利用大型风电场statcom集中分层分散协调控制提高电力系统稳定性的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通过大型风电场静止同步补偿器（StaticSynchronous Compensator，STATCOM)集中分层分散协调控制提高电力系统稳定性的方法，属于电力系统 安全稳定控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 近年来风电机组投产不断加速，风电场规模不断增大。为平抑风速的间歇性、随机 性变化引起的风电场接入点的无功电压快速波动，风电场须根据规定配置容量为其总装机 容量20%~25%的STATCOM。随着风电场的兴建，STATCOM总配置容量越来越可观。在风 电机组自身的无功调节能力加上静态无功补偿装置的无功调节能力已能满足无功电压调 节的时段中，STATCOM将主要处于"休眠"状态。如果能充分挖掘和利用这些潜在的STATCOM 资源，基于其快速响应的优点和多相限调节的优势，将其纳入到电网运行监控系统的协调 控制机制中，对风电场和电网的安全稳定运行提供积极支撑，这对提升电网消纳可再生能 源的能力、增加关键断面的电力送出、实现风电和水电的互惠共赢、创新现有的电网控制技 术具有重要意义，且具有可观的技术经济效益和社会效益。
[0003] 目前已发表的论文和公开的专利主要涉及STATCOM在单一风电场内部的协调控 制，显有从电网的视角探讨多个风电场STATCOM的协调控制以及参与电力系统稳定控制的 发明和成果。本发明旨在填补此方面的空白。
【发明内容】
[0004] 本发明提出了一种通过大型风电场STATCOM集中分层分散协调控制提高电力系 统稳定性的方法，其目的在于挖掘和利用多个风电场处于"休眠"状态的STATCOM资源，发 挥其快速响应的优点和多相限调节的优势，参与电网运行监控系统的协调控制，实现对风 电场和电网的安全稳定支撑，从而提升电网对可再生能源的消纳、增加关键断面的电力送 出、实现风电和水电的互惠共赢、创新现有的电网控制技术。
[0005] 利用大型风电场STATCOM集中分层分散协调控制提高电力系统稳定性的方法，其 技术方案如下：
[0006] 1).集中协调控制系统一一省级主站；该系统从整个主网的安全稳定运行和经济 运行角度出发，完成以下两项重要任务；
[0007] (1)各风电场在地区电网关键接入点的稳态无功功率和电压的协调控制。集中协 调控制系统通过数据接口获取EMS/SCADA系统的主网稳态无功功率和电压分布数据，提取 各大型风电场在地区电网的关键接入点的无功功率和电压数据；依据电力调度中心下达的 关键接入点的无功电压曲线、各风电场除其STATCOM外的无功补偿情况，计算关键接入点 的无功偏差；根据关键接入点的无功偏差，并按照无功就地平衡的原则，由近及远地为接入 点变电站的静态无功补偿设备、各风电场的风电机组、风电场升压站的静态无功补偿设备 依次协调分配无功补偿容量；通过数据接口由EMS/AVC向相关设备下达无功调节指令，并 监视执行结果；仅在以上调节后仍不能满足要求时，才依次向各风电场的STATCOM下达无 功调节指令，使其参与稳态无功功率和电压的调节，应主要将STATCOM的无功补偿容量留 给动态无功功率补偿用；
[0008] (2)各风电场所接入的地区电网内部及之间的动态稳定性监测。集中协调控制系 统通过数据接口获取WAMS/PMU系统的主网主要送电通道和关键断面的潮流数据，提取与 各大型风电场所接入地区电网相关的动态稳定性分析记录；依据电力调度中心下达的各风 电场所在地区电网送电通道和断面的稳定极限和控制极限，计算这些通道和断面充裕度； 比较并选择出充裕度小于一定限值的通道和断面，接收相关风电场STATCOM附加阻尼控制 器的参数调整情况，计算地区电网内部及地区电网之间振荡模式大扰动和小扰动阻尼比的 提升情况，实时报知省调和地调运行值班调度员；
[0009] 2).分层协调控制系统一一区域主站。该系统服从集中协调控制系统的管理，完成 集中协调控制系统力所不能的较为具体的任务，包括以下两项任务；
[0010] (1)各风电场STATCOM附加阻尼控制策略的协调控制。分层协调控制系统采用与 集中协调控制系统不同的专用高速PMU通信通道，对风电场所在地区电网的主要送电通道 和关键断面的潮流数据进行接近实时性的采集和收集；对潮流数据从时域和频域的角度进 行接近实时性的动态稳定性分析计算，给出相关振荡模式的参数以及参与机组或机群；判 断相关振荡模式的阻尼比是否超标；如果发现阻尼比超标的相关振荡模式，则确定相关地 区电网，并根据预先设计好的风电场STATCOM安全稳定策略，向指定风电场的STATCOM发送 附加阻尼控制的参数调整指令；实时监视指定风电场STATCOM对附加阻尼控制指令的执行 情况，继续对潮流数据从时域和频域的角度进行接近实时性的动态稳定性分析计算，进行 计算结果的判断校核；将以上数据收集、动态稳定计算分析、风电场STATCOM附加阻尼协调 控制的所有信息发送给集中协调控制系统，并接收集中协调控制系统的高层指令；
[0011] ⑵各风电场所接入的地区电网内部暂态稳定性监测。分层协调控制系统通过数 据接口获取PMU系统动态监测的地区电网重要发电机的功角数据，着重提取地区电网在大 扰动下的重要发电机暂态稳定性的记录；依据电力调度中心下达的各风电场所在地区电网 送电通道和断面的稳定极限和控制极限，综合计算地区电网暂态稳定性的安全裕度；监视 和比较相关风电场STATCOM在地区电网大扰动下对暂态功角稳定和暂态电压稳定的支撑 情况，实时报知省调和地调运行值班调度员；
[0012] 3).分散协调控制系统一一执行子站。该系统在服从以上两级即集中和分层协调 控制系统的管理的同时，发挥其实时和快速的优势，独立、就地完成与地区电网暂态稳定性 相关的协调控制，包括以下两项任务；
[0013] (1)大型风电场STATCOM对所接入地区电网暂态功角稳定和暂态电压稳定的支撑 协调控制。分散协调控制系统实时采集接入点的有功功率、无功功率和电压的数据；根据采 样数据和风电场STATCOM的当前运行工况，从风电场STATCOM的暂态控制策略库中选取相 应的暂态控制策略，并传送给STATCOM予以执行；在大扰动时，须特别实时判断暂态无功功 率和暂态电压是否超标，并记录相关运行数据；准实时地将运行数据发送到分层协调控制 系统，必要时传送到集中协调控制系统；
[0014] (2)大型风电场STATCOM动态无功补偿量与升压站静态无功补偿设备稳态无功补 偿量的置换协调控制；在地区电网发生大扰动时，风电场STATCOM的动态无功补偿量快速 调整，对地区电网的暂态功角稳定和暂态电压稳定提供支撑。当大扰动消失后，地区电网的 运行方式很可能发生了变化，而为适应运行方式的变化，风电场STATCOM的无功补偿量可 能仍维持在大扰动消失后的水平，此时，如果再发生新的大扰动，风电场STATCOM将无容量 对新的大扰动进行暂态稳定性支撑；故在大扰动消失后，分散协调控制系统将协调控制风 电场STATCOM和升压站静态无功补偿设备，将STATCOM的已趋于稳定的动态无功补偿量用 静态无功补偿设备的稳态无功补偿量进行置换，使STATCOM的可用容量恢复到较高水平， 以应对可能发生的新的大扰动。
[0015] 本发明优点在于，挖掘和利用多个风电场处于"休眠"状态的STATCOM资源，发挥 其快速响应的优点和多相限调节的优势，参与电网运行监控系统的协调控制，实现对风电 场和电网的安全稳定支撑，从而提升电网对可再生能源的消纳、增加关键断面的电力送出、 实现风电和水电的互惠共赢、创新现有的电网控制技术。
【附图说明】
[0016] 图1为大型风电场STATCOM集中分层分散协调控制系统自上而下方式的结构图。
[0017] 图2为稳态无功/电压协调控制模块策略流程图。
[0018] 图3为STATCOM附加阻尼协调控制监测预警模块功能流程图。
[0019] 图4为风电场STATCOM附加阻尼协调控制模块策略流程图。
[0020] 图5为地区电网暂态稳定性监测预警模块功能流程图。
[0021] 图6为风电场STATCOM暂态功角和暂态电压稳定协调控制模块策略流程图。
[0022] 图7为STATCOM动态无功补偿量与静态无功补偿量置换控制模块策略流程图。
【具体实施方式】
[0023] 通过大型风电场STATCOM集中分层分散协调控制提高电力系统稳定性的方法可 通过自上而下或自下而上两种方式具体实施，本发明以自上而下方式为例进行说明（系统 结构图如图1所示），自下而上方式可以此类推。自上而下的实施方式遵循以下步骤。
[0024]