[發(fā)明專利]適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的無(wú)功電壓控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410506072.3
• 申請(qǐng)日: 2014-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN104319775A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪寧渤;路亮;黃華;周強(qiáng);徐陸飛;騰賢亮;梁磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司;甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心;國(guó)電南瑞科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H02J3/12
• 分類號(hào): H02J3/12;H02J3/18
• 代理公司: 北京中恒高博知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11249
• 代理人: 宋敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及規(guī)模化新能源發(fā)電過(guò)程中無(wú)功電壓控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的無(wú)功電壓控制方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電作為世界上可再生能源開發(fā)利用中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，由于其在減輕環(huán)境污染、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、解決偏遠(yuǎn)地區(qū)居民用電問題等方面的突出作用，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視并得到了廣泛的開發(fā)和利用。我國(guó)風(fēng)電進(jìn)入規(guī)模化發(fā)展階段后所產(chǎn)生的大型新能源基地多數(shù)位于“三北地區(qū)”(西北、東北、華北)，大型新能源基地一般遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，其電力需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離、高電壓輸送到負(fù)荷中心進(jìn)行消納。

以甘肅電網(wǎng)為例，截至2014年4月，甘肅電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)707萬(wàn)千瓦，約占甘肅電網(wǎng)總裝機(jī)(3500萬(wàn)千瓦)容量的20.2％，成為僅次于火電的第二大主力電源；光伏發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到435萬(wàn)千瓦，約占甘肅電網(wǎng)總裝機(jī)容量的12.4％，同時(shí)甘肅成為我國(guó)光伏裝機(jī)規(guī)模最大的省份。目前，甘肅電網(wǎng)風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī)約占甘肅電網(wǎng)總裝機(jī)容量的1/3。

隨著新能源并網(wǎng)規(guī)模的不斷提高，風(fēng)電、光伏發(fā)電不確定性和不可控性給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)諸多問題。由于風(fēng)、光資源的間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，風(fēng)電出力的波動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致大型風(fēng)電場(chǎng)電壓出現(xiàn)相應(yīng)波動(dòng)。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生電壓較大擾動(dòng)時(shí)，若沒有足夠的動(dòng)態(tài)無(wú)功支撐，將引起風(fēng)電場(chǎng)電壓跌落。目前，風(fēng)機(jī)本身的低電壓耐受能力十分有限，此時(shí)風(fēng)電機(jī)組出于自身的保護(hù)，往往采取自動(dòng)切除的方式，造成系統(tǒng)有功失衡，影響系統(tǒng)穩(wěn)定；同時(shí)，異步發(fā)電機(jī)，不具備維持和調(diào)節(jié)機(jī)端電壓水平的能力，在運(yùn)行時(shí)還要從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率，因此電壓穩(wěn)定性問題比較突出。

當(dāng)系統(tǒng)電壓跌落后，如果電網(wǎng)不能提供足夠的無(wú)功，基于異步發(fā)電機(jī)的風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓無(wú)法重建，導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)中所有異步風(fēng)電機(jī)組的超速保護(hù)或者低電壓保護(hù)動(dòng)作切除風(fēng)電機(jī)組；若保護(hù)無(wú)法正常動(dòng)作，由于風(fēng)電機(jī)組的機(jī)端電壓無(wú)法重建，則會(huì)引起風(fēng)電場(chǎng)甚至區(qū)域電網(wǎng)暫態(tài)電壓失穩(wěn)。由于交流聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整個(gè)電網(wǎng)的電壓和頻率之間相互影響、酒泉地區(qū)風(fēng)電出力大幅度變化必然引起整個(gè)系統(tǒng)的電壓、頻率波動(dòng)，導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大。2011年甘肅電網(wǎng)發(fā)生的三次較大規(guī)模風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)事故就是由于上述原因造成的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問題，提出一種適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的無(wú)功電壓控制方法，以實(shí)現(xiàn)全局快速優(yōu)化、分層電壓調(diào)節(jié)、多尺度協(xié)調(diào)控制的新型電網(wǎng)控制模式，在保障電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下，大幅提高電網(wǎng)對(duì)新能源的接納及送出能力，減小棄風(fēng)，提高新能源上網(wǎng)電量的優(yōu)點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種適應(yīng)大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的無(wú)功電壓控制方法，包括無(wú)功電壓控制和無(wú)功優(yōu)化；

所述無(wú)功電壓控制包括：三級(jí)電壓控制、二級(jí)電壓控制和一級(jí)電壓控制，所述三級(jí)電壓控制是最高層，三級(jí)電壓控制以全網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為優(yōu)化目標(biāo)，且考慮穩(wěn)定性指標(biāo)，最后給出中樞母線電壓幅值的設(shè)定參考值，供二級(jí)電壓控制使用；

所述二級(jí)電壓控制主要目的是保證中樞母線電壓等于上述設(shè)定的參考值，如果中樞母線的電壓幅值產(chǎn)生偏差，二級(jí)電壓控制則選擇就地控制本站無(wú)功補(bǔ)償裝置或按照預(yù)定的控制規(guī)律向一級(jí)電壓控制器下發(fā)調(diào)節(jié)命令；

所述一級(jí)電壓控制為本地控制，控制本地發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)器、有載調(diào)壓分接頭、可投切的電容器和動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器，在一級(jí)電壓控制中，控制設(shè)備通過(guò)保持輸出變量無(wú)限接近設(shè)定值來(lái)補(bǔ)償電壓的快速和隨機(jī)的變化；

所述無(wú)功優(yōu)化為將三級(jí)優(yōu)化功能部署于調(diào)度主站，以網(wǎng)損最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并將優(yōu)化結(jié)果即子站電壓參考值下發(fā)至子站，子站根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到電壓參考值目標(biāo)，調(diào)整完成后由主站再次優(yōu)化計(jì)算，根據(jù)檢驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行再次調(diào)整，形成循環(huán)，直到優(yōu)化結(jié)果精確度滿足預(yù)期要求為止，且加入電壓判斷環(huán)節(jié)，當(dāng)優(yōu)化過(guò)程中出現(xiàn)電壓越線時(shí)，可啟動(dòng)一級(jí)或二級(jí)電壓控制模式。

優(yōu)選的，所述三級(jí)優(yōu)化具體步驟包括：

步驟201：觸發(fā)啟動(dòng)，在風(fēng)電計(jì)劃發(fā)生變化時(shí)觸發(fā)啟動(dòng)優(yōu)化流程并進(jìn)行電壓判斷；

步驟202：電壓判斷，判斷全網(wǎng)各主站，中間站及終端站電壓，當(dāng)電壓均滿足運(yùn)行曲線要求時(shí)，啟動(dòng)三級(jí)優(yōu)化控制模式，執(zhí)行步驟203；否則閉鎖，并啟動(dòng)一級(jí)或二級(jí)電壓控制模式；

步驟203：信息上送，由子站、執(zhí)行站向主站上送電壓及無(wú)功補(bǔ)償運(yùn)行狀況信息并執(zhí)行步驟204；

步驟204：優(yōu)化計(jì)算，在主站進(jìn)行全網(wǎng)潮流計(jì)算，狀態(tài)估計(jì)，無(wú)功優(yōu)化計(jì)算，從而得到各子站電壓參考值并信息下送；