基于PMU数据的风电场电压控制性能测评方法与流程

本发明涉及电网技术领域，具体涉及一种基于PMU数据的风电场电压控制性能测评方法。

背景技术：

风电场的大规模建设，给电网规划和运行带来了挑战。为了应对大规模风电的接入，确保风电接入后的电力系统运行的可靠性、安全性与稳定性，国家电网公司对风电场接入电力系统的技术要求和风电场运行调节能力制定了相关的技术标准。

国家相关风电场技术标准规范中明确要求风电场应配置无功电压控制系统，具备无功功率调节及电压控制能力。根据电力系统调度机构指令，风电场自动调节其发出(或吸收)的无功功率，实现对风电场并网点电压的控制，其调节速度和控制精度应能满足电力系统电压调节的要求。

目前，在实际运行中对于风电场对调度机构下发的电压控制调节指令的响应性能主要可以通过EMS系统的RTU数据进行跟踪与计算评估，由于RTU数据采样率低以及无准确时标的情况，使得采用RTU数据计算的电压调节控制评估结果达不到进行精确性能评估的要求，同时现有风电场电压控制性能评估尚缺乏有效的测评方法。而WAMS系统中的PMU数据由于具有高采样精度(毫秒级)和严格准确的时间标识特点，为更为准确地计算和评估风电场电压控制响应性能提供新的数据和技术手段，可以弥补当前常规技术方法的不足。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出一种基于PMU数据的风电场电压控制性能测评方法，能够更为准确和简单有效的实现风电场电压控制调节性能的在线分析和评价。

实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于PMU数据的风电场电压控制性能测评方法，包括以下步骤：

步骤一、实时监测AVC系统下发的风电场电压调节控制目标指令，并记录调节控制目标指令的下发时刻和电压调节控制目标值；

步骤二、根据记录的AVC系统下发指令时刻及电压调节控制目标值，利用该电压控制调节时段内PMU在线采集的风电场母线电压动态数据计算风电场电压调节控制的各性能指标，实现对风电场电压控制要求响应情况的准确评估。

优选地，所述各个性能指标具体包括：电压调节速率、电压调节精度、电压调节响应时间。

优选地，所述电压调节速率为：

$S_v=\frac{V_e-V_s}{T_e-T_s}---\left(1\right)$

其中，V_e为风电场响应电压进入控制稳定死区时刻的电压值，V_s为电压控制时段起点实际风电场响应电压值，T_e为风电场响应电压进入控制稳定死区时刻，T_s为电压控制时段起点时刻。

优选地，所述电压调节精度为：

$\mathrm{\Δ}V=\frac{{\∫}_{T_i}^{T_j}|V\left(t\right)-V|\×dt}{T_j-T_i}---\left(2\right)$

其中，V(t)为进入控制稳定死区后的实际风电场响应电压值，V为电压控制设定电压目标值，T_i为本次电压控制响应进入稳定死区时刻，T_j为下一轮电压控制目标指令起点时刻。

优选地，所述电压调节响应时间为：

T_r＝T_s-T_k (3)

其中，T_s为风电场在接收到电压调节指令后其响应电压向着调节方向变化并且超出前一个电压控制稳定死区的时刻，T_k为AVC系统电压控制指令下发时刻。

优选地，所述风电场母线电压动态数据为毫秒级。

本发明的有益效果：

本发明的基于PMU数据的风电场电压控制性能测评方法，利用在线采集的风电场毫秒级母线电压PMU动态数据监测分析与评估风电场接收AVC系统下发的电压控制目标指令的响应情况，以弥补目前在风电场电压控制调节性能分析与评估方面技术手段的不足，是一种更为准确和简单有效的风电场电压控制调节性能的测评方法，且本发明的基于PMU数据的风电场电压控制性能测评方法是在线运行、准确有效、无特殊要求限制，可用于为风电场电压控制调节性能评价提供准确的参考。

附图说明

图1为本发明一种实施例的流程示意图。

图2为本发明一种实施例的典型风电场电压控制调节响应曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，一种基于PMU数据的风电场电压控制性能测评方法，包括以下步骤：

步骤一、实时监测AVC系统下发的风电场电压调节控制目标指令，并记录调节控制目标指令的下发时刻、电压调节控制目标值；

步骤二、根据记录的AVC系统下发指令时刻及电压调节控制目标值，利用该电压控制调节时段内PMU在线采集的风电场母线电压动态数据计算风电场电压调节控制的各个性能指标，实现对风电场电压控制要求响应情况的准确评估。

所述各个性能指标具体包括：电压调节速率、电压调节精度、电压调节响应时间。

所述电压调节速率是指风电场响应设定电压控制指令的速率，具体为：

$S_v=\frac{V_e-V_s}{T_e-T_s}---\left(1\right)$

其中，V_e为风电场响应电压进入控制稳定死区时刻的电压值，V_s为电压控制时段起点实际风电场响应电压值，T_e为风电场响应电压进入控制稳定死区时刻(即风电场响应电压最后一次进入本次下发电压控制指令的控制稳定死区时刻)，T_s为本次电压控制时段起点时刻。

所述电压调节精度是指风电场电压响应稳定后(即进入控制稳定死区)，按实际电压和设定电压目标值之差的绝对值进行积分再除以积分时间所得的计算结果，具体为：

$\mathrm{\Δ}V=\frac{{\∫}_{T_i}^{T_j}|V\left(t\right)-V|\×dt}{T_j-T_i}---\left(2\right)$

其中，V(t)为进入控制稳定死区后的实际风电场响应电压值，V为电压控制设定电压目标值，T_i为本次电压控制响应进入稳定死区时刻，T_j为下一轮电压控制目标指令起点时刻。

所述电压调节响应时间是指AVC系统发出电压控制调节指令后，风电场母线电压向着调节方向变化并且超出前一个控制稳定死区所用的时间，具体为：

T_r＝T_s-T_k (3)

其中，T_s为风电场在接收到电压调节指令后其响应电压向着调节方向变化并且超出前一个电压控制稳定死区的时刻，T_k为AVC系统电压控制指令下发时刻。

在本发明的优选实施例中，所述风电场母线电压动态数据为毫秒级。

实施例一

如图2所示，其中，连续曲线为风电场母线电压在电压控制过程中的实际变化情况，阶跃细实线为整个过程中AVC系统下发的电压控制目标指令(一共有3段，分别表示前一轮控制的电压控制目标指令、当前控制的电压控制目标指令和下一轮控制的电压控制目标指令)，粗虚线标识了达到目标控制电压的稳定死区范围(一共有3段，分别表示前一轮控制的稳定死区范围、当前控制的稳定死区范围和下一轮控制的稳定死区范围)。

本实例包括了一个风电场接收AVC系统电压控制指令实现电压上升控制和电压下降控制的过程，采用本发明的方法在线实时检测与分析风电场电压控制调节性能的步骤如下：

1)实时跟踪AVC系统下发风电场的电压控制指令，检测到在T₁时刻AVC系统下发了新的目标电压控制指令(T₁时刻之前是前一轮电压控制)，记录AVC系统电压控制指令信息，包括：下发的目标电压值V₃以及指令下发时刻T₁。

2)从T₁时刻开始，利用PMU实时采集的该风电场母线电压动态数据(毫秒级)检测风电场母线电压在电压控制时段起点运行水平V₂的基础上向着调节方向变化，并且超出前一个电压控制稳定死区的时刻T₂，计算电压调节响应时间T_r：

T_r＝T₂-T₁ (1)

前一个电压控制稳定死区指的是：AVC系统上一轮的下发电压控制指令的电压控制稳定死区。

3)从T₁时刻开始，实时监视风电场母线电压实际值最后一次进入本次下发电压控制指令的控制稳定死区范围的时刻T₃及此刻对应的母线电压值V_e(即在此时刻后，风电场母线电压实际值均处于控制稳定死区范围以内)，并利用公式(2)计算电压调节速率S_v：

$S_v=\frac{V_e-V_2}{T_3-T_1}---\left(2\right)$

其中，V₂为电压控制时段起点实际风电场响应电压值。

4)从T₃时刻开始，实时监视AVC系统下发新一轮的风电场母线电压控制指令时刻T₄，并利用公式(3)计算从T₃时刻到T₄时刻的电压调节精度ΔV：

$\mathrm{\Δ}V=\frac{{\∫}_{T_3}^{T_4}|V\left(t\right)-V_3|\×dt}{T_4-T_3}---\left(3\right)$

其中，V(t)为风电场电压响应在T₃时刻到T₄时刻内的实际电压值，V₃为本次电压控制的设定电压目标值，T₃为本次电压控制响应进入稳定死区时刻，T₄为下一轮电压控制目标指令起点时刻。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。