[發明專利]一種基于無功電壓靈敏度的海上風電場無功協調控制方法

有效

• 申請號: 202010690805.9
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111799812B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 杜婉琳;馬明;王玲;雷二濤;徐柏榆;金莉;唐挺
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/50;H02J3/38
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

1.一種基于無功電壓靈敏度的海上風電場無功協調控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：當海上風電場的并網點電壓U_pcc發生波動時，根據并網點電壓的偏差ΔU_pcc，計算并網點的無功缺額Q_ref、各風電機組的無功出力極限Q_{i_max}與Q_{i_min}以及無功電壓靈敏度矩陣S；

首先獲取風電場拓撲及線路參數，檢測各節點的電壓、功率；一次檢測結束后判斷并網點電壓是否越限，包括：

(1)若判定結果為“是”，則計算并網點的無功缺額Q_ref、各風電機組的無功出力極限Q_{i_max}與Q_{i_min}以及無功電壓靈敏度矩陣S；

其中并網點的無功缺額Q_ref利用PI調節得出缺額值，各風電機組的無功出力極限利用雙饋式感應發電機組等值電路計算得出無功輸出范圍：

針對轉子電流極限，風電機組的無功出力極限為Q_sR：

X_s＝X_σs+X_M???????????????????????????(2)

式中，U_s、I_Rmax分別為定子側電壓、轉子側極限電流，X_σs，X_M分別為定子漏抗和勵磁電抗，P_s為風電機組的輸出功率；

針對定子電流極限，風電機組的無功出力極限為Q_ss：

式中I_smax為轉子側極限電流；

由式1、2可得，發電機組定子側無功極限為Q_S：

無功電壓靈敏度的計算過程如下：

在潮流計算中，節點電壓以極坐標方式表示，系統節點功率修正方程表示為：

式中ΔP、ΔQ分別為有功功率微增向量和無功功率微增向量；Δθ、ΔV分別為節點電壓相角微增量和電壓幅值微增量；J為潮流計算中的雅克比矩陣；通常在高壓電力系統中，有功功率與各節點電壓的角度有關，無功功率與各節點電壓幅值有關，采用P-Q潮流分解法思想，對J中參數進行簡化，則有：

ΔQ＝J_QVΔV/V??????????????????(6)

其中J_QV如下式：

聯立上述式子展開得：

進行化簡得到電壓靈敏度矩陣S為：

ΔV＝(B″)^-1(V)^-1ΔQ＝SΔQ??????????????(9)

式中，B″矩陣元素計算如下式：

式中，x_ij為支路ij的電抗，b_i0為節點i的接地支路電納；

(2)若判定結果為“否”，則進行下一次檢測；

步驟2：根據并網點的無功缺額Q_ref、各風電機組的無功出力極限Q_{i_max}與Q_{i_min}，分配場內風電機組所需無功出力Q_wind與無功補償裝置的無功出力Q_s；

根據步驟1所得到的風電場并網點的無功缺額Q_ref、各風電機組的無功出力極限Q_{i_max}與Q_{i_min}，分配場內風電機組所需無功出力Q_wind與無功補償裝置的無功出力Q_s；在此優先調節海上風電機組的無功出力，判斷并網點的無功缺額是否大于海上風電無功出力極限，包括：

(1)若判定結果為“是”，即Q_refQ_{wind_max}或Q_refQ_{wind_min}，則此時保持場內風電機組所需無功出力Q_wind為Q_{wind_max}或Q_{wind_min}，而根據并網點的無功缺額與海上風電無功出力極限，得出無功補償裝置需要補償的無功功率為：

(2)若判定結果為“否”，即Q_{wind_min}Q_refQ_{wind_max}，則此時保持場內風電機組所需無功出力為Q_ref；

步驟3：根據場內風電機組所需無功出力Q_wind、各風電機組的無功出力極限Q_{i_max}與Q_{i_min}以及無功電壓靈敏度矩陣S，分配各風電機組的無功出力Q_i；

根據步驟1所得出的場內風電機組所需無功出力Q_wind、各風電機組的無功出力極限Q_{i_max}與Q_{i_min}以及無功電壓靈敏度矩陣S，分配各風電機組的無功出力Q_i；

將海上風電機組無功輸出對并網點電壓無功電壓靈敏度依次排序，優先調節靈敏度最大的節點s1風電機組，判斷場內風電機組所需無功出力Q_wind是否大于節點s1風電機組的無功出力極限Q_{s1_max}與Q_{s1_min}，包括：

(1)若判定結果為“是”，即Q_windQ_{s1_max}或Q_windQ_{s1_min}，則此時將節點s1無功輸出保持為Q_{s1_max}或Q_{s1_min}，之后根據靈敏度順序繼續選擇下一節點s2，繼續進行判斷直至選擇到節點sk將場內風電機組所需無功出力Q_wind分配完畢，則全部節點的無功輸出為：

式中，n為海上風電場內風電機組的組數；

(2)若判定結果為“否”，即Q_{s1_min}Q_windQ_{s1_max}，則此時將s1節點無功輸出保持為Q_wind，其他節點無功輸出保持為0；

判斷結束，進行相應的控制后，跳回步驟1繼續檢測各節點的電壓、功率。