基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法技术

本发明专利技术公开了基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法包括：获取大规模风电集中接入区域电网运行控制参数；计算区域电网内风电集群点和各风电场接入点的无功电压灵敏度系数矩阵；计算区域电网内多无功源的实时无功补偿能力；利用动态无功补偿装置平抑小幅度电压波动；构建考虑多无功源互动的风电场群无功电压优化控制模型，利用模型求解得到的多无功源协调控制方案平抑较大幅度电压波动，从而能够考虑多无功源互动作用,进一步平抑风电场/群的电压波动,在确保电网安全的前提下进一步提升电网对风电的接纳能力。

【技术实现步骤摘要】
基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法
本专利技术涉及大规模风电并网控制技术
，具体地，涉及基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法。
技术介绍
随着大型千万千瓦级风电基地风电装机容量急剧增长，风电在系统中的占比增加，风电功率波动对系统电压稳定性的影响不容忽视。与传统发电厂并网不同，大型风电场由众多容量较小的风电机组组成，再由许多风电场汇集成集群并入电网，这些机组和风电场在空间上具有一定的分散性。因此，大型场/群的无功电压控制不仅需要从时间尺度上研究无功源的动态响应配合，还需要从空间粒度上考虑无功源的物理分布影响。目前针对风电场/群有功波动引起电压波动问题，国内外学者对相应的控制方法已经做了很多研究，主要分为以下2个类：1)采用空间尺度上分层分区的控制思想。在满足上一级下达的控制目标的要求下，在本空间节点上通过多种无功控制手段实现无功电压的协调控制。但是，风电场群中的多种无功源存在着横向、纵向的相互影响和相互作用，除此之外，还有时间响应特性引起的时序递进关系和交互影响，这些因素都应该纳入到解决风电场群的的无功电压控制中去。2)采用多时间尺度协调配合的控制思想。根据风电预测功率，在长时间尺度上，安排大容量离散无功补偿装置(电容、电抗器组)的投切计划，用于电压的粗调；在短时间尺度上，安排连续无功补偿装置(SVC，SVG)的出力计划，进行电压的细调。由于风电功率预测存在误差，实施多时间尺度的二次计划调压后，风电场群节点仍会存在电压偏差，因此仍然需要在实时控制层面上的通过无功电压优化控制来进行电压调整。综上所述，虽然现有的风电场/群无功电压控制方法已经比较成熟，但是在理论和应用方面仍然存在需要改进的方向：1)无功电压控制中需要考虑多无功源在横向、纵向上的协调配合；2)采用多时间尺度计划调压应对风电场/群电压波动时，需要考虑实时控制层面上的自动电压修正，以降低二次计划调压的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法，以实现的能够考虑多无功源互动作用,进一步平抑风电场/群的电压波动平抑效果,在确保电网安全的前提下进一步提升电网对风电的接纳能力的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法，主要包括：步骤1：获取大规模风电集中接入区域电网运行控制参数；步骤2：计算区域电网内风电集群点和各风电场接入点的无功电压灵敏度系数矩阵；步骤3：计算区域电网内多无功源的实时无功补偿能力；步骤4：利用动态无功补偿装置平抑小幅度电压波动；步骤5：建立基于多无功源互动的风电场/群无功电压优化控制模型，利用模型求解得到的多无功源协调控制方案平抑较大幅度电压波动。进一步地，所述步骤1包括获取电网的网络结构参数、获取区域电网中集群接入点、各风电场并网点运行电压参考值Ui,ref以及获取区域电网中场/群接入点连续型无功补偿装置的最大无功补偿量和离散型无功补偿装置的最大无功补偿量的容量之和，所述离散型无功补偿装置的最大补偿容量为Ni,max·Qi,c0，Ni,max为电容/电抗器的最大可投切组数；所述连续型无功补偿装置的最大补偿容量为[-Qi,smin+Qi,smax]，Qi,cmax为感性无功最大补偿容量，-Qi,cmin为容性无功最大补偿容量。进一步地，所述步骤2包括，步骤21：列写区域电网内风电集群点和各风电场接入点无功电压灵敏度方程；设ΔP和ΔQ分别为风电场/群接入点注入的有功变化量和无功变化量，ΔU和Δθ分别为风电场/群接入点的电压幅值变化量和相角的变化量，Jpu、Jpu、Jpu和Jpu为风电场/群接入区域电网的雅可比矩阵，则系统注入功率变化量与系统节点电压改变量的关系为：步骤22：计算区域电网内节点无功电压灵敏度系数，在风电场接入电网的主要注入量为风电场输出的有功功率和无功功率，若只考虑无功功率对电压的作用，根据公式(1)，则由可得节点电压变化关于注入无功功率变化的灵敏度关系为：令则第i个接入点电压关于第j个风电场输出无功功率变化的灵敏度关系Sij为：Sij＝Ai,j(4)。进一步地，所述步骤3包括，步骤31：获取区域电网中场/群接入点无功补偿装置的实时状态，包括离散型无功补偿装置已经向电网补偿的无功功率ni,0·Qi,c0，所述ni,0表示电容/电抗器组已经投入的组数；连续型无功补偿装置已经向电网补偿无功功率Qi,s0，-Qi,smax≤Qi,s0≤+Qi,smax；步骤32：计算区域电网中内风电集群点和各风电场接入点i处无功补偿装置可提供的无功补偿能力ΔQi，所述ΔQi包含两部分节点i离散电容电抗器能提供的无功补偿量ΔQi,c和连续无功补偿装置能提供的无功补偿量ΔQi,s，其中，节点i处离散并联电容/电抗器组的实时补偿能力ΔQi,s为：节点i处连续无功补偿装置的实时补偿能力ΔQi,s为：-Qi,smax-Qi,s0≤ΔQi,s≤Qi,smax-Qi,s0(6)进一步地，所述步骤4包括：步骤41：读取风电场/群接入点的实时电压Ui，并计算其距该处目标电压偏差ΔUi，ΔUi＝Ui-Ui,ref(7)；步骤42：判断风电场接入点电压波动幅度大小，若|ΔUi|≤ε，所述ε为无功补偿装置动作的电压偏差阈值，无功补偿装置不动作，等待下一个风电场出口处电压检测时刻的到来；若|ΔUi|＞ε，则执行下一步骤43；步骤43：调节连续无功补偿装置无功出力ΔQi,s，平抑风电场/群接入点小幅度电压波动，具体为根据风电集群点和各风电场接入点的无功灵敏度系数Sii，计算风电场i单独采用本节点处的SVC/SVG进行无功补偿时，所需求的无功补偿功率ΔQi,s为：ΔQi,s＝Sii·ΔUi(8)若ΔQi,s在该节点处连续无功补偿装置的补偿能力范围内，即-Qi,smax-Qi,s0≤ΔQi,s≤Qi,smax-Qi,s0，则判定该次电压波动为小幅度电压波动，增发无功功率ΔQi,s，电压波动得以平抑；若无功补偿功率需求ΔQi,s超出了该节点处连续无功补偿装置的补偿能力，则判定该次电压波动属于幅值较大的电压波动，执行步骤5。进一步地，所述步骤5建立基于多无功源互动的风电场/群无功电压优化控制模型包括：建立单目标的多元线性优化模型，具体为根据公式(4)，区域电网内各节点的电压调整量根据区域电网内各节点的无功功率补偿量ΔQi进行计算：式中：系数矩阵S表示该区域电网内各节点的无功电压灵敏度关系矩阵，其中灵敏度系数Si,j、Sj,j如公式(4)所示；向量ΔQ＝[ΔQ1…ΔQn]表示该区域内汇集点、各风电场接入点处的无功补偿装置无功调整量；其中约束条件包含状态变量约束，协调优化控制后，区域电网内各节点电压需要满足电压正常运行范围要求。Ui,min≤Ui+ΔUi≤Ui,maxi＝1,2,3…n(11)式中：Ui,min、Ui,max表示各节点电压运行上、下限。和控制变量约束，区域电网内各节点的无功补偿装置无功调整量应该在该节点无功补偿装置的可调节容量范围内，如下式所示：由公式(10)-(12)可知，多无功源协调控制模型为单目标多元线性优化模型，化为标准形式：式中：f(X)为目标函数，如公式(10)；X表示由该区域电网内风电集群点和各风电场本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取大规模风电集中接入区域电网运行控制参数；步骤2：计算区域电网内风电集群点和各风电场接入点的无功电压灵敏度系数矩阵；步骤3：计算区域电网内多无功源的实时无功补偿能力；步骤4：利用动态无功补偿装置平抑小幅度电压波动；步骤5：建立基于多无功源互动的风电场/群无功电压优化控制模型，利用模型求解得到的多无功源协调控制方案平抑较大幅度电压波动。

【技术特征摘要】
1.基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取大规模风电集中接入区域电网运行控制参数；步骤2：计算区域电网内风电集群点和各风电场接入点的无功电压灵敏度系数矩阵；步骤3：计算区域电网内多无功源的实时无功补偿能力；步骤4：利用动态无功补偿装置平抑小幅度电压波动；步骤5：建立基于多无功源互动的风电场/群无功电压优化控制模型，利用模型求解得到的多无功源协调控制方案平抑较大幅度电压波动。2.根据权利要求1所述的基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法，其特征在于，所述步骤1包括获取电网的网络结构参数、获取区域电网中集群接入点、各风电场并网点运行电压参考值Ui,ref以及获取区域电网中场/群接入点连续型无功补偿装置的最大无功补偿量和离散型无功补偿装置的最大无功补偿量的容量之和，所述离散型无功补偿装置的最大补偿容量为Ni,max·Qi,c0，Ni,max为电容/电抗器的最大可投切组数；所述连续型无功补偿装置的最大补偿容量为[-Qi,smin+Qi,smax]，Qi,cmax为感性无功最大补偿容量，-Qi,cmin为容性无功最大补偿容量。3.根据权利要求2所述的基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法，其特征在于，所述步骤2包括，步骤21：列写区域电网内风电集群点和各风电场接入点无功电压灵敏度方程；设ΔP和ΔQ分别为风电场/群接入点注入的有功变化量和无功变化量，ΔU和Δθ分别为风电场/群接入点的电压幅值变化量和相角的变化量，Jpu、Jpu、Jpu和Jpu为风电场/群接入区域电网的雅可比矩阵，则系统注入功率变化量与系统节点电压改变量的关系为：步骤22：计算区域电网内节点无功电压灵敏度系数，在风电场接入电网的主要注入量为风电场输出的有功功率和无功功率，若只考虑无功功率对电压的作用，根据公式(1)，则由可得节点电压变化关于注入无功功率变化的灵敏度关系为：令则第i个接入点电压关于第j个风电场输出无功功率变化的灵敏度关系Sij为：Sij＝Ai,j(4)。4.根据权利要求3所述的基于多无功源互动的风电场/群无功电压实时控制方法，其特征在于，所述步骤3包括，步骤31：获取区域电网中场/群接入点无功补偿装置的实时状态，包括离散型无功补偿装置已经向电网补偿的无功功率ni,0·Qi,c0，所述ni,0表示电容/电抗器组已经投入的组数；连续型无功补偿装置已经向电网补偿无功功率Qi,s0，-Qi,smax≤Qi,s0≤+Qi,smax；步骤32：计算区域电网中内风电集群点和各风电场接入点i处无功补偿装置可提供的无功补偿能力ΔQi，所述ΔQi包含两部分节点i离散电容电抗器能提供的无功补偿量ΔQi,c和连续无功补偿装置能提供的无功补偿量ΔQi,s，其中，节点i处离散并联电容/电抗器组的实时补偿能力ΔQi,s为：节点i处连续无功补偿装置的实时补偿能力ΔQi,s为：-Qi,smax-Qi,s0≤ΔQi,s...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏鹏，刘文颖，汪宁渤，蔡万通，周强，王方雨，陈钊，王贤，李亚龙，赵龙，郭鹏，丁坤，朱丹丹，马明，张雨薇，郭虎，魏泽田，王明松，张健美，王定美，路亮，吕清泉，张艳丽，张金平，
申请(专利权)人：华北电力大学，甘肃省电力公司风电技术中心，国网甘肃省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11