一种快速抑制暂态电压的无功电压控制方法及系统与流程

1.本发明涉及电力控制领域，尤指一种快速抑制暂态电压的无功电压控制方法及系统。


背景技术：

2.随着化石能源的日渐枯竭，以及环境保护的压力增加，人们对清洁可持续能源的渴求日益强烈。风电以其技术成熟、资源丰富的优势，在清洁能源发展中处于优先位置。随着风电的跨越式发展，风电装机规模的爆发式增长与电网电压的安全稳定的矛盾日益凸显。
3.为应对大规模风电接入的电压安全问题，各风电场同时配置了无功电压控制系统(avc，auto voltage control)和动态无功补偿装置(svg)，用于改善和协调电压的稳定。为保障风电场并网点电压的稳定，风电场avc系统通过调节站内的无功补偿装置和风电机组的无功功率，实现并网点的电压稳定运行。风电场一般运行于电网末端，网架系统相对比较薄弱，电压波动幅度较大，电压的稳定性相对较差。加上风电场avc系统都是通过周期性的指令进行无功功率的调节控制，当系统电压在avc调节周期内出现波动时，avc系统无法及时进行调节，需要等到下一控制周期时再进行无功的调节和指令的下发。该种控制策略在稳态时可以实现并网点电压的稳定运行，但是当系统出现波动时无法进行电压的快速跟踪调节。
4.综上来看，亟需一种可以即能保证风电场在稳态时的快速调节控制，又可实现在系统电压出现暂态波动时进行快速跟踪调节的技术方案。


技术实现要素：

5.为克服现有技术存在的问题，本发明提出一种快速抑制暂态电压的无功电压控制方法及系统，该方法及系统在稳态控制时风电场avc将所需无功指令下发给风电机组，同时计算出无功补偿装置应该调节的电压指令(以主变低压侧电压为控制目标)下发至无功补偿装置，无功补偿装置根据电压指令快速实现无功功率的跟踪控制，然后通过风电机组的无功功率跟踪调节实现无功置换，当系统出现电压波动时，无功补偿装置在恒电压控制模式，可以快速抑制电压的波动，起到稳定电网电压的作用。该种方法即保证了风电场在稳态时的快速调节控制，又可实现在系统电压出现暂态波动时的快速跟踪调节。
6.在本发明实施例的第一方面，提出了一种快速抑制暂态电压的无功电压控制方法，该方法包括：
7.风电场avc根据接收到的目标电压指令，计算得到风电场要调节的无功功率，生成无功功率指令下发至风电机组，并根据风电场的主变压参数计算得到无功补偿装置主变低压侧的电压值，生成电压指令下发至无功补偿装置；
8.所述无功补偿装置根据电压指令进行无功调节，对并网点电压进行跟踪控制，并在出现暂态电压时进行调节抑制；
9.所述风电机组根据风电场avc下发的无功指令进行无功调节，在风电机组无功调节过程中进行无功补偿装置的无功置换，保持无功补偿装置具有一定的无功裕度。
10.进一步的，该方法还包括：
11.在风电场avc接收到目标电压指令值后，计算得到风电场的无功电压灵敏系数，其中，无功电压灵敏系数的计算式为：
[0012][0013]
其中，x1、x2为过程变量，u1为上一时刻并网点电压测量值，q1为上一时刻并网点无功功率测量值，u2为当前时刻并网点电压测量值，q2为当前时刻并网点无功功率测量值，z为无功电压灵敏系数。
[0014]
进一步的，所述风电场的无功电压灵敏系数是通过周期性的循环计算，选取四个小时内的数据平均值作为当前的无功电压灵敏度系数。
[0015]
进一步的，所述风电场avc根据接收到的目标电压指令，计算得到风电场要调节的无功功率，生成无功功率指令下发至风电机组，包括：
[0016]
风电场要调节的无功功率的计算式为：
[0017]
q
ref
＝(u
after
‑
u
befor
)
×
z；
[0018]
其中，u
after
为风电场avc接收到的目标电压指令值，u
beref
为当前风电场的电压数值，q
ref
为计算得到的风电场要调节的无功功率，将该无功功率下发至风电机组。
[0019]
进一步的，所述风电场avc根据风电场的主变压参数计算得到无功补偿装置主变低压侧的电压值，生成电压指令下发至无功补偿装置，包括：
[0020]
根据所述风电场的无功电压灵敏系数，计算得到无功补偿装置主变低压侧的电压指令值，生电压指令下发至无功补偿装置，用于电压目标指令的跟踪控制；其中，无功补偿装置主变低压侧的电压指令值的计算式为：
[0021]
u
ref
＝(u
after
×
(1
‑
1/z))/r；
[0022]
其中，u
after
为风电场avc接收到的目标电压指令值，z为无功电压灵敏系数，r为风电场主变压器高压侧与低压侧电压变比，u
ref
为无功补偿装置主变低压侧电压指令值。
[0023]
进一步的，该方法还包括：
[0024]
设置无功补偿装置电压控制模式的控制参数；其中，根据所述当前的无功电压灵敏度系数调整无功补偿装置的电压斜率系数，当灵敏度系数小于10时，将无功补偿装置的电压斜率系数设置为0.1％
‑
1％；当灵敏度系数大于10时，将无功补偿装置的电压斜率系数设置为1％
‑
10％。
[0025]
进一步的，所述风电场主变低压侧至少包括两套无功补偿装置；其中，一套无功补偿装置设置为主变低压侧恒电压控制模式，用于接收风电场avc下发的电压指令，其它无功补偿装置设置为无功控制模式，用于接收风电场avc下发的无功功率指令。
[0026]
在本发明实施例的第二方面，提出了一种快速抑制暂态电压的无功电压控制系统，该系统包括：风电场avc、无功补偿装置及风电机组；其中，
[0027]
所述风电场avc，用于根据接收到的目标电压指令，计算得到风电场要调节的无功功率，生成无功功率指令下发至风电机组，并根据风电场的主变压参数计算得到无功补偿
装置主变低压侧的电压值，生成电压指令下发至无功补偿装置；
[0028]
所述无功补偿装置，用于根据电压指令进行无功调节，对并网点电压进行跟踪控制，并在出现暂态电压时进行调节抑制；
[0029]
所述风电机组，用于根据风电场avc下发的无功指令进行无功调节，在风电机组无功调节过程中进行无功补偿装置的无功置换，保持无功补偿装置具有一定的无功裕度。
[0030]
在本发明实施例的第三方面，提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现快速抑制暂态电压的无功电压控制方法。
[0031]
在本发明实施例的第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现快速抑制暂态电压的无功电压控制方法。
[0032]
本发明提出的快速抑制暂态电压的无功电压控制方法及系统，由风电场avc根据接收到的目标电压指令，计算得到风电场要调节的无功功率，生成无功功率指令下发至风电机组，并根据风电场的主变压参数计算得到无功补偿装置主变低压侧的电压值，生成电压指令下发至无功补偿装置；所述无功补偿装置根据电压指令进行无功调节，对并网点电压进行跟踪控制，并在出现暂态电压时进行调节抑制；所述风电机组根据风电场avc下发的无功指令进行无功调节，在风电机组无功调节过程中进行无功补偿装置的无功置换，保持无功补偿装置具有一定的无功裕度，在电网系统出现电压波动时，利用无功补偿装置在恒电压控制模式可以快速抑制电压的波动，起到稳定电网电压的作用，避免了常规风电场avc控制策略下无法快速跟踪响应电压波动的问题，使风电场具备稳态时的跟踪调节能力和出现暂态波动时的快速跟踪调节能力。
附图说明
[0033]
为了更清楚地说明本技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0034]
图1是本发明一实施例的快速抑制暂态电压的无功电压控制方法流程示意图。
[0035]
图2是本发明一实施例的无功功率及电压值的计算流程示意图。
[0036]
图3是本发明一实施例的快速抑制暂态电压的无功电压控制系统架构示意图。
[0037]
图4是本发明一实施例的计算机设备结构示意图。
具体实施方式
[0038]
下面将参考若干示例性实施方式来描述本发明的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0039]
本领域技术人员知道，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件、完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，或者硬件和软件结合的形式。
[0040]
根据本发明的实施方式，提出了一种快速抑制暂态电压的无功电压控制方法及系统。利用方法及系统，可以使风电场具备稳态时的跟踪调节能力和暂态时的电压快速跟踪调节的能力，避免了常规风电场avc控制策略下无法快速跟踪响应电压波动的问题。同时，还可以针对不同风电场所接入系统的无功电压灵敏度不同的问题，给出了差异的控制参数设置方法，对不同系统的适应性更强。并且针对有多套无功补偿装置的风电场，提出了差异化的无功补偿装置控制模式，通过无功补偿装置恒电压控制模式和无功控制模式相结合的方式，既保证了电压的快速跟踪控制，又避免了多套无功补偿装置设备在恒电压控制模式下的无功反调和振荡。
[0041]
下面参考本发明的若干代表性实施方式，详细阐释本发明的原理和精神。
[0042]
图1是本发明一实施例的快速抑制暂态电压的无功电压控制方法流程示意图。如图1所示，该方法包括：
[0043]
步骤s1，风电场avc根据接收到的目标电压指令，计算得到风电场要调节的无功功率，生成无功功率指令下发至风电机组，并根据风电场的主变压参数计算得到无功补偿装置主变低压侧的电压值，生成电压指令下发至无功补偿装置；
[0044]
步骤s2，所述无功补偿装置根据电压指令进行无功调节，对并网点电压进行跟踪控制，并在出现暂态电压时进行调节抑制；
[0045]
步骤s3，所述风电机组根据风电场avc下发的无功指令进行无功调节，在风电机组无功调节过程中进行无功补偿装置的无功置换，保持无功补偿装置具有一定的无功裕度。
[0046]
基于上述控制方法，无功补偿装置可以快速跟踪控制出现的电压波动，在出现暂态电压时立即进行调节抑制，无需等待控制周期；当风电机组进行无功调节时，会对无功补偿装置进行无功置换，保证无功装置始终保留充足的无功裕度，以应对下次出现的电压波动。
[0047]
为了对上述快速抑制暂态电压的无功电压控制方法进行更为清楚的解释，下面结合每一步骤进行详细说明。
[0048]
步骤s1，风电场avc根据接收到的目标电压指令，计算得到风电场要调节的无功功率，生成无功功率指令下发至风电机组，并根据风电场的主变压参数计算得到无功补偿装置主变低压侧的电压值，生成电压指令下发至无功补偿装置。
[0049]
参考图2，无功功率及电压值的具体计算过程为：
[0050]
步骤s101，在风电场avc接收到目标电压指令值后，计算得到风电场的无功电压灵敏系数，其中，无功电压灵敏系数的计算式为：
[0051][0052]
其中，x1、x2为过程变量，u1为上一时刻并网点电压测量值，q1为上一时刻并网点无功功率测量值，u2为当前时刻并网点电压测量值，q2为当前时刻并网点无功功率测量值，z为无功电压灵敏系数。
[0053]
在本实施例中，所述风电场的无功电压灵敏系数是通过周期性的循环计算，选取四个小时内的数据平均值作为当前的无功电压灵敏度系数，避免系统突然波动引发的数值计算出现大的波动，保证该数值的准确性。
[0054]
步骤s102，风电场avc根据接收到的目标电压指令，计算得到风电场要调节的无功功率，生成无功功率指令下发至风电机组，其中，
[0055]
风电场要调节的无功功率的计算式为：
[0056]
q
ref
＝(u
after
‑
u
befor
)
×
z；
[0057]
其中，u
after
为风电场avc接收到的目标电压指令值，u
beref
为当前风电场的电压数值，q
ref
为计算得到的风电场要调节的无功功率，将该无功功率下发至风电机组。
[0058]
步骤s103，根据所述风电场的无功电压灵敏系数，计算得到无功补偿装置主变低压侧的电压指令值，生电压指令下发至无功补偿装置，用于电压目标指令的跟踪控制；其中，无功补偿装置主变低压侧的电压指令值的计算式为：
[0059]
u
ref
＝(u
after
×
(1
‑
1/z))/r；
[0060]
其中，u
after
为风电场avc接收到的目标电压指令值，z为无功电压灵敏系数，r为风电场主变压器高压侧与低压侧电压变比，u
ref
为无功补偿装置主变低压侧电压指令值。
[0061]
步骤s2，所述无功补偿装置根据电压指令进行无功调节，对并网点电压进行跟踪控制，并在出现暂态电压时进行调节抑制；
[0062]
步骤s3，所述风电机组根据风电场avc下发的无功指令进行无功调节，在风电机组无功调节过程中进行无功补偿装置的无功置换，保持无功补偿装置具有一定的无功裕度。
[0063]
在本实施例中，该方法还包括：
[0064]
设置无功补偿装置电压控制模式的控制参数；具体的，在无功补偿装置及风电机组进行无功电压调节时，无功补偿装置在恒电压模式时调节速度比风电机组的无功功率调节速度快，为保障无功补偿装置和风电机组无功调节的平稳，根据所述当前的无功电压灵敏度系数调整无功补偿装置的电压斜率系数；其中，当灵敏度系数小于10时，将无功补偿装置的电压斜率系数设置为0.1％
‑
1％；当灵敏度系数大于10时，将无功补偿装置的电压斜率系数设置为1％
‑
10％。
[0065]
在本实施例中，参考图3所示，为本发明一具体实施例的快速抑制暂态电压的无功电压控制系统架构示意图。其中，所述风电场主变低压侧至少包括两套无功补偿装置；其中，一套无功补偿装置设置为主变低压侧恒电压控制模式，用于接收风电场avc下发的电压指令，其它无功补偿装置设置为无功控制模式，用于接收风电场avc下发的无功功率指令。
[0066]
现有的技术方案都是通过风电场avc控制系统给风电机组和无功补偿装置下发无功功率指令的方式，在稳态时可以实现并网点电压的跟踪控制，但是在系统电压出现波动时，无法快速实现跟踪控制，因此，本发明提出的快速抑制暂态电压的无功电压控制方法相较于现有技术，至少存在以下优点：
[0067]
1、风电场具备稳态时的跟踪调节能力和暂态时的电压快速跟踪调节的能力，避免了常规风电场avc控制策略下无法快速跟踪响应电压波动的问题。
[0068]
2、针对不同风电场所接入系统的无功电压灵敏度不同的问题，给出了差异的控制参数设置方法，对不同系统的适应性更强。
[0069]
3、针对有多套无功补偿装置的风电场，提出了差异化的无功补偿装置控制模式，通过无功补偿装置恒电压控制模式和无功控制模式相结合的方式，既保证了电压的快速跟踪控制，又避免了多套无功补偿装置设备在恒电压控制模式下的无功反调和振荡。
[0070]
需要说明的是，尽管在上述实施例及附图中以特定顺序描述了本发明方法的操
作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
[0071]
在介绍了本发明示例性实施方式的方法之后，接下来，参考图3对本发明示例性实施方式的快速抑制暂态电压的无功电压控制系统进行介绍。
[0072]
快速抑制暂态电压的无功电压控制系统的实施可以参见上述方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的术语“模块”或者“单元”，可以是实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
[0073]
基于同一发明构思，本发明还提出了一种快速抑制暂态电压的无功电压控制系统，如图3所示，该系统包括：风电场avc、无功补偿装置及风电机组；其中，
[0074]
所述风电场avc，用于根据接收到的目标电压指令，计算得到风电场要调节的无功功率，生成无功功率指令下发至风电机组，并根据风电场的主变压参数计算得到无功补偿装置主变低压侧的电压值，生成电压指令下发至无功补偿装置；
[0075]
所述无功补偿装置，用于根据电压指令进行无功调节，对并网点电压进行跟踪控制，并在出现暂态电压时进行调节抑制；
[0076]
所述风电机组，用于根据风电场avc下发的无功指令进行无功调节，在风电机组无功调节过程中进行无功补偿装置的无功置换，保持无功补偿装置具有一定的无功裕度。
[0077]
其中，所述风电场主变低压侧至少包括两套无功补偿装置；其中，一套无功补偿装置设置为主变低压侧恒电压控制模式，用于接收风电场avc下发的电压指令，其它无功补偿装置设置为无功控制模式，用于接收风电场avc下发的无功功率指令。
[0078]
应当注意，尽管在上文详细描述中提及了快速抑制暂态电压的无功电压控制系统的若干模块，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本发明的实施方式，上文描述的两个或更多模块的特征和功能可以在一个模块中具体化。反之，上文描述的一个模块的特征和功能可以进一步划分为由多个模块来具体化。
[0079]
基于前述发明构思，如图4所示，本发明还提出了一种计算机设备400，包括存储器410、处理器420及存储在存储器410上并可在处理器420上运行的计算机程序430，所述处理器420执行所述计算机程序430时实现前述快速抑制暂态电压的无功电压控制方法。
[0080]
基于前述发明构思，本发明提出了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述快速抑制暂态电压的无功电压控制方法。
[0081]
本发明提出的快速抑制暂态电压的无功电压控制方法及系统，由风电场avc根据接收到的目标电压指令，计算得到风电场要调节的无功功率，生成无功功率指令下发至风电机组，并根据风电场的主变压参数计算得到无功补偿装置主变低压侧的电压值，生成电压指令下发至无功补偿装置；所述无功补偿装置根据电压指令进行无功调节，对并网点电压进行跟踪控制，并在出现暂态电压时进行调节抑制；所述风电机组根据风电场avc下发的无功指令进行无功调节，在风电机组无功调节过程中进行无功补偿装置的无功置换，保持无功补偿装置具有一定的无功裕度，在电网系统出现电压波动时，利用无功补偿装置在恒电压控制模式可以快速抑制电压的波动，起到稳定电网电压的作用，避免了常规风电场avc
控制策略下无法快速跟踪响应电压波动的问题，使风电场具备稳态时的跟踪调节能力和出现暂态波动时的快速跟踪调节能力。
[0082]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0083]
本发明是参照根据本发明实施例的方法和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0084]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0085]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0086]
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。