兼顾风电场和网络节点电压调节的statcom控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风电场无功电压调节技术，具体设及一种兼顾风电场和网络节点电压 调节的STATC0N控制方法。
【背景技术】
[0002] 当前，风力发电技术的发展越来越迅速，随着风力发电的普及W及容量的不断增 加，风力发电导致的电网电压波动问题日趋严重。目前，为了有效抑制风速的波动性带来的 电压波动，通常在风电场出口侧母线加装STATCOM。一般的STATCOM电压控制策略跟踪风电 场出口侧电压，迅速输出或吸收无功W平抑电压波动，然而该策略只考虑了风电场出口侧 的电压波动，没有考虑到全网的电压波动和质量，尤其在配电网福射型的结构下，不仅要考 虑到风电场出口侧的电压质量，同时要兼顾线路其他节点的电压波动，提高全网的电压水 平，W达到最优的STATCOM无功补偿效果。为了进一步有效抑制网络节点的电压波动W及 更好的利用风电场出口侧STATCOM容量，需要研究一种兼顾风电场与网络节点电压调节的 STATCOM控制方法。
【发明内容】
[0003] 发明目的；本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种兼顾风电场 和网络节点电压调节的STATCOM控制方法。
[0004] 技术方案；本发明的一种兼顾风电场和网路节点电压调节的STATCOM控制方法， 具体包括W下步骤：
[000引 （1)当电网配备有多个STATCOM时，针对节点电压的波动，对各个STATCOM的调节 范围进行分区，采用分区处理能够避免对所有STATCOM进行电压调节，提高工作效率；
[0006] 似对分区后的单个STATCOM管辖范围内的局部网络节点，采用基于节点电压越 限的电压控制法，收集节点的电压数据并通过依据算法调整巧,来调控无功，使得最大限 度保障区域内节点电压不越限，其中，巧为目标电压整定值；
[0007] 做依据目标函数寻找STATCOM的最优电压整定值町be,t，使得网络节点电压平均 波动率最低。
[000引进一步的，所述步骤（1)中采用节点电压灵敏度来表示STATCOM对于全网节点电 压的影响因子，并采用模糊聚类法对各个STATCOM的调节范围进行分区，确定各个STATCOM 的调节范围。
[0009] 其中，采用模糊聚类法对各个STATCOM的调节范围进行分区的具体过程如下：
[0010] 节点电压灵敏度主要用来衡量节点i无功变化对于节点j电压波动的影响，通常 采用牛顿拉夫逊法中雅克比矩阵元素来表示。在采用极坐标方式表示牛顿拉夫逊法的迭代 方程为：
[0011]
【主权项】
1. 一种兼顾风电场和网络节点电压调节的STATCOM控制方法，其特征在于：具体包括 以下步骤： (1) 当电网配备有多个STATCOM时，针对节点电压的波动，对各个STATCOM的调节范围 进行分区； (2) 对分区后的单个STATCOM管辖范围内的局部网络节点，采用基于节点电压越限的 电压控制策略，收集节点的电压数据并通过依据算法调整以调控STATCOM输出无功， 使其最大限度保障区域内节点电压不越限，其中，UL,为STATCOM目标电压整定值； (3) 依据目标函数寻找STATCOM的最优电压整定值Usbest，使得网络节点电压平均波动 率最低。
2. 根据权利要求1所述的兼顾风电场和网络节点电压调节的STATCOM控制方法，其特 征在于：所述步骤（2)中控制区域内网络节点电压不越限的具体过程为： 通过检测网络节点电压的波动趋势来判断STATCOM整定值的调节方向，并通过逐 步缩小步长Δ?/^ι的方式改变的整定值； 其
为电网电压最大偏差值，At为STATCOM调 节周期，AiTlx为上一次STATCOM整定值变化引起的网络节点电压最大变化量， Δ?7_=ΠΒχ{|ΔΜ|,|ΔΜ|,···|Δ?/；|}，Δ?Τ；为节点i的电压与电压标准值的偏差值。
3. 根据权利要求2所述的兼顾风电场和网络节点电压调节的STATCOM控制方法，其特 征在于，所述STATCOM整定值调节的具体过程为： (21) 采集各个节点电压值M，并与节点电压参考值做差获取t时刻i节点电 压偏差量M/丨=M-同时，采集风电场有功变化量 <,=忠-$广和无功变化量 Δβ；,.=么-么f，M和％分别指t时刻的节点电压值和电压参考值，<、仏为七时刻 i节点接入的风电场有功和无功出力值； (22) 考察风电场有功无功出力变化与各个节点的电压偏差量：若由于风机出力变化 或者外部电网波动导致节点电压偏差量|ΔΚ Ι>ειη3Χ，即超出该电网对于电压不超过土 ε _ 的要求，启动STATCOM无功调节，否则经过Λ t的检测周期后转步骤（21)继续检测网络节 点电压信息和风电场有功和无功出力信息； (23) 若Δ?Τ； <0且I AR |> Smax，即该节点电压具有下降趋势，则上调STATCOM整定值 若Δ/7/ > 0且I Δ?Τ； |> Smax，即该节点电压具有上升趋势，则下调STATCOM整定值， 然后检测AR是否满足I AU) ISsmax条件，满足转步骤（25)，否则转步骤（24)，其中 AtC；/为STATCOM的调节步长，该调节步长随网络节点的电压变化而变化； (24) 若经过单次STATC0M整定值调节，目标节点仍不能回归电压偏差限内，则需要 进行连续STATC0M整定值调节，逐次修改以及STATC0M整定值，即重复步骤 (21)~（23)直至目标节点电压误差I ΔΚ Icsmax，然后停止调节接着转至步骤（25);若在对 于目标节点调节过程中，STATC0M无功输出这达到无功输出或吸收的容量上限Qsmax，则停 止RU整定值的改变，维持上一周期的值，同时转至步骤（25); (25) 当风机出力和节点电压的变化较大时，控制策略优先保证STATC0M控制范围内节 点均满足|ΔΚ?<ε_条件，即重复进行步骤（21)~（24)进而保证电压不越限； 当风机出力和节点电压的变化趋于平稳，即满足|Δ0, l<Km I、I△么,|<|Δ^ιη I和 丨Δ" |< ε_条件，则转为寻找全网最小电压波动率的优化控制。
4. 根据权利要求1所述的兼顾风电场和网络节点电压调节的STATC0M控制方法，其特 征在于：所述步骤（3)中控制网络平均节点电压波动率最小时，首先以区域网络的平均电 压波动率作为优化目标，控制变量为STATC0M的目标电压整定值，然后对目标节点的 电压以及风机出力进行监控，最后在保证区域内节点电压不越限的基础上，通过寻找最优 电压整定值以获得STATC0M控制区域内电压波动最小； 其中，寻找最小电压波动率的目标函数如下：
式中：m为STATC0M调控区域内的节点个数，U丨为第i个节点在t时刻的电压，Uiref为 t时刻的系统参考电压，δ 节点电压越界罚函数，保证系统优化过程中不出现节点越限 的情况，且：
AU丨为节点i的电压误差，ε_为该电网电压最大误差限，M为常数且M>1，同时优化 目标函数需要满足一系列约束条件。
5. 根据权利要求4所述的兼顾风电场和网络节点电压调节的STATC0M控制方法，其特 征在于：所述优化目标函数需要满足的约束条件具体为： 潮流方程约束为：
式中：Jf和0分别指t时刻注入节点i的有功功率和无功功率，[^和C7；为t时刻的 i节点和j节点的电压，GjP B u为线路ij的电导和电纳，Θ〗为t时刻节点i与j的相角 差； 风机出力约束为：
JA1hT :rci、rcimintiA/X r Cimaxyj τπ?指双馈异步风电机组在t时刻的有功出力和有功出力 上下限，QeA Qeimin以及Qeimax分别指双馈异步风电机组在t时刻的无功出力和无功出力上 下限； 目标节点电压约束：
式中：t//指t时刻目标节点电压，和ε _分别为节点母线电压参考值和最大误 差限； STATCOM控制变量约束：
式中：Re/、^<_和分别为t时刻STATC0M电压整定值和电压整定最低值 和最高值，β、0_和Q smax分别为t时刻STATCOM无功输出值和STAT0CM容量上下限。
6.根据权利要求1所述的兼顾风电场和网络节点电压调节的STATCOM控制方法，其特 征在于：所述步骤（3)中控制网络节点电压波动率最小的具体过程为： (31) 采集各个节点电压值^，并与节点电压参考值做差获取t时刻i节点 电压偏差量AW 采集风电场有功变化量ΔΡ〗;=^-Ρ』广和无功变化量 (32) 若<0且I Δ?7丨|> ειη3Χ，则该节点电压具有下降趋势，然后上调STATCOM整定 值以L/，即 GL/ = A"二； 若Μ/；>0且ΙΔΙΤ； |>ε_，则该节点电压具有上升趋势，然后下调STATCOM整定值 ，即％%/= -Δ";/，由此确定最优STATCOM整定值的搜索方向； (33)最后根据确定的搜索方向，依据目标函数以及优化控制算法寻找网络最小电压波 动率所对应的STATCOM整定值。
7.根据权利要求6所述的兼顾风电场和网络节点电压调节的STATC0M控制方法，其特 征在于：所述步骤（33)中的寻找搜索网络最小电压波动率的过程分为粗调和微调两个部 分： 所述粗调阶段的过程为： 考虑到系统设备负担，设每次最大探索次数为nmax，设与STATC0M电压参考值?/：·ε/: 相对应的全网电压波动率为f\初始步长为AUL/，假设节点电压具有下降趋势，即 +△%<，依据优化目标函数计算其对应的函数值为f t+A t，若ft+A 乂产，则将 作为新的电压参考值，并继续探索；若经过η次探索，ft+nAΛ1，表示STATC0M电 压最优参考值最优整定值搜索转为区间内微调阶段； 所述微调阶段的具体过程为： 通过缩小STATC0M电压参考值步长在区间寻找最优STATC0M电压整定 值，即 AC/：: = λΔ?/^1-1)Af，0 < λ < 1; λ为步长控制因子，经过多次缩小步长探索，若第k+1次缩小步长时，满足 ft+(n+k+1) Δ t>ft+(n+!d Δ t且 f t+fn+k-? Δ t>ft+(n+!d Δ t条件，则选定第让次 STATC〇M 参考电压值为最优 参考值 Usbest，即^si = +λ??/：^ ; 若持续探索寻找不到最优参考值，则认为第nmax次缩小步长后的STATC0M参考电压值 为最优参考值 Usbest,即 CZsfcsi = = c/(re/ +λ^Δ^/：^。
【专利摘要】本发明公开一种兼顾风电场和网络节点电压调节的STATCOM控制方法，具体包括以下步骤：(1)当电网配备有多个STATCOM时，对各个STATCOM的调节范围进行分区；(2)对分区后的单个STATCOM管辖范围内的局部网络节点调控无功，使得最大限度保障区域内节点电压不越限；(3)寻找STATCOM的最优电压整定值，使得网络节点电压平均波动率最低。本发明与传统的面向风电场接入点电压调节策略相比，能够实现降低全网节点电压波动，提高网络节点电压水平，从而提高网络运行质量的目的，同时有效利用了STATCOM快速反应的特点，增强了电网的健壮性和安全性，实现了兼顾电网电压波动与风电场出口侧波动调节的目标。
【IPC分类】H02J3-16
【公开号】CN104638654
【申请号】CN201510053805
【发明人】蒋平, 冯士睿
【申请人】东南大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月2日