专利名称：一种风电场无功电压优化控制方法
技术领域：
本发明属于新能源发电技术领域，具体涉及一种提高风电场电压稳定性的风电场无功电压优化控制方法。
背景技术：
在电力系统控制中，无功功率和电压关系非常密切，系统中的无功功率必须保持平衡以确保系统电压在允许的范围内，为了降低远距离无功传输导致的有功损耗，电力系统无功电压要求分层分区、就地平衡。风电场正常运行方式下运行状态的变化会对电网的无功分布造成影响，表现为风电场出力较低时，线路轻载，充电功率过剩向电网注入无功；风电场出力较高时，线路充电功率小于风电场与网络元件消耗的无功功率，风电场从电网吸收无功。由于风电出力具有波动性，风电场吸收和发出无功功率的状态将经常发生改变，导致风电场和风电集中接入地区无功电压波动较大。风电场内风电机组较多，受地形条件影响，风电机组之间距离分布较广，当风电场并网点电压在国标允许的范围内波动时，部分风电机组机端电压已经超出风电机组正常运行电压范围，导致机组频繁保护脱网；且风电场需参与电网无功电压控制，维持电网调度机构预设的并网点电压水平。风电场内无功源设备包括风电机组、集中无功补偿设备以及变压器抽头等，无功设备众多且动作时间不尽相同，为了均衡协调场内各类无功源设备，达到并网点电压满足调度要求、电压稳定水平最高、无功裕度最大的目的，需研究一种风电场无功电压优化控制方法，增强电网的电压稳定性，以及提高风电的消纳能力。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种风电场无功电压优化控制方法，风电场无功电压优化控制方法协调了风电场内各类快速和慢速可调的无功设备，在保证并网点无功电压满足调度指令的同时，可使得风电场内无功裕度最大、电压稳定水平最高，且网损降低。为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案:提供一种风电场无功电压优化控制方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤:步骤1:风电场数据监控系统接收调度系统下达的风电场并网点电压指令，并采集各控制单元的实时运行信息；步骤2:比较并网点实时电压Vrcc和所述风电场并网点电压指令厂怎，确定风电场所需的无功容量是感性无功或容性无功，进而确定风电机组以及并联补偿各自的无功出力极限；步骤3:建立风电场无功电压优化控制模型；步骤4:对风电场无功电压优化控制模型进行优化求解，得到风电场内各控制单元的无功电压优化控制指令；
步骤5:无功电压控制系统将所述无功电压优化控制指令下发至风电场内的各控制单元，各控制单元根据自身的运行特性响应所述无功电压优化控制指令，执行控制后将并网点实时电压Vrcc反馈给调度系统。所述步骤I中，实时运行信息包括风电场拓扑信息、风电机组开停状态、风电机组实际无功功率Qg、风电机组机端电压Vg、变压器抽头档位Ttap和并联补偿的实际无功功率Qc。所述步骤2包括以下步骤:步骤2-1:并网点实时电压Vpcc低于所述风电场并网点电压指令，且绝对差值超过控制死区时，即F之、-Vpcc > V=，风电场提供容性无功，风电机组的无功出力调节范围为零至风电机组当前可提供的最大容性无功V gmax，即[Qgmin，QgmaJ = [O1Qi _χ]，其中Q—和Qgmin分别为风电机组的无功出力上下限；并联补偿的无功出力调节范围为零至并联补偿当前可调最大容性无功Q'。_，即[Q—，QJ =
，其中Qcmax和Qcmin分别为并联补偿的无功出力上下限；步骤2-2:并网点实时电压Vrce高于所述风电场并网点电压指令F&，绝对差值超过控制死区时，即>0；^，风电场需提供感性无功，风电机组的无功出力调节范围为风电机组当前可提供的最大感性无功V gmin至零，即[QgmiwQgmaJ = KT gmin, O]；并联补偿的无功出力调节范围为并联补偿当前可提供的最大感性无功Q,至零，即[Q cmin， ] °所述步骤3包括以下步骤:步骤3-1:根据风电场内风电机组机端电压稳定指标I I AVl I2和无功设备无功裕度指标I I AQl I2建立风电场无功电压优化控制模型的目标函数；步骤3-2:根据无功优化控制的约束条件建立风电场无功电压优化控制模型的约束函数；所述约束条件包括风电场并网点电压约束、节点有功功率和无功功率平衡约束以及变量上下限约束；所述变量上下限约束包括节点电压幅值上下限约束、可调变压器抽头档位约束、并联无功补偿容量约束和风电机组无功出力约束。所述步骤3-1包括以下步骤:步骤3-1-1:确定风电场内风电机组机端电压稳定指标||Λν||2;风电场内风电机组机端电压稳定指标I I AVl 12为所有风电机组机端电压Vgi和其参考电压U差值的平方和，即
权利要求
1.一种风电场无功电压优化控制方法，其特征在于:所述方法包括以下步骤: 步骤1:风电场数据监控系统接收调度系统下达的风电场并网点电压指令1^&，并采集各控制单元的实时运行信息； 步骤2:比较并网点实时电压Vrcc和所述风电场并网点电压指令，确定风电场所需的无功容量是感性无功或容性无功，进而确定风电机组以及并联补偿各自的无功出力极限； 步骤3:建立风电场无功电压优化控制模型； 步骤4:对风电场无功电压优化控制模型进行优化求解，得到风电场内各控制单元的无功电压优化控制指令； 步骤5:无功电压控制系统将所述无功电压优化控制指令下发至风电场内的各控制单元，各控制单元根据自身的运行特性响应所述无功电压优化控制指令，执行控制后将并网点实时电压Vrce反馈给调度系统。
2 .根据权利要求1所述的风电场无功电压优化控制方法，其特征在于:所述步骤I中，实时运行信息包括风电场拓扑信息、风电机组开停状态、风电机组实际无功功率Qg、风电机组机端电压Vg、变压器抽头档位Ttap和并联补偿的实际无功功率Q。。
3.根据权利要求1所述的风电场无功电压优化控制方法，其特征在于:所述步骤2包括以下步骤: 步骤2-1:并网点实时电压Vrcc低于所述风电场并网点电压指令，且绝对差值超过控制死区时，即，风电场提供容性无功，风电机组的无功出力调节范围为零至风电机组当前可提供的最大容性无功Q' gmax，即[Q_，Q,J =
，其中Qgmax和Qgmin分别为风电机组的无功出力上下限；并联补偿的无功出力调节范围为零至并联补偿当前可调最大容性无功Q'。_，即[Qcfflin, QcmaJ = [O，Q'。_]，其中Qcmax和Qcmin分别为并联补偿的无功出力上下限； 步骤2-2:并网点实时电压Vrcc高于所述风电场并网点电压指令，绝对差值超过控制死区时，即风电场需提供感性无功，风电机组的无功出力调节范围为风电机组当前可提供的最大感性无功Q' _至零，即[Qgmin, QgmaJ = [Q' _，0];并联补偿的无功出力调节范围为并联补偿当前可提供的最大感性无功Q,至零，即[9。_，9。_]=[Q cmin) O]。
4.根据权利要求1所述的风电场无功电压优化控制方法，其特征在于:所述步骤3包括以下步骤: 步骤3-1:根据风电场内风电机组机端电压稳定指标I I AVl I2和无功设备无功裕度指标I I AQl I2建立风电场无功电压优化控制模型的目标函数； 步骤3-2:根据无功优化控制的约束条件建立风电场无功电压优化控制模型的约束函数；所述约束条件包括风电场并网点电压约束、节点有功功率和无功功率平衡约束以及变量上下限约束；所述变量上下限约束包括节点电压幅值上下限约束、可调变压器抽头档位约束、并联无功补偿容量约束和风电机组无功出力约束。
5.根据权利要求4所述的风电场无功电压优化控制方法，其特征在于:所述步骤3-1包括以下步骤:步骤3-1-1:确定风电场内风电机组机端电压稳定指标IlAVlI2; 风电场内风电机组机端电压稳定指标11 AVl 12为所有风电机组机端电压Vgi和其参考电压G差值的平方和，即
6.根据权利要求4所述的风电场无功电压优化控制方法，其特征在于:所述步骤3-2包括以下步骤: 步骤3-2-1:假设并网点电压允许控制误差，则风电场并网点电压合格的约束函数为:
7.根据权利要求1所述的风电场无功电压优化控制方法，其特征在于:所述步骤4中，无功电压优化控制指令包括风电机组机端电压指令、风电机组实际无功功率输出指令Q':f、并联补偿的实际无功功率输出指令和变压器抽头档位指令。
全文摘要
本发明提供一种风电场无功电压优化控制方法，通过有效利用风电场内的多种无功设备及调压措施，保证风电场安全运行的前提下，快速响应调度机构下达的风电场电压指令。以风电场内无功设备无功裕度最大、风电机组机端电压稳定水平最高为综合目标，以风电场并网点电压约束、节点有功功率和无功功率平衡约束以及变量上下限约束等为约束条件，建立风电场无功电压优化控制模型，并使用优化算法进行求解，将优化得到的风电场电压无功优化控制指令下发给风电场内各类无功设备执行。本发明协调了风电场内各类快速和慢速可调的无功设备，在保证并网点无功电压满足调度指令的同时，使得风电场内无功裕度最大、电压稳定水平最高，且网损降低。
文档编号H02J3/38GK103199542SQ20131005934
公开日2013年7月10日 申请日期2013年2月26日 优先权日2013年2月26日
发明者刘纯, 黄越辉, 王伟胜, 许晓艳, 杨硕, 李鹏, 马烁, 刘德伟, 礼晓飞, 付敏, 梁昌波, 高云峰, 唐林, 孙春飞, 郑立永, 何飞跃 申请人:中国电力科学研究院, 中电普瑞张北风电研究检测有限公司, 国家电网公司