[发明专利]一种基于聚类分析的风电场无功分区及控制方法

说明书

本发明公开了属于风电场并网的无功电压控制技术领域的一种基于聚类分析的风电场无功分区及控制方法，包括：分析风电场内双馈机组的无功能力及其影响因素，结合风电场AVC系统储存的历史运行数据，对风电机组进行聚类分析，计算分区和风电场整场的无功调控能力；通过电网调度指令与并网点电压信息确定无功需求后，由各级无功调控能力给出对应的控制策略，本发明不再将风电场等效为一台或几台机组进行控制，考虑了风电场内部节点的电压波动情况；充分利用双馈风机的无功能力，降低了机端电压的波动，提高机组的电压稳定性，提高风电机组运行的安全性。本发明易于实现，可操作性强。

技术领域

本发明属于风电场并网的无功电压控制技术领域，特别涉及一种基于聚类分析的风电场无功分区及控制方法。

背景技术

近年来，随着能源环境问题的凸显，新能源发电的推广迫在眉睫。作为新能源发电的主要组成之一的风电入网比例不断提高，风电并网对电压的影响已经不容忽视。大型风电场因安装所在地地形、地势原因而导致空间跨度广、风速差异大且场内集电线路较长，若不进行无功补偿，在某些外部扰动下，可能会存在部分机组端电压越限的现象，从而影响系统安全运行。作为当前风电场的主流机型，双馈风力发电机(double-fedinductiongenerator，DFIG)自身就具有一定的无功补偿能力，相对于其他无功补偿设备，如SVC、SVG等，使用DFIG的无功能力进行调控成本更低，应充分利用DFIG的无功调控能力。

现有的风电场并网无功电压控制研究已取得诸多有效成果，但过往多数研究大多都将风电场等效为一台或几台机组进行并网无功电压控制研究，将并网点电压控制在合理的范围内，但不能表明风电场内部各节点的电压情况，机组端电压仍存在越限的可能；也有很多研究考虑包含所有风机在内的所有无功设备的协调控制，以节点偏差最小、网损最小及动态无功储备最大为优化目标进行求解，但大型风电场往往有成百上千台风机，若考虑每台机组，会出现维数灾的问题，不利于实时控制。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于聚类分析的风电场无功分区及控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：获取电网数据和风电场运行数据；

步骤2：对整个电网进行潮流计算，得到风电场内各节点的无功电压特性，并对双馈风机的无功调控能力进行分析，确定其影响因子，结合步骤1中相关数据，采用聚类算法对风电场内所有机组进行划分；

步骤3：结合步骤1中风电场运行数据，获取每个区域内机组的无功电压控制能力，并以区域内无功调控能力最小的机组作为该区域所有机组的无功出力代表，计算各区域及风电场的无功调控能力；

步骤4：结合步骤1中电网数据及并网点电压信息，计算出当前时刻无功需求，根据各级无功调控能力给出对应的控制策略；

所述步骤1中，电网数据包括电网电压及电网调度指令；风电场运行数据包括风电场拓扑、线路参数、变压器参数、动态无功补偿装置容量、机组输出功率以及机组历史有功出力数据。

所述步骤2中，确定机组无功调控能力影响因子后，获取相关历史数据，并进行归一化处理，采用聚类算法进行区域划分；

所述步骤2中，采用聚类算法对风电场内所有机组进行划分包括以下步骤：

步骤21，对双馈机组进行分析可知，有功出力和定子电压是机组无功调控能力的影响因子，认为定子电压不变，则将机组有功出力作为聚类分析的源数据进行划分；

步骤22，对历史有功出力数据进行归一化处理；

步骤23，采用KuyamaSugeno判断准则(V_FS)确定分类数；

其中，表示第j个数据点到第i类中心的隶属度，V_FS的最小值点对应最佳聚类数；