[發(fā)明專利]基于數(shù)據(jù)驅(qū)動建模的風(fēng)電場無功電壓優(yōu)化控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210108334.5
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114583710B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 臧曉笛;王中冠;郭力
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/38
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動建模的風(fēng)電場無功電壓優(yōu)化控制方法，依據(jù)風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)歷史數(shù)據(jù)開展風(fēng)電場潮流準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)建模，并以風(fēng)力發(fā)電機(jī)無功功率，靜止無功發(fā)生器SVG無功功率作為控制變量，根據(jù)節(jié)點電壓對控制變量的靈敏度關(guān)系，以控制調(diào)整量最小為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定節(jié)點電壓線性約束，建立含風(fēng)電機(jī)組和SVG的電力系統(tǒng)電壓越限優(yōu)化模型用以實現(xiàn)無功電壓優(yōu)化控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動計及風(fēng)電場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)建模和無功電壓優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)

隨著風(fēng)電機(jī)組的大規(guī)模并網(wǎng)，配電網(wǎng)的穩(wěn)定運行面臨諸多挑戰(zhàn)，其中配電網(wǎng)電壓越限和電壓波動問題尤為顯著。電壓越限問題不但限制了風(fēng)電場的正常發(fā)電，而且嚴(yán)重威脅配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

目前，在風(fēng)電場無功電壓控制系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)對象主要為風(fēng)電機(jī)組、電容器組、主變分接頭、靜止無功發(fā)生器(Static?Var?Generator，SVG)等。主變分接頭并不是無功源，它只改變無功分布而本身并不產(chǎn)生無功，且與電容器組同樣屬于靜態(tài)離散型設(shè)備，成本低、容量大，響應(yīng)時間較長。作為動態(tài)連續(xù)型設(shè)備，風(fēng)機(jī)和SVG的響應(yīng)時間較短，SVG成本高、容量小，速度快；而風(fēng)電機(jī)組由于數(shù)量眾多，總體容量較大，但無功極限受有功疏忽限制，且速度較慢。采用何種電壓控制策略能夠綜合調(diào)節(jié)風(fēng)場電壓而使成本最低是亟待研究的問題。

關(guān)于風(fēng)電場無功電壓控制更多地集中在風(fēng)機(jī)和SVG的優(yōu)化控制策略上。但由于風(fēng)電場具有設(shè)備類型多、性能差異大、控制層級多等特點，不同地區(qū)的風(fēng)場控制策略差異較大，導(dǎo)致風(fēng)電場在實際運行中暴露許多問題。如并網(wǎng)點電壓越限、場站內(nèi)部電壓分布不合理等。通過調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組的無功功率等調(diào)壓策略只能滿足并網(wǎng)點電壓控制要求，無法考慮風(fēng)場內(nèi)部電壓分配，使得內(nèi)部存在過電壓的隱患。目前風(fēng)電場所接電網(wǎng)架構(gòu)比較薄弱，此外，風(fēng)電自身的波動性使其并網(wǎng)點阻抗具有時變特性，電壓和無功對應(yīng)關(guān)系很難計算。同時風(fēng)電機(jī)組在空間上具有一定的分散性，加上風(fēng)電機(jī)組與無功補(bǔ)償裝置響應(yīng)特性存在差異，使風(fēng)電場內(nèi)部多無功源的協(xié)調(diào)控制變得更加困難。針對上述問題，基于靈敏度的電壓控制方法是解決風(fēng)電場電壓越限問題的主要方法之一，基于線路參數(shù)模型進(jìn)行內(nèi)部電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)，但此調(diào)壓方式依賴于模型參數(shù)的精確性，而實際中線路參數(shù)不準(zhǔn)確，傳統(tǒng)靈敏度方法難以實現(xiàn)精確控制，無法實現(xiàn)全局的最優(yōu)無功分配，不能滿足快速應(yīng)用的需求。

因此，現(xiàn)有的風(fēng)電場電壓調(diào)節(jié)方法仍存在著一定的缺陷和不足：

(1)風(fēng)機(jī)和SVG的無功調(diào)壓能夠響應(yīng)并網(wǎng)點調(diào)壓需求，但未考慮風(fēng)電場內(nèi)部電壓分布，存在過電壓隱患。

(2)利用傳統(tǒng)靈敏度調(diào)壓，相鄰節(jié)點間的電壓相互影響，無法實現(xiàn)全局化電壓的最優(yōu)分配。

(3)利用最優(yōu)潮流等優(yōu)化算法調(diào)壓，依賴于模型參數(shù)的準(zhǔn)確性，計算時間較長，不能滿足快速應(yīng)用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)建模和無功電壓優(yōu)化控制方法，依據(jù)風(fēng)電場的歷史數(shù)據(jù)開展風(fēng)電場潮流準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)建模，并以風(fēng)力發(fā)電機(jī)無功功率、SVG無功功率作為控制變量，根據(jù)節(jié)點電壓對控制變量的靈敏度關(guān)系，以控制調(diào)整量最小為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定節(jié)點電壓線性約束條件，建立含風(fēng)電機(jī)組和SVG的電力系統(tǒng)電壓優(yōu)化控制模型。技術(shù)方案如下：

1.一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動建模的風(fēng)電場無功電壓優(yōu)化控制方法，依據(jù)風(fēng)電場的風(fēng)機(jī)歷史數(shù)據(jù)開展風(fēng)電場潮流準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)建模，并以風(fēng)力發(fā)電機(jī)無功功率，靜止無功發(fā)生器SVG無功功率作為控制變量，根據(jù)節(jié)點電壓對控制變量的靈敏度關(guān)系，以控制調(diào)整量最小為目標(biāo)函數(shù)，設(shè)定節(jié)點電壓線性約束，建立含風(fēng)電機(jī)組和SVG的電力系統(tǒng)電壓越限優(yōu)化模型用以實現(xiàn)無功電壓優(yōu)化控制，包括以下步驟：

1)風(fēng)電場的非線性潮流方程如下：

其中，輸出變量y＝[V?θ]^T由風(fēng)力發(fā)電機(jī)電壓幅值與相角構(gòu)成，輸入變量x＝[p?q]^T由風(fēng)力發(fā)電機(jī)有功功率和無功功率構(gòu)成；C代表線性化潮流矩陣，ψ(x)代表升維函數(shù)；