[发明专利]多无功源分层协调的风电场电压控制方法

权利要求书

1.一种多无功源分层协调的风电场电压控制方法，其特征是，它的步骤为：

第一步，通过SCADA监测控制和数据采集系统中的数据信息，并上传至控制中心；

第二步，控制中心进行第三级控制，通过最优潮流计算，给出风电场汇集点的电压参考值U_ref，该级控制的周期为小时级；

第三步，第二级控制为风电场级控制，将采集到的汇集点实时电压值U_t与电压参考值U_ref进行比较，ΔU＝U_ref-U，为了防止设备的频繁调节，设置电压死区范围，如果-0.01≤ΔU≤0.01，则不进行控制，若超出死区范围，则根据第四步的两层多阶段模型计算控制策略并实施，该级的控制周期为分钟级；

第四步，控制策略的求取分为两层，第一层离散设备优化，求取完毕控制策略并下发，待下一第三级控制周期到来，进入第五步；

第二层分为多个阶段，每一阶段均只制定连续设备控制策略并下发，每一阶段的控制完成之后，到下一第二级控制周期到来，重新计算连续设备的控制策略并下发；

第五步，待三级控制的下一周期到来，重新进入第二步。

2.如权利要求1所述的多无功源分层协调的风电场电压控制方法，其特征是，所述第一步中，所述数据信息包括各节点的电气量，如有功P、无功Q、电压U、相角δ，各风电场的风速，这些基本数据用于各级的优化计算中。

3.如权利要求1所述的多无功源分层协调的风电场电压控制方法，其特征是，所述第二步中，第三级控制根据第一步的系统运行信息，确定中枢点母线电压的参考值，并下发，其中第三级控制追求的是电网的经济性，该级的控制的目标函数是系统的网损最小：

f1=minPloss=Σi=1mUiΣj=1nUj(Gijcosδij+Bijsinδij)---(1)]]>

式中：P_loss为区域有功网损；U_i和U_j分别为节点i和节点j的电压幅值；δ_ij＝δ_i-δ_j为节点i和j的相角差；G_ij+B_ij为线路ij的导纳参数，G_ij为电导，B_ij为电纳；求解该目标函数，得到主导节点的目标电压值，在风电场群构成的区域，风电场汇集站的并网点被选为主导节点。

4.如权利要求1所述的多无功源分层协调的风电场电压控制方法，其特征是，所述第三步中，根据从第二步获取的中枢母线参考电压值，进行二级控制；根据风电功率预测功能规范，超短期风电功率预测指预测风电场未来0-4h的有功功率，时间分辨率不小于15min。

5.如权利要求1所述的多无功源分层协调的风电场电压控制方法，其特征是，所述第四步中，第一层计及超短期风电功率预测，计算离散设备的优化策略，策略制定的滚动周期为1小时，目标函数如下：

f11=minΣi=1mΣj=116|Uijt-Uijref|---(2)]]>

式中，为中枢母线i在j时段的电压值，为中枢母线i在j时段的电压目标值，f₁₁为16时段中枢点电压累积偏差，超短期风电功率预测的时间尺度是4小时，取15分钟一个点，则四个小时共计16个点，j代表时间点，m代表主导节点的个数；

为限制离散设备的动作引入动作设备数量最少的目标函数，见式(3)，作为软限制进一步控制动作次数，两者构成多目标函数

f12=minΣi=1lNi---(3)]]>

式中，l代表离散设备的数量，当离散无功设备发生动作，N_i置1，该目标函数表示动作离散设备的数量，增加该目标函数，进一步减少离散设备的动作次数；

第二层中包括多个阶段，每个阶段只为满足当前的控制目标，不考虑前瞻；目标函数包括电压偏差最小和静态稳定欲度最大；

f21=minΣi=1m|Uit-Uiref|---(4)]]>

式中：和分别代表中枢母线i的电压实际值和电压目标值，m代表主导节点的数量；

f₂₂＝maxλ                   (5)

二级电压控制计算过程中的约束条件如下：

(1)潮流方程约束：

Pi=UiΣj=1nUj(Gijcosδij+Bijsinδij)]]>

(6)

Qi=UiΣj=1nUj(Gijsinδij-Bijcosδij)]]>

在潮流计算过程中，鼠笼型风电场和双馈型风电场的节点都被处理为PQ节点；鼠笼型风电场的无功出力由风电机组机端电压和有功出力决定，计算公式见式(7)和(8)

Qe=r22+xk(xk+xms2)r2xmsPe---(7)]]>

s=-U2r2-U4r22-4Pe2xk2r222Pexk2---(8)]]>

双馈型风电场的无功出力超过无功极限时，按照式(9)修正，

Qg=QgmaxQg>QgmaxQgminQg<Qgmin---(9)]]>

式中：Q_gmi和Q_gmax分别为无功出力的下限和上限，P_g，Q_g分别为双馈机的有功、无功；为功率因数极限，定义为-0.95～0.95；

(2)电压安全约束

U_min≤U_i≤U_max(10)

(3)控制变量约束

tmin≤t≤tmaxQg,cmin≤Qg,c≤Qg,cmaxαmin≤α≤αmax---(11)]]>

式中：t代表有载调压器分接头档位；Q_g，c代表双馈风机和并联电容器组发出的无功功率；α代表SVC的触发角；

第一级的控制，是根据以上第二级优化计算后下发的多无功源控制策略的执行。