[發明專利]適應大規模風電并網的無功電壓控制方法

在審

• 申請號: 201410506072.3
• 申請日: 2014-09-27
• 公開（公告）號: CN104319775A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 汪寧渤;路亮;黃華;周強;徐陸飛;騰賢亮;梁磊
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網甘肅省電力公司;甘肅省電力公司風電技術中心;國電南瑞科技股份有限公司
• 主分類號: H02J3/12
• 分類號: H02J3/12;H02J3/18
• 代理公司: 北京中恒高博知識產權代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

1.一種適應大規模風電并網的無功電壓控制方法，其特征在于，包括無功電壓控制和無功優化；

所述無功電壓控制包括：三級電壓控制、二級電壓控制和一級電壓控制，所述三級電壓控制是最高層，三級電壓控制以全網的經濟運行為優化目標，且考慮穩定性指標，最后給出中樞母線電壓幅值的設定參考值，供二級電壓控制使用；

所述二級電壓控制主要目的是保證中樞母線電壓等于上述設定的參考值，如果中樞母線的電壓幅值產生偏差，二級電壓控制則選擇就地控制本站無功補償裝置或按照預定的控制規律向一級電壓控制器下發調節命令；

所述一級電壓控制為本地控制，控制本地發電機電壓調節器、有載調壓分接頭、可投切的電容器和動態無功補償器，在一級電壓控制中，控制設備通過保持輸出變量無限接近設定值來補償電壓的快速和隨機的變化；

所述無功優化為將三級優化功能部署于調度主站，以網損最小為目標進行優化計算，將優化結果即子站電壓參考值下發至子站，子站根據優化結果進行相應調節，從而達到電壓參考值目標，調整完成后由主站再次優化計算，根據檢驗優化結果進行再次調整，形成循環，直到優化結果精確度滿足預期要求為止，且加入電壓判斷環節，當優化過程中出現電壓越線時，可啟動一級或二級電壓控制模式。

2.根據權利要求1所述的適應大規模風電并網的無功電壓控制方法，其特征在于，所述三級優化具體步驟包括：

步驟201：觸發啟動，在風電計劃發生變化時觸發啟動優化流程并進行電壓判斷；

步驟202：電壓判斷，判斷全網各主站，中間站及終端站電壓，當電壓均滿足運行曲線要求時，啟動三級優化控制模式，執行步驟203；否則閉鎖，并啟動一級或二級電壓控制模式；

步驟203：信息上送，由子站、執行站向主站上送電壓及無功補償運行狀況信息并執行步驟204；

步驟204：優化計算，在主站進行無功優化計算，從而得到各子站電壓參考值并信息下送；

步驟205：信息下送，主站向子站下達電壓參考值，進行子站電壓控制調整；

步驟206：子站電壓控制調整，首先是子站內部無功補償裝置動作調整，其次基于靈敏度分析原理進行子站電壓控制。

3.根據權利要求2所述的適應大規模風電并網的無功電壓控制方法，其特征在于，所述二級電壓控制模式具體步驟如下：

步驟301：二級電壓控制模式啟動，判斷子站電壓，當某一子站電壓不滿足運行曲線要求時啟動二級電壓控制模式，執行步驟302；

步驟302：子站就地調節，若子站有就地無功補償裝置可調，可根據電壓越線情況進行就地調控，調控后判斷子站電壓，電壓合格則結束二級電壓控制，不合格則進行遠方調節，執行步驟303，若無就地無功補償裝置，直接執行步驟303；

步驟303：啟動遠方調節，子站收集其他子站及下級執行站信息并根據靈敏度判斷選擇縱向或橫向調節優先級，若選擇縱向調節優先，則執行步驟304，若選擇橫向調節優先，執行步驟305；

步驟304：縱向調節，下級執行站無功補償對子站電壓靈敏度排序，選擇靈敏度最高的執行站進行電壓調控，執行站按照一級電壓控制模型執行后再次判斷子站電壓，若電壓合格，則結束二級電壓控制，不合格則返回循環執行步驟303至到子站電壓合格為止；

步驟305：橫向調節，根據控制靈敏度選擇聯調子站，聯調子站根據二級電壓控制模式進行電壓調控后再次判斷子站電壓，若電壓合格則結束二級控制，不合格則返回循環執行步驟303至到子站電壓合格為止。

4.根據權利要求2或3所述的適應大規模風電并網的無功電壓控制方法，其特征在于，所述一級電壓控制模式，為面向設備級的控制，直接作用于調控設備，一級電壓控制中，首先調節動態無功補償裝置，其次調節風機無功出力；再次由執行站向上級子站申請協調控制，子站在保證自身電壓合格的情況下，進行子站本地調節或向其他執行站下發控制信息，由其他執行站進行橫向協調控制。

5.根據權利要求4所述的適應大規模風電并網的無功電壓控制方法，其特征在于，所述動態無功補償裝置包括動態無功補償器、電容電抗、變壓器分接頭控制和風機無功出力控制。

6.根據權利要求5所述的適應大規模風電并網的無功電壓控制方法，其特征在于，所述靈敏度分析：

設電力系統中節點i的發電機功率為P_Gi+jQ_Gi，負荷功率為P_LDi+jQ_LDi，以極坐標表示節點電壓時，節點的功率平衡方程為

ΔP_i＝P_Gi-P_LDi-U_iΣU_j(G_ijcosδ_ij+B_ijsinδ_ij)＝0

???????????????????????????????????????????????(1)

ΔQ_i＝Q_Gi-Q_LDi-U_iΣU_j(G_ijsinδ_ij-B_ijcosδ_ij)＝0

其中，P_i為注入節點i的有功功率；Q_i為注入節點i的無功功率；U_i為節點i的電壓；G_ij+jB_ij為節點i、j之間的導納；δ_ij為節點i、j之間的電壓相角差，δ_ij＝δ_i-δ_j，

若以p、u、x分別表示擾動變量、控制變量和狀態變量。電力系統節點功率平衡方程可表示為：

f(x,u,p)＝0???(2)

設包含風電場區域運行在狀態(x(0),u(0),p(0))下，如某一風電場有功出力波動Δp，常規發電機做了相應的調整Δu，系統相應發生了狀態偏離Δx，則系統的功率平衡方程應為：

f(x⁽⁰⁾+Δx,u⁽⁰⁾+Δu,p⁽⁰⁾+Δp)＝0???(3)

假設穩態情況下各變量的變化很小，以至可忽略其二階及以上的各項，則式3可以展開化簡為：

f(x(0),u(0),p(0))+∂f∂x|0Δx+∂f∂u|0Δu+∂f∂p|0Δp=0---(4)]]>

式中，均為雅可比矩陣，如將基于狀態(x(0),u(0),p(0))的矩陣分別簡記為J_x、J_u、J_p，則有

J_xΔx+J_uΔu+J_pΔp＝0???(5)

上式稱為靈敏度方程，對于任意給定變化量的控制變量或擾動變量，采用上式即式5均可求得各狀態變量的變化量，從而闡明了系統對于控制變量或擾動變量的既定變化量所作出的響應。