[发明专利]一种考虑风电场无功调节能力的协调二级电压控制方法

摘要

本发明涉及一种考虑风电场无功调节能力的协调二级电压控制方法，属于电力系统自动电压控制技术领域。该方法包括：首先采集控制区域内的电网运行状态数据；判断区域内发电机与各风电场节点的电压水平是否合格，若存在电压水平不合格，调节电压不合格风电场节点下的无功补偿设备，并考虑风电场无功调节能力进行协调优化计算；根据计算无功功率分配值判断包括风电场在内的各发电机无功分配均衡度，若无功分配不符合协调优化的计算结果，则按优化计算结果作为调整指令，当风电场侧收到电压水平调整指令后，进入风电场内部控制系统进行调节，并将无功调节量由场内控制系统下发控制指令并上传。本方法可提高风电场运行的稳定性与经济性。

主权项

1.一种考虑风电场调节能力的协调二级电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1）在一个控制周期开始时，首先采集控制区域内的电网运行状态数据；2）在数据采集完成后，进行数据处理，首先判断中枢节点的电压水平，若电压水平不合格，则二级电压控制系统按电压偏移方向调节控制区域内发电机，并返回步骤1）；若合格转步骤3)；3）判断区域内发电机与各风电场节点的电压水平是否合格，若存在电压水平不合格的风电场节点，则将不合格的风电场节点及其电压水平反馈至协调二级电压控制中心，同时调节电压不合格风电场节点下的无功补偿设备；4）利用协调二级电压控制系统并考虑风电场无功调节能力进行协调优化计算；具体计算方法为：(a)首先定义无功裕度向量Θ_g，以实现增大发电机无功裕度，并使之出力更加均衡：当接入传统机组或无功调节设备时，无功裕度向量Θ_g第i个分量为ΘgiG=QgiG+ΔQgiG-QgiG.minGgiG.max-QgiG.min---(6)]]>当第i个分量为风电场节点接入时，其无功裕度被定义为：ΘgiW=CTQgiT+ΔQgiT-QgiT.minQgiT.max-QgiT.min+CSQgiS+ΔQgiSQgiS.n---(7)]]>其中，与为机组、补偿装置当前无功出力；与机组与补偿装置优化的无功调节量，其与的间关系表示为与为机组可调无功上下限；为风电场补偿设备容量；C^T与C^S为风电场内机组与补偿装置的无功调节分配系数；由此得无功裕度相量为Θg=ΘgGΘgW---(8)]]>(b)将||Θ_g||²引入到二次规划目标函数中，以保证一方面增加控制发电机的无功裕度，另一方面促使各台控制发电机向无功出力更加均衡的方向发展；构造二次规划形式的目标函数如下：minΔQg{Wp||a·(Vp-Vpref)+CgΔQg||2+Wq||Θg||2}---(9)]]>其中，ΔQ_g作为优化变量，表示控制发电机或风电场的无功出力的调节量；和分别表示控制发电机当前无功、无功下限和无功上限；V_p和表示中枢母线当前电压和设定电压；W_p和W_q为权重系数，α为增益系数；式（9）需要满足的安全约束条件包括：|CvgΔQg|≤ΔVHmax---(10)]]>VHmin≤VH+CvgΔQg≤VHmax---(11)]]>Vpmin≤Vp+CgΔQg≤Vpmax---(12)]]>QgG.min≤QgG+ΔQgG≤GgG.max---(13)]]>QgT.min≤QgT+ΔQgT≤GgT.max---(14)]]>GgS+ΔQgS∈QgS.n---(15)]]>和分别表示中枢母线当前电压、中枢母线电压下限和中枢母线电压上限；和分别表示控制发电机当前无功、无功下限和无功上限；和分别表示控制风电机组当前无功、无功下限和无功上限；和分别表示发电机高压侧母线的当前电压、电压下限、电压上限和允许的单步最大调整量；C_vg为发电机无功出力对发电机高压侧母线电压的准稳态灵敏度矩阵，C_g为发电机无功出力对中枢母线电压的准稳态灵敏度矩阵；根据式（9）至式（15）所述目标函数与约束条件，计算求得包括风电场在内的各发电机所需要的无功功率分配值作为优化计算结果，并转步骤5）；5）根据步骤4）计算所得优化计算结果判断包括风电场在内的各发电机无功分配均衡度，若当前运行状态下的无功分配处于合理范围内，则下一控制周期维持当前控制策略不变；若无功分配不符合协调优化所得的优化计算结果，则按所得优化计算结果作为发电机和风电节点的电压水平调整指令，下发到各发电机和风电场，转步骤6）；6）当风电场侧收到电压水平调整指令后，进入风电场内部控制系统，首先根据所得到的电压水平调整指令计算风电场节点的无功调节需求量，继而根据所得无功调节量计算分配机组及场内无功调节装置各自的无功调节量，并将所得无功调节量计算结果由场内控制系统下发控制指令，最后根据调节后的机组及无功补偿设备运行状态计算新的无功调节范围，并上传最新的电压水平、无功出力及无功可用的调节范围；除风电场外的其它发电机桉发电机自身已有的控制方式进行电压水平调整指令的跟踪调节；无功调节范围的计算方式如下式所示：Qs.jmin=-|Us|2Xss|U·s|2xm2Xss2-Ps2Qs.jmax=-|Us|2Xss+|U·s|2xm2Xss2-Ps2---(15)]]>GgiT.max=Σj=1nQs.jmaxGgiT.min=Σj=1nQs.jmin---(16)]]>其中：为风电场内第j台机组的无功出力上下限；为机端电压矢量值；x_m为励磁电抗；X_ss为定子回路等效电抗；P_s为当前有功出力；为风电场内机组能输出的无功极限值；将上述所得风电机组部分的与场内补偿设备的剩余无功调节容量合并，即可得到风电场总的无功调节范围；7）各发电机及风电场反馈其当前的无功调节范围至二级电压控制系统，结束本轮控制，控制系统在下一控制周期到时时，返回步骤1）。