所属技术领域本发明涉一种微电网系统的无功自动补偿方法。
背景技术：
能源和环境危机已经成为影响人类持续发展的重要问题，清洁、可再生能源的利用是解决这一问题的根本途径。随着风力发电、光伏发电、波浪发电等可再生能源发电技术的成熟，越来越多的可再生能源微电网以分布式形式接入电网，满足人们日常生产、生活用电的需求。尤其是风电，我国多个百万千瓦级风电基地已建设完成并接入电网运行，规划的八个千万千瓦级风电基地也正逐步开展建设，我国风电的开发模式不同于国外，是“以大规模集中接入、高压远距离输送、大范围消纳”为主，“以大规模分散接入，就地消纳”为辅的模式。风电组成的微电网，其出力具有间歇性以及强随机性，风电出力的变化将影响到输电通道的无功分布，进而改变通道的母线电压，整体表现是随着风电出力变化，交流外送通道的母线电压随之波动，同时，由于风电大多接入偏远地区，外送通道的网架相对比较薄弱，短路容量较小，因此，电压波动将被“放大”，波动幅度较大，甚至发生母线电压越限等运行风险，大规模风电接入后电压难控问题将凸显。在风电机组运行过程中，风机的运行方式有恒功率因数、恒电压控制和恒无功控制三种运行方法。目前微电网安装的风电机组为变速恒频风电机组，其中双馈风电机组有恒功率因数与恒电压控制两种运行方式，其本质在于对微电网的无功调度与电压控制策略的不同，由于国内大部分风场都采用该种机型的风电机组，因此对该类型机组的无功自动补偿的研究具有重大意义。
技术实现要素：
本发明提供一种微电网系统的无功自动补偿方法，该方法可预测微电网中的风电机组的发电功率和微电网中的负载变化，在风电机组恒定有功功率控制模式下结合微电网内有功损耗影响的多目标优化的无功功率分配方法，提高微电网经济运行，保障微电网在并网时按照大电网的需求参与大电网电压调节，保障并网运行时的电压稳定。为了实现上述目的，本发明提供一种微电网系统的无功自动补偿方法，该方法将微电网有功及无功输出需求、当前微电网内负载功率需求、风电机组可输出有功和无功、SVG设备可输出无功作为约束条件，实现微电网的无功优化运行，抑制电压波动；具体包括如下步骤：S1.通过风电机组监控模块，获取微电网中各风电机组运行状态、有功功率值、微电网其他单元实时数据，此过程中微电网数据采集频率范围为10s～10min，提取数据并进行筛选，剔除停机或存在故障风机数据；基于实时数据，建立微电网无功电压优化控制模型；并网监控模块根据调度系统下达的微电网并网点电压指令，若上级系统没有下达指令，则由中控模块给定指令；以无功功率的时间尺度变化选择两种控制模式；S2.若无功变化尺度以分钟/小时级时间尺度变化，将机组控制方式转换为恒定有功功率控制，以微电网经济运行为控制目标，建立目标函数，所获取数据代入模型中，进行机组无功分配；S3.求解目标函数，得到风机无功调节值；根据并网点实时电压，设计管理流程，将可调范围内的电压分为五个等级，每个等级对应不同的无功调节量，根据各风电机组不同的运行状态，将所获得的无功功率值分配到对应的风电机组；S4.若无功变化尺度以毫秒/秒级时间尺度变化，将机组运行模式切换为恒定电压控制方式；以抑制电压波动为目标，建立目标函数，将所获取数据代入模型中，进行机组无功分配；S5.微电网内各单元接到无功优化控制指令，根据自身相应情况完成指令，执行指令后，将响应值与并网点电压反馈给调度系统。优选的，S1中通过监控装置，获取微电网实时数据和PCC点电压控制指令，设置PCC点电压波动阀值；ΔU＝|UWFcmd-UWFout|≤ξ式中，UWFcmd为微电网并网点期望电压值；UWFout为微电网并网点实时电压值；ξ为微电网电压阈值；ΔU为并网点电压偏差值。优选的，S2中，建立以微电网经济优化分配为目标的无功优化函数：min(F)＝w1Ploss+w2QC+λ1ΔUi+λ2ΔQ式中，Ploss为微电网有功损耗；QC为SVG设备投入容量；ΔUi为各节点电压越限值；ΔQi为风机发出无功功率越限值；w1和w2为有功网损和无功补偿容量的权重因子，并且w1+w2＝1；λ为罚因子，在计算最优函数，起到约束问题。优选的，S2中进行分析计算，首先进行计算微电网潮流计算；根据微电网无功功率随时间尺度变化，确定风机控制模式，在秒/小时级时，将风机控制方式转换为恒功率控制，计算风机在以减小网损为目标下的无功可调裕度，保证目标函数的约束条件；建立微电网经济运行为目标的无功控制数学模型，S1所得数据，代入模型中；风力发电机的损耗主要为风机的铜耗，其表达式为：Pcu=Rs(Isq2+Isd2)+Rr(Ird2+Irq2)]]>式中，Rs为发电机定子电阻，Rr为发电机转子电阻，Is为定子电流，Ir为转子电流；变压器的有功损耗主要表达为：PLT＝PO+β2Pk式中，P0为变压器空载损耗，Pk为变压器负载损耗；变压器中的无功损耗主要分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗损耗；其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流IO的百分值，约为1％～2％；绕组漏抗中损耗的百分值，在变压器满载时，基本上等于短路电压Uk的百分值，约为10％；输电微电网内负载由∏形等值电路表示，微电网内负载串联的有功损耗与无功损耗与所通过的电流平方成正比，即：ΔPL=P12+Q12U12R]]>ΔQL=P12+Q12U12X]]>U2为微电网内PCC连接点电压，经过一段传输微电网内负载后与大电网前级电压U1相连；电压U2与接入点注入的有功功率和无功功率有关；当风速出现波动时，会影响系统PCC点母线电压的稳定，由于母线电压的波动，会增加微电网的网损，造成经济损失，当波动超过10％，会对微电网的输出功率产生影响，所以需要对PCC点的无功功率进行调控，从而维持U2的恒定；稳态情况下，微电网并网运行，此时微电网为接入大电网提供电能，采用单位功率因数控制，整个微电网不与电网交换无功功率；系统电压调整取决于发电机、变压器和电网参数等，通过确定无功需求，调节其定子电压，与转子电流；以风电减小有功损耗为目的，建立目标函数：Ploss＝P1+P2+P3P1=Σi=1nPcui]]>P2={Σi=1n(Pmi2+Qmi2)(RTi+RLi)Ui2