一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法
【技术领域】
[0001 ] 本技术发明属于风电场自动电压控制技术领域，特别涉及一种双馈风场自动电压 控制系统的协调分区图控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国风电装机容量的不断增加，大规模风电场集中并网给电力系统的安全运 行与经济调度带来了一系列深远的影响，其中风电场引起的电压-无功问题是最早引起关 注、也是实际运行中最为常见的问题之一。其中，双馈风电场存在突出的电压-无功问题， 如功率因数合格率偏低、公共连接点（PCC)电压波动过大等。风电场自动电压控制（AVC)系 统是指风电场通过协调控制本地多种无功源，实时在线、平滑快速地实现电网对风电场PCC 电压、无功的调节需求，或者使其满足并网标准的闭环软硬件系统。
[0003] 风电场自动电压控制（AVC)系统在实现电网对风电场PCC电压、无功的调节需求 方面有重要作用。目前双馈风电场AVC系统大多考虑含有载调压变压器、集中补偿电容器 和双馈风力发电机等多种无功源设备的协调控制策略，但其精确数学模型在实际系统的控 制中存在许多难点，例如其模型中包含非线性的潮流约束，直接求解十分困难；若模型中并 网点U-Q可行域整定不合还可能导致相应优化子问题求解失败。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于为克服已有技术的不足之处，提供一种双馈风场自动电压控制 系统的协调分区图控制方法，该方法将近似线性化的方法运用于包含非线性约束的传统系 统中，新模型在实际系统的控制中更具有实用性。该模型有成熟的算法，其算法简单、计算 量小，可以大大缩小计算时间，保证控制速度与调节精度。
[0005] 本发明的一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法，其特征在于， 根据电力系统中风电场AVC的精确数学模型的性能特点，对电力系统进行基于近似线性化 的双馈风场AVC协调分区图控制，通过对潮流约束进行近似线性化得到各控制手段对PCC 状态变化的灵敏度关系，进而计算出双馈风场AVC的协调控制分区图并对各分区进行不同 的控制方式。
[0006] 上述的一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法，具体包括以下步 骤：
[0007] 1)对数据初始化：
[0008] 设风机无功、电容器投切与变压器分接头调节三者的待调节量分别为AQtm、 AQcap、AUpcJ口 AQpcc;
[0009] 当前系统中双馈风场共有η个节点，第i个节点注入有功为Pp无功为％、电压为 A、功角为Qi，其中i = l，2，...，n;当前PCC的电压为Up。。、无功为Qp。。;投入电容器容量为 Qcap;变压器分接头档位为t tap;风机群在当前风速下的有功出力为P tur、无功出力为Qtm; [0010] 2)确定约束条件
[0011] 该双馈风场系统应满足潮流约束，如式（I)、式（2)所示：
【主权项】
1. 一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法，其特征在于，根据电力系 统中风电场AVC的精确数学模型的性能特点，对电力系统进行基于近似线性化的双馈风 场AVC协调分区图控制，通过对潮流约束进行近似线性化得到各控制手段对PCC状态变化 的灵敏度关系，进而计算出双馈风场AVC的协调控制分区图并对各分区进行不同的控制方 式。
2. 如权利要求1所述的一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法，其特 征在于，包括以下步骤： 1) 对数据初始化： 设风机无功、电容器投切与变压器分接头调节三者的待调节量分别为AQtur、AQrap、Attap;公共连接点PCC的电压增量与无功增量分别为AUp。。和AQp。。； 当前系统中双馈风场共有n个节点，第i个节点注入有功为Pp无功为％、电压为％、功 角为^，其中i=l，2，...，n;当前PCC的电压为Up。。、无功为Qp。。;投入电容器容量为Qmp; 变压器分接头档位为ttap;风机群在当前风速下的有功出力为Ptur、无功出力为Qtm; 2) 确定约束条件 该双馈风场系统应满足潮流约束，如式（1)、式（2)所示：
式中：节点i和j之间的功角0ij= 0「9j，Gu为节点i和j之间的电导，Bu为节点i和j之间的导纳，Gn为节点i的自导纳，Bn为节点i的自导纳，式中的0 ^Gu、Bu、G"、 Bn均为已知量； PCC的U-Q可行域必需在阈值以内，如式（3)、式⑷所示： Umin^Upcc^Umax (3) Qmin^ Q pcc^ Q max (4) 式中：Umin和Umax分别为PCC电压值的下限和上限；Qmin和Qmax分别为PCC无功值的下限 和上限； 3) 将约束条件近似线性化： 利用灵敏度法将潮流约束在PCC处进行近似线性化，如式（5)、式（6)所示：
求解式（5)、式（6)，得到当系统内各节点电压接近1时，各节点调节手段对PCC状态变 化的灵敏度近似满足如式（7)所示的结果：
艮PPCC的AU和AQ总是成比例变化的； 4) 计算协调控制分区图： 根据步骤3)得出的各节点调节手段AQtm、AQMp、Attap对PCC状态变化的灵敏度，确 定PCC的U-Q可行域边界（U^UJ、（〇_与U与控制极限边界如式（8)、式（9)所示： Q=k* (U-Qfflin)+Ufflax (8) Q=k* (U-QfflJ+Ufflin (9) 式中：
根据式（8)、式（9)将整个U-Q平面分为5个双馈风场AVC的协调控制区域Z0-Z4，Z0-Z4的边界可分别由式（11)-式（15)表示：
Z3:Q^k. (U-Qfflin)+Ufflax (14) Z4:Q彡k. (U-Q-)+Umin (15) 5) 确定各区域控制方法并计算各区域对应的调节量AQtm、AQMp、Attap: 根据各区域的控制方法，采用步骤3)中式（5)、式（6)计算出风机无功、电容器投切与 变压器分接头调节的具体调节量AQtm、AQMp、Attap对各区域实施控制。
3.如权利要求2所述的一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法，其特 征在于，所述步骤5)各区域的控制方法如下： ① 区域Z0 :为正常运行区域，不需要附加额外控制； ② 区域Z1 :为欠补区域，按增加双馈风机无功、投入电容器、降低变压器分接头的优先 顺序调节，使PCC状态点调整到区域Z0的状态内； ③ 区域Z2:为过补区域，按减少双馈风机无功、切除电容器、抬高变压器分接头的优先 顺序调节，使PCC状态点调整到区域Z0的状态内； ④ 区域Z3 :为PCC状态位于控制极限边界以上，在风速与电网电压不变时，已有控制手 段将无法调整PCC状态到合格区域Z0 ;在优先满足电压限制的前提下，尽可能满足无功约 束，即将控制目标修正为U=U_;若当前U<U_，则控制方法与Z1相同；反之与Z2相同； ⑤ 区域Z4:为PCC状态位于控制极限边界以下，与区域Z3类似，控制手段无法同时满 足U-Q约束的要求，控制目标修正为U=Umin;若当前U<Umin，则控制策略与Z1相同；反之， 与Z2相同。
【专利摘要】本发明涉及一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法，属于风电场自动电压控制技术领域，本方法根据电力系统中风电场AVC的精确数学模型的性能特点，对电力系统进行基于近似线性化的双馈风场AVC协调分区图控制，通过对潮流约束进行近似线性化得到各控制手段对PCC状态变化的灵敏度关系，进而计算出双馈风场AVC的协调控制分区图并对各分区进行不同的控制方式。该方法采用成熟的算法，其算法简单、计算量小，可以大大缩小计算时间，保证控制速度与调节精度。
【IPC分类】H02J3-16, H02J3-46
【公开号】CN104779646
【申请号】CN201510198393
【发明人】胡伟, 闵勇, 徐飞, 陈磊
【申请人】清华大学
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2015年4月24日