[發明專利]一種實時區域電壓協調控制方法

有效

• 申請號: 201610119954.3
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105633974B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 汪寧渤;周強;何世恩;趙龍;馬明;冉亮;路亮;陟晶;張健美;王明松;陳釗;王定美;呂清泉;黃蓉;張金平;張艷麗
• 申請（專利權）人: 甘肅省電力公司風電技術中心;國網甘肅省電力公司;國家電網公司;國網甘肅省電力公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/50
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司62002
• 代理人: 李艷華

技術領域

本發明涉及風力發電控制技術領域，尤其涉及一種實時區域電壓協調控制方法。

背景技術

對于規模化開發的風電場，由于風資源具有隨機性、間歇性、波動性和不可調控性等特點，伴隨其發電也必然存在隨機性和間歇性和不可控性，導致風電場電壓出現波動。當風電場發生電壓較大擾動時，若沒有足夠的動態無功支撐，將引起風電場電壓跌落。而風機本身的低電壓穿越能力十分有限，此時風電機組出于自身的保護，往往采取自動切除的方式，造成系統有功失衡，影響系統穩定。同時，異步發電機不具備維持和調節機端電壓水平的能力，在運行時還要從系統吸收無功功率，因此電壓穩定性問題比較突出。電壓跌落后，如果電網不能提供足夠的無功，基于異步發電機的風電機組機端電壓無法重建，導致整個風電場中所有異步風電機組的超速保護或者低電壓保護動作切除風電機組。

隨著風電在電網中所占的比例越來越大，風電并網必將對電力系統運行、調度及控制造成影響。從運行調度的角度，大規模風電場并網給系統帶來的影響主要有以下幾個方面：

⑴風電場注入電網功率的強隨機性，影響電網發電計劃制定的準確性；

⑵風電場接入電網后，對無功電壓調節與控制提出了新的要求；

⑶風電場接入電網后，增加了電網輸電能力的安全分析和可靠運行的難度；

⑷風電場接入電網后，增加了制定抵御意外擾動的策略和方式確定的難度。

為緩解大規模風電送出對電網安全運行的影響，提高風電送出能力，在風電場內通常設有有功控制、無功控制多套安全控制系統和裝置，且在各750/330kV變電站還裝有各種類型的無功補償設備，包括：SVC、SVG、可控高壓電抗器、固定高低壓電抗器、并聯電容器等。目前各種安全自動裝置、控制系統、各類無功補償裝置都獨立運行，由于沒有投入相應的控制系統，未能做到協調運行控制，使并網點當地電網電壓波動不能得到有效控制；另一方面，在電網故障時，不能起到抑制事故發展的作用，嚴重情況下還會起到推波助瀾的作用。

其中，風電場所接入局部電網的無功支撐能力的強弱對風電場及其所并入電網的正常運行都有著非常重要的影響，而并網風電場帶來的無功電壓問題則是目前倍受關注的問題之一。雖然已經有許多研究針對風電并網對無功電壓影響進行了仿真研究和評估，但由于國內風電發展起步較晚，只在風電機組的控制策略、無功的優化選址以及風電場當地控制策略等方面有所研究，尚未形成實用的商業系統，而對考慮風電場群、風電接入區域以及全網無功電壓的協調控制研究并不多見。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種實現對風電場無功電壓協調控制的實時區域電壓協調控制方法。

為解決上述問題，本發明所述的一種實時區域電壓協調控制方法，包括以下步驟：

⑴選取最能代表控制區域內電壓特性的母線作為中樞母線，以發電廠高壓側母線為控制母線，發電機無功出力及容抗器為控制變量；

⑵建立中樞母線電壓、控制母線電壓與控制無功變量的靈敏度關系，即將非線性的潮流方程通過增量和靈敏度線性化：

中樞母線；控制母線；

式中：為中樞母線電壓增量，為中樞母線電壓增量與無功變量增量線性化參數，為控制無功變量，為控制母線電壓增量，為控制母線電壓增量與控制無功變量增量線性化參數；

⑶建立協調原則：

①空間維協調：采取負荷側容抗器補償當地無功，電源側發電機控制所述中樞母線電壓的協調方法；

②時間維協調：將負荷變化趨勢劃分為轉換階段和平穩階段；其中轉換階段容抗器優先投切，平穩階段發電機優先調節；

⑷在一個控制周期內，對電容和電抗器投切進行連續化處理，求解擴展后的協調二級電壓控制模型，給出電容和電抗器及機組無功出力；

二次規劃優化模型：

式中：為中樞母線電壓，為機組無功出力，為容抗器無功出力；

上述模型的目標函數中第一項表示中樞母線偏差最小，第二項和第三項表示無功調節量最小，通過調整權重系數h和r改變無功出力分布，增加機組無功儲備；

二次型目標函數：中樞母線電壓偏差最小；

⑸建立線性約束條件：以控制變量表達

發電機無功上下限約束；

控制母線電壓上下限約束；

中樞母線電壓上下限約束；

控制母線電壓步長約束；

⑹對電容和電抗器無功出力進行安全約束條件校驗和歸整處理，若滿足動作條件，即進行電容和電抗器投切；