[發(fā)明專利]一種基于分層MPC的風電無功電壓協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2018-07-04
• 公開（公告）號: CN108923435B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 王成福;張哲;董曉明;梁軍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/50
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 董雪

本發(fā)明公開了一種基于分層MPC的風電無功電壓協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括：自適應調(diào)節(jié)層，依據(jù)風電場調(diào)節(jié)能力與并網(wǎng)點電壓波動軌跡預測，提出一種并網(wǎng)點電壓自適應調(diào)節(jié)策略；無功分配層，在無功需求容量求解基礎上，給出一種可考慮各機組無功調(diào)節(jié)裕度的改進比例分配策略；實時控制層，依據(jù)狀態(tài)預測與參考、反饋信息實時修正控制誤差。通過分層MPC，各層內(nèi)不同時間級的預測信息可被高效利用，各層間不同時間尺度的控制可得到有效協(xié)調(diào)。基于PSCAD的仿真分析結(jié)果驗證了論文所提方法的有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風電場無功電壓分層協(xié)調(diào)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于分層MPC的風電無功電壓協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

受風資源分布影響，大量規(guī)模化風電場群遠離負荷中心，由電網(wǎng)末端接入，與系統(tǒng)間呈現(xiàn)弱連接關(guān)系，缺乏來自于系統(tǒng)側(cè)堅強、有效的支撐。由此導致其電壓調(diào)節(jié)易受風電場側(cè)與系統(tǒng)側(cè)波動的影響，是友好型風電場并網(wǎng)運行中所面臨的關(guān)鍵問題。

作為當前風電場的主流機型，雙饋風力機(double-fed induction generator，DFIG)自身即具有一定的動態(tài)無功補償能力，應當在風電場側(cè)的電壓控制中充分利用其無功調(diào)節(jié)能力。另一方面，包含風機在內(nèi)，電容器、靜止無功發(fā)生器(static var generator，SVG)等多種類型無功補償設備被廣泛應用于風電場，使得風電場的無功協(xié)調(diào)面臨極大挑戰(zhàn)，成為風電無功電壓調(diào)節(jié)的關(guān)鍵性難題之一，受到工程與學界的廣泛關(guān)注。

現(xiàn)有風電場內(nèi)部多設備間的無功電壓協(xié)調(diào)控制研究已取得了諸多有效成果，但過往多數(shù)研究僅以當前斷面狀態(tài)進行優(yōu)化控制，并未考慮調(diào)節(jié)過程對未來狀態(tài)的影響，易出現(xiàn)控制滯后等問題。然而，模型預測控制(MPC)可在系統(tǒng)當前運行狀態(tài)基礎上，同時考慮系統(tǒng)未來一段時間內(nèi)的運行的狀態(tài)，實現(xiàn)當前和未來有限時段的最優(yōu)控制。目前，MPC在風電、微網(wǎng)的調(diào)度運行中已有部分應用研究。在風電無功電壓控制中，稀有金屬利用模型預測控制，實現(xiàn)了風電場中DFIG、SVC/SVG以及變壓器分接頭的協(xié)調(diào)控制。現(xiàn)有技術(shù)針對與電網(wǎng)連接較弱的風電場，利用模型預測控制實現(xiàn)了并網(wǎng)點電壓調(diào)節(jié)。但風電場電壓等級較低，線路R/X比值較大，節(jié)點電壓同時受到有功和無功出力影響。為此，針對有功在風電場電壓控制中的影響，現(xiàn)有技術(shù)采用模型預測控制同時調(diào)節(jié)風電場有功和無功出力，實現(xiàn)了風電場中節(jié)點電壓偏差最小，動態(tài)無功儲備最多的控制目標。現(xiàn)有技術(shù)結(jié)合有功預測信息，采用模型預測控制協(xié)調(diào)了風電場中SVG和DFIG等無功補償設備。上述研究推動了MPC在風電場電壓控制中的應用，但依然存在下述幾方面問題：

首先，已有的MPC電壓控制中缺乏對風機之間的無功協(xié)調(diào)與分配以及可能出現(xiàn)的無功調(diào)節(jié)能力不足的考慮，而無功調(diào)節(jié)能力不足極易引起控制失效。

其次，現(xiàn)有風電電壓控制中對有功預測信息的考慮不足或處理較為粗糙，特別對于預測誤差的影響，或未有計及，或過于保守，需要進一步細化研究。

最后，在機組無功分配方面，多采用等比例方式，該方式易引起有功出力多的機組飽和，而有功出力少的機組未能充分發(fā)揮其無功調(diào)節(jié)能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提出一種基于分層MPC的風電無功電壓協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，通過分層MPC，各層內(nèi)不同時間級的預測信息可被高效利用，各層間不同時間尺度的控制可得到有效協(xié)調(diào)。

本發(fā)明的第一目的是公開一種基于分層MPC的風電無功電壓協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括：

并網(wǎng)自適應調(diào)節(jié)層，接受上級控制中心下達的并網(wǎng)點電壓調(diào)節(jié)指令，依據(jù)分鐘級風功率預測信息預測并網(wǎng)點電壓軌跡、計算場內(nèi)未來時段的極限調(diào)壓能力；

無功協(xié)調(diào)分配層，以輔助支撐并網(wǎng)點電壓、保證其電壓水平在規(guī)定范圍內(nèi)為目標，建立建立綜合考慮并網(wǎng)點、匯集母線以及各風機出口處電壓偏差影響的調(diào)壓目標函數(shù)；利用秒級風功率預測信息求解無功需求量，在多類別設備間協(xié)調(diào)分配無功；