(tái)風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的有功功率Pline2ilrt和無(wú)功功率 Qline2，k-1，其中 k - 1，2，…，Π ，末立而匯集點(diǎn) Pline2,。一 〇、Q iine2，。一 〇 ；
[0009] C、以最靠近升壓變側(cè)的第η段集電線路長(zhǎng)度In為變量，建立關(guān)于集電線路長(zhǎng)度I n 的方程f(ln) = 0 :
[0010] 利用B中得到的U2，n、Plim2， njP Q ，基于輸電線路31型等值電路，以第n段 集電線路長(zhǎng)度In為變量，建立第η段集電線路升壓變低壓側(cè)電壓Uτ關(guān)于集電線路長(zhǎng)度1 "的 表達(dá)式；進(jìn)一步考慮升壓變阻抗、系統(tǒng)等值阻抗和升壓變的變比，得到風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)系統(tǒng)等 值電源電壓Utl關(guān)于第η段集電線路長(zhǎng)度1 "的表達(dá)式，進(jìn)而得到非線性方程f(l n) = 0 ;
[0011] D、求解方程f (In) = 0,得到最靠近升壓變側(cè)的第η段集電線路長(zhǎng)度1η;
[0012] Ε、計(jì)算所求集電線路末端風(fēng)機(jī)距離升壓變的最大長(zhǎng)度L。進(jìn)而根據(jù)步驟E計(jì)算出 的最大長(zhǎng)度L進(jìn)行風(fēng)電場(chǎng)的規(guī)劃。
[0013] 本發(fā)明給出了一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度方法，它通過(guò)將風(fēng)電場(chǎng)升壓 變外部系統(tǒng)用簡(jiǎn)單傳輸系統(tǒng)表示避免了計(jì)算大電網(wǎng)潮流，大大降低了計(jì)算復(fù)雜程度；通過(guò) 基于線路π型等值電路電壓方程建立直接求解集電線路最大長(zhǎng)度的方程，準(zhǔn)確計(jì)及了風(fēng) 電場(chǎng)集電線路對(duì)地電容以及集電系統(tǒng)有功無(wú)功損耗對(duì)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)電壓分布的影響，彌補(bǔ)了常 用工程估算方法誤差過(guò)大的缺陷。因此，在風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)過(guò)程中使用本發(fā)明方法，能夠準(zhǔn) 確的指導(dǎo)風(fēng)電場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，尤其是風(fēng)電場(chǎng)升壓站選址和快速判斷多個(gè)相鄰風(fēng)電場(chǎng)能否共用 升壓站匯集外送，并且能夠確保風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電機(jī)組能安全可靠運(yùn)行。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1為本發(fā)明計(jì)算所用的簡(jiǎn)單鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)等值風(fēng)電場(chǎng)示意圖。
[0015] 圖2為圖1中橢圓虛線中部分①的詳細(xì)圖。
[0016] 圖3為圖1中矩形虛線中部分②的詳細(xì)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 如圖1?3所示，本發(fā)明先采用常規(guī)方法根據(jù)待評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)構(gòu)造簡(jiǎn)單鏈?zhǔn)浇Y(jié) 構(gòu)等值風(fēng)電場(chǎng)模型。等值風(fēng)電場(chǎng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，共包含n WTCs$風(fēng)機(jī)、nSOTies回 鏈?zhǔn)郊娋€路，每回集電線路含η臺(tái)風(fēng)機(jī)，各風(fēng)機(jī)經(jīng)箱變接入集電線路，多余出n Mst = nTOsTrWieis · nU1WifJ臺(tái)風(fēng)機(jī)直接掛接在升壓變低壓側(cè)母線上。風(fēng)電場(chǎng)為完全對(duì)稱結(jié) 構(gòu)，即每回集電線路的結(jié)構(gòu)、參數(shù)均完全相同，均為不含τ接線的簡(jiǎn)單鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。
[0018] 本方法實(shí)施例包括以下步驟：
[0019] A、所構(gòu)造的簡(jiǎn)單鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)等值風(fēng)電場(chǎng)模型的參數(shù)處理
[0020] A1、給出等值模型中每回集電線上掛接的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)η
[0021] n = [nr] (I)
[0022] 其中，待評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)中各回集電線路上串接的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)平均值，運(yùn)算符號(hào)[] 表示向下取整；對(duì)于規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)，η取典型值8 ;
[0023] Α2、給出等值模型中風(fēng)電機(jī)組鏈?zhǔn)铰?lián)接至升壓變的回路數(shù)n_ies

【權(quán)利要求】
1. 一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，其特征在于，包括以下步驟： A、 根據(jù)待評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)構(gòu)造簡(jiǎn)單鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)等值風(fēng)電場(chǎng)模型，其參數(shù)包括：風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)風(fēng)電 機(jī)組鏈?zhǔn)铰?lián)接至升壓變的回路數(shù)nSCTies、每回集電線上掛接的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)n、每回集電線路上 相鄰兩臺(tái)風(fēng)機(jī)間距離lk，其中k= 1，2,…，n-1 ; B、 遞推計(jì)算每回集電線路首端風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的電壓U2，n、前n-1段集電線路匯集至首端 風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的有功功率Plil^lri和無(wú)功功率Q line2, n-1 * 根據(jù)各風(fēng)機(jī)的額定有功功率、無(wú)功功率、箱變高壓側(cè)母線的最高容許電壓，基于輸電線 路π型等值電路，自每回集電線路末端風(fēng)機(jī)至首端風(fēng)機(jī)依次計(jì)算出第k臺(tái)風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的電 壓U2,k、前k-ι段集電線匯集至第k組臺(tái)風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的有功功率Plim2,H和無(wú)功功率QKH， 其中k= 1，2, 一，η，末端匯集點(diǎn)Pline2 tl= (KQline2 tl=O; C、 以最靠近升壓變側(cè)的第η段集電線路長(zhǎng)度In為變量，建立關(guān)于集電線路長(zhǎng)度Iη的方 程f(In) =O: 利用B中得到的U2，n、Plim2，n_dPQ ，基于輸電線路31型等值電路，以第n段集電 線路長(zhǎng)度In為變量，建立第η段集電線路升壓變低壓側(cè)電壓Uτ關(guān)于集電線路長(zhǎng)度Iη的表 達(dá)式；進(jìn)一步考慮升壓變阻抗、系統(tǒng)等值阻抗和升壓變的變比，得到風(fēng)電場(chǎng)送出線路電網(wǎng)接 入點(diǎn)的系統(tǒng)等值電源電壓Utl關(guān)于第η段集電線路長(zhǎng)度1 "的表達(dá)式，進(jìn)而得到非線性方程 f(In) =O； D、 求解方程f(In) = 0,得到最靠近升壓變側(cè)的第η段集電線路長(zhǎng)度In; Ε、計(jì)算所求集電線路末端風(fēng)機(jī)距離升壓變的最大長(zhǎng)度L。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，其特征在于， 所述A步驟中所述η取值為 n= [nr] 其中，~為待評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)中各回集電線路上串接的風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)平均值，運(yùn)算符號(hào)□表示 向下取整； 所述nSOTies取值滿足
其中，1%^為待評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)機(jī)總數(shù)； 所述Ik取值為 1 =1 xk χ ave 其中，為風(fēng)電場(chǎng)中風(fēng)機(jī)之間距離的平均值，所述k= 1，2，···，n-1。
3. 如權(quán)利要求2所述的一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，其特征在于， η 所述A步驟中對(duì)于規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)，η取典型值8,ns_s取最大值f，1_的取值范圍為 0· 6 ?0· 8km〇
4. 如權(quán)利要求1所述的一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，其特征在于， 所述B步驟為： B1、計(jì)算第k組風(fēng)機(jī)箱變高壓側(cè)流入?yún)R集點(diǎn)的有功功率P2，k、無(wú)功功率Q2，k
其中，Pk、Qk分別為第k臺(tái)風(fēng)機(jī)發(fā)出的有功功率、無(wú)功功率，其中k= 1，2,…，n-1 ;U2，k 為第k組風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的電壓U2，k，其中k= 1，2,…，mUy取該電壓等級(jí)下的最大值，即U2:1 =^_;1^、1分別為風(fēng)機(jī)箱變非標(biāo)準(zhǔn)變比和漏抗； B2、計(jì)算第k段π
型等值集電線路阻抗末端的有功功率Pzl;k、無(wú)功功率11;, 其中，bk為第k段π型等值集電線路單位長(zhǎng)度對(duì)地電納，PliM2,k_i、Qline2,k_^別為第k-1 段集電線路末端有功功率、無(wú)功功率； B3、求解第k+Ι段集電線路首端風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的電壓&k+1、前k段集電線路匯集至首端風(fēng) 機(jī)匯集點(diǎn)的有功功率PliM2;k和無(wú)功功率Q
line2, k 其中，rk、xk為第k段π型等值集電線路單位長(zhǎng)度電阻和電抗。
5. 如權(quán)利要求4所述的一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，其特征在于， 所述B步驟中Pk、Qk取風(fēng)機(jī)功率的額定值，即Pk=Prate、Qk= 0,對(duì)于規(guī)劃風(fēng)電場(chǎng)，PMte = 2MW〇
6. 如權(quán)利要求1或4所述的一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，其特征在 于，所述C步驟中考慮升壓變阻抗和變比、系統(tǒng)等值阻抗，關(guān)于第η段集電線路長(zhǎng)度In的方 程為
其中，Utl為送出線路電網(wǎng)接入點(diǎn)的系統(tǒng)等值電源電壓，Ue為電網(wǎng)接入點(diǎn)電壓，Pe為電網(wǎng) 接入點(diǎn)流入電網(wǎng)的有功功率，Qe為電網(wǎng)接入點(diǎn)流入電網(wǎng)的無(wú)功功率，RC1、Xtl為系統(tǒng)等值電阻 和電抗。
7. 如權(quán)利要求6所述的一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，其特征在于， 所述C步驟為： 電網(wǎng)接入點(diǎn)流入電網(wǎng)的有功功率和無(wú)功功率Pe、Qe為
其中，re、xe和be分別為風(fēng)電場(chǎng)送出線路單位長(zhǎng)度電阻、電抗和對(duì)地導(dǎo)納，Ie為風(fēng)電場(chǎng) 送出線路長(zhǎng)度；電網(wǎng)接入點(diǎn)電壓Ue為
其中，Ppcr、Qpec^J風(fēng)電場(chǎng)PCC點(diǎn)流出至送出線路的有功功率和無(wú)功功率，
其中，RT、XTS升壓變電阻和電抗；Urx為風(fēng)電場(chǎng)PCC點(diǎn)電壓，
其中，Pzl;n、Qzl;n為第η段π型等值集電線路阻抗末端的有功功率和無(wú)功功率， Pzi,n= P line2,η
其中，P2;n、Iη為第η組風(fēng)機(jī)箱變高壓側(cè)流入系統(tǒng)的有功功率、無(wú)功功率， P2,n=Pn
其中，U2in為第η段集電線路首端風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的電壓，可由B步得出；PT、Qt為升壓變低 壓側(cè)流入的有功功率和無(wú)功功率， Pt n series^line2, n+ (=WTGs nser；[esn) Ρ。， rate Qt=η seriesQline2, η+ (=WTGs nseriesIl) Q2, rate 其中，Plin@n、Qline2in為前n段集電線路匯集至第n段集電線路首端風(fēng)機(jī)匯集點(diǎn)的有功 功率、無(wú)功功率，
P2;Mte、Quate為風(fēng)機(jī)箱變高壓側(cè)在額定狀態(tài)下流入系統(tǒng)的額定有功功率和無(wú)功功率， P = ρ 12,rate 1 rate
其中，p_、A&分別為風(fēng)機(jī)發(fā)出的額定有功功率、無(wú)功功率，u為風(fēng)機(jī)的箱變高壓 側(cè)額定電壓。
8. 如權(quán)利要求1所述的一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，其特征在于， 所述D步驟利用雙點(diǎn)弦截法求解方程f(In) = 0,具體為： Dl、初始化 給出方程f(In) =0的解In所在的區(qū)間[a，b]，并判斷： 如果f(a) = 0,則In=a; 如果f(b) = 0,則In=b; 如果f(a) ·f(b) >0,則返回初值錯(cuò)誤，繼續(xù)修改初值使其滿足條件； 如果f(a) ·f(b)〈0,則令迭代初值為lnH) =a，In(Q) =b，tol(CI) = 1 ; D2、判斷第i-1次迭代是否滿足收斂條件，i= 1，2,… 如果tolW彡ε，方程的解為ln(i'其中，ε為任意滿足〇〈εSKT5的常數(shù)； 否則，執(zhí)行D3 ; D3、計(jì)算第i次利用雙點(diǎn)弦截法迭代的方程的解和誤差
9. 如權(quán)利要求1或8所述的一種快速計(jì)算風(fēng)電場(chǎng)集電線路最大長(zhǎng)度的方法，其特征在 于，所述E步驟中L值為
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104462821SQ201410756145
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月10日
【發(fā)明者】廖國(guó)棟, 李龍?jiān)? 謝欣濤, 王曉茹 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司, 國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 西南交通大學(xué)