[發明專利]適用于電網中風電系統的動態無功設備無功功率優化方法

有效

• 申請號: 201710592417.5
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107482639B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 孫宏斌;劉海濤;郭慶來;杜延菱;王彬;于德明;牛濤;徐忱;張伯明;吳文傳;蔣芒
• 申請（專利權）人: 清華大學;國家電網公司;國網冀北電力有限公司
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/50;H02J3/38
• 代理公司: 11201 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 羅文群

1.一種適用于電網中風電系統的動態無功設備無功功率優化方法，其特征在于該方法包括以下步驟：

(1)計算電網中風電系統的各風電場內所有風電機組的無功功率調節范圍和所有動態無功設備的無功功率的調節范圍，過程如下：

分別建立計算電網中風電系統側第k個風電場的所有風電機組的無功功率調節量上限值所有風電機組的無功功率調節量下限值△Q_G,k、所有動態無功設備的無功功率調節量上限值所有動態無功設備的無功功率調節量下限值△Q_D,k的目標函數如下：

其中，N_G,k與N_D,k分別為風電系統側第k個風電場中風電機組和動態無功設備的數量，△q_G,k,i為第k個風電場中第i個風電機組的無功功率變化量，△q_D,k,j表示第k個風電場中第j個動態無功設備的無功功率變化量；

上述目標函數的約束條件如下：

當前狀態下風電場母線電壓的約束條件為：

其中，s_G,k,m和s_D,k,n分別表示第k個風電場中第m個風電機組和第n個動態無功設備的無功功率對該風電場母線電壓的靈敏度系數，V_k表示當前狀態下第k個風電場母線電壓值，V_k和分別表示第k個風電場母線電壓值的下限值與上限值；

當前狀態下風電機組機端電壓的約束條件為：

其中，c_G,k,m,i和c_D,k,n,i分別表示第k個風電場中第m個風電機組和第n個動態無功設備的無功功率對第i個風電機組的電壓的靈敏度系數，v_G,k,i表示第k個風電場中第i個風電機組的機端電壓值，v_G,k,i和分別表示第k個風電場中第i個風電機組的機端電壓下限值與上限值；

第k個風電場中第i個風電機組無功功率出力約束條件為：

其中，△q_G,k,i和分別表示第k個風電場中第i個風電機組無功功率出力調節量的下限值與上限值；

第k個風電場中第j個動態無功設備無功功率出力約束條件為：

其中，△q_D,k,j和分別表示第k個風電場中第j個動態無功設備無功功率出力調節量的下限值與上限值；

(2)根據電網中風電系統中風電匯集站記錄的當前各風電場的運行狀態，生成N個模擬場景，N為風電場匯集站區域內風電場的個數，并計算N個模擬場景下的安全裕度，包括以下步驟：

(2-1)根據當前各風電場的運行狀態，風電匯集站生成N個模擬場景，利用下式，計算其中任意第t個模擬場景的無功功率，t＝1,2,...,N：

其中，表示第t個模擬場景中第k個風電場的所有風電機組無功功率總和，表示第t個模擬場景中第k個風電場的所有動態無功設備無功功率總和，Q_G,k表示第k個風電場的所有風電機組無功功率總和的當前值，Q_D,k表示第k個風電場的所有動態無功設備無功功率總和的當前值；

(2-2)利用牛頓-拉夫遜潮流計算方法，根據上述步驟(2-1)的N個模擬場景，計算每個風電場的潮流分布，得到第t個模擬場景中第k個風電場的母線電壓值t＝1,2,...,N，k＝1,2,...,N，R^t表示第t個模擬場景中的安全裕度，R^t的計算公式如下：

(2-3)重復步驟(2-2)，分別得到與各模擬場景相對應的風電場匯集區域的安全裕度；

(3)根據上述與各模擬場景相對應的風電場匯集區域的安全裕度，擬合得到風電場的所有動態無功設備的無功功率調節量總和與風電場匯集區域安全裕度的關系如下：

其中，R表示風電場匯集的區域安全裕度，a_k和b_k為擬合得到的回歸系數，a_k和b_k通過下式計算得到：

(4)根據上述安全裕度的關系，計算當前狀態下風電場中各動態無功設備的無功功率設定值，包括以下步驟：

(4-1)分別建立各風電場中所有動態無功設備的最優無功功率調節量總和、所有風電機組最優無功功率調節量總和的目標函數如下：

上述目標函數的約束條件如下：

當前狀態下各風電場的母線電壓的約束條件為：

其中，H_G,k,l表示風電場匯集站區域內第k個風電場的風電機組無功功率對第l個風電場母線電壓的靈敏度系數，H_D,k,l表示風電場匯集站區域內第k個風電場的動態無功設備無功功率對第l個風電場母線電壓的靈敏度系數，V_l表示當前狀態下第l個風電場的母線電壓值，V_l和分別表示第l個風電場母線電壓值的下限值與上限值；

第k個風電場的所有動態無功設備的無功功率總和的約束條件為：

第k個風電場的所有風電機組的無功功率總和的約束條件為：

根據約束條件，求解上述目標函數，得到風電場中所有動態無功設備的最優無功功率調節量總和和所有風電機組最優無功功率調節量總風電場匯集站區域將計算結果發送給各個風電場；

(4-2)分別建立計算各風電場內每個動態無功設備的無功功率設定值的目標函數如下：

上述目標函數的約束條件如下：

當前狀態下風電場母線電壓的約束條件為：

其中，s_G,k,m和s_D,k,n分別表示第k個風電場中第m個風電機組和第n個動態無功設備的無功功率對該風電場母線電壓的靈敏度系數，V_k表示當前狀態下第k個風電場母線電壓值，V_k和分別表示第k個風電場母線電壓值的下限值與上限值；

當前狀態下風電機組機端電壓的約束條件為：

其中，c_G,k,m,i和c_D,k,n,i分別表示第k個風電場中第m個風電機組和第n個動態無功設備的無功功率對第i個風電機組的電壓的靈敏度系數，v_G,k,i表示第k個風電場中第i個風電機組的機端電壓值，v_G,k,i和分別表示第k個風電場中第i個風電機組的機端電壓下限值與上限值；

第k個風電場中第i個風電機組無功功率出力約束條件為：

其中，△q_G,k,i和分別表示第k個風電場中第i個風電機組無功功率出力調節量的下限值與上限值；

第k個風電場中第j個動態無功設備無功功率出力約束條件為：

其中，△q_D,k,j和分別表示第k個風電場中第j個動態無功設備無功功率出力調節量的下限值與上限值；

第k個風電場所有風電機組的無功功率值總和約束條件為：

第k個風電場所有動態無功設備的無功功率值總和約束條件為：

根據上述步驟(4-1)的計算結果和上述約束條件，求解上述目標函數，分別得到風電場中各動態無功設備的最優無功功率調節量的實現電網中風電系統的動態無功設備無功功率的優化。