[發明專利]一種考慮風電場無功調節能力的協調二級電壓控制方法

有效

• 申請號: 201310528411.3
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103532150A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 郭志紅;郭慶來;王興;孫宏斌;李明;王彬;楊袆;張伯明;王成福
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司電力科學研究院;清華大學
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種考慮風電場調節能力的協調二級電壓控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1）在一個控制周期開始時，首先采集控制區域內的電網運行狀態數據；

2）在數據采集完成后，進行數據處理，首先判斷中樞節點的電壓水平，若電壓水平不合格，則二級電壓控制系統按電壓偏移方向調節控制區域內發電機，并返回步驟1）；若合格轉步驟3)；

3）判斷區域內發電機與各風電場節點的電壓水平是否合格，若存在電壓水平不合格的風電場節點，則將不合格的風電場節點及其電壓水平反饋至協調二級電壓控制中心，同時調節電壓不合格風電場節點下的無功補償設備；

4）利用協調二級電壓控制系統并考慮風電場無功調節能力進行協調優化計算；具體計算方法為：

(a)首先定義無功裕度向量Θ_g，以實現增大發電機無功裕度，并使之出力更加均衡：當接入傳統機組或無功調節設備時，無功裕度向量Θ_g第i個分量為

ΘgiG=QgiG+ΔQgiG-QgiG.minGgiG.max-QgiG.min---(6)]]>

當第i個分量為風電場節點接入時，其無功裕度被定義為：

ΘgiW=CTQgiT+ΔQgiT-QgiT.minQgiT.max-QgiT.min+CSQgiS+ΔQgiSQgiS.n---(7)]]>

其中，與為機組、補償裝置當前無功出力；與機組與補償裝置優化的無功調節量，其與的間關系表示為與為機組可調無功上下限；為風電場補償設備容量；C^T與C^S為風電場內機組與補償裝置的無功調節分配系數；由此得無功裕度相量為

Θg=ΘgGΘgW---(8)]]>

(b)將||Θ_g||²引入到二次規劃目標函數中，以保證一方面增加控制發電機的無功裕度，另一方面促使各臺控制發電機向無功出力更加均衡的方向發展；

構造二次規劃形式的目標函數如下：

minΔQg{Wp||a·(Vp-Vpref)+CgΔQg||2+Wq||Θg||2}---(9)]]>

其中，ΔQ_g作為優化變量，表示控制發電機或風電場的無功出力的調節量；和分別表示控制發電機當前無功、無功下限和無功上限；V_p和表示中樞母線當前電壓和設定電壓；W_p和W_q為權重系數，α為增益系數；

式（9）需要滿足的安全約束條件包括：

|CvgΔQg|≤ΔVHmax---(10)]]>

VHmin≤VH+CvgΔQg≤VHmax---(11)]]>

Vpmin≤Vp+CgΔQg≤Vpmax---(12)]]>

QgG.min≤QgG+ΔQgG≤GgG.max---(13)]]>

QgT.min≤QgT+ΔQgT≤GgT.max---(14)]]>

GgS+ΔQgS∈QgS.n---(15)]]>

和分別表示中樞母線當前電壓、中樞母線電壓下限和中樞母線電壓上限；和分別表示控制發電機當前無功、無功下限和無功上限；和分別表示控制風電機組當前無功、無功下限和無功上限；和分別表示發電機高壓側母線的當前電壓、電壓下限、電壓上限和允許的單步最大調整量；C_vg為發電機無功出力對發電機高壓側母線電壓的準穩態靈敏度矩陣，C_g為發電機無功出力對中樞母線電壓的準穩態靈敏度矩陣；

根據式（9）至式（15）所述目標函數與約束條件，計算求得包括風電場在內的各發電機所需要的無功功率分配值作為優化計算結果，并轉步驟5）；

5）根據步驟4）計算所得優化計算結果判斷包括風電場在內的各發電機無功分配均衡度，若當前運行狀態下的無功分配處于合理范圍內，則下一控制周期維持當前控制策略不變；若無功分配不符合協調優化所得的優化計算結果，則按所得優化計算結果作為發電機和風電節點的電壓水平調整指令，下發到各發電機和風電場，轉步驟6）；

6）當風電場側收到電壓水平調整指令后，進入風電場內部控制系統，首先根據所得到的電壓水平調整指令計算風電場節點的無功調節需求量，繼而根據所得無功調節量計算分配機組及場內無功調節裝置各自的無功調節量，并將所得無功調節量計算結果由場內控制系統下發控制指令，最后根據調節后的機組及無功補償設備運行狀態計算新的無功調節范圍，并上傳最新的電壓水平、無功出力及無功可用的調節范圍；

除風電場外的其它發電機桉發電機自身已有的控制方式進行電壓水平調整指令的跟蹤調節；

無功調節范圍的計算方式如下式所示：

Qs.jmin=-|Us|2Xss|U·s|2xm2Xss2-Ps2Qs.jmax=-|Us|2Xss+|U·s|2xm2Xss2-Ps2---(15)]]>

GgiT.max=Σj=1nQs.jmaxGgiT.min=Σj=1nQs.jmin---(16)]]>

其中：為風電場內第j臺機組的無功出力上下限；為機端電壓矢量值；x_m為勵磁電抗；X_ss為定子回路等效電抗；P_s為當前有功出力；為風電場內機組能輸出的無功極限值；

將上述所得風電機組部分的與場內補償設備的剩余無功調節容量合并，即可得到風電場總的無功調節范圍；

7）各發電機及風電場反饋其當前的無功調節范圍至二級電壓控制系統，結束本輪控

制，控制系統在下一控制周期到時時，返回步驟1）。