一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法，包括1）建立區(qū)域電壓控制模型；2）風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)上傳無功調(diào)節(jié)能力和運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)接收調(diào)度主站控制命令并跟蹤執(zhí)行；3）實(shí)時(shí)掃描SCADA采集的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；4）根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)行工況決策；5）根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓狀態(tài)對(duì)中樞母線進(jìn)行決策；6）更新區(qū)域電壓控制二次規(guī)劃模型，利用風(fēng)電場(chǎng)無功調(diào)節(jié)能力，進(jìn)行無功出力分配；7）通過二次規(guī)劃算法求解，得到地區(qū)電網(wǎng)變電站和風(fēng)電場(chǎng)控制策略。本發(fā)明在充分發(fā)揮風(fēng)電場(chǎng)無功調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)及地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)電容器/電抗器等多種無功源進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)造成的電壓波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，維持風(fēng)電并網(wǎng)點(diǎn)電壓穩(wěn)定。
【專利說明】—種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明涉及一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng) 的無功協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在全球能源緊張和環(huán)境惡化的壓力下，風(fēng)力發(fā)電受到世界各國的重視，風(fēng)電產(chǎn)業(yè) 得到快速發(fā)展。由于風(fēng)電固有的隨機(jī)性和波動(dòng)性等特點(diǎn)，大規(guī)模的風(fēng)電接入對(duì)電網(wǎng)的安全 穩(wěn)定帶來較大影響，其中無功電壓?jiǎn)栴}是目前倍受關(guān)注的問題之一。
[0003]在我國，大規(guī)模集中并網(wǎng)是風(fēng)電開發(fā)利用的主要方式，一般通過220/330kV電壓 等級(jí)并入省級(jí)電網(wǎng)。在某些地區(qū)，則將風(fēng)電場(chǎng)接入以IIOkV網(wǎng)架為主的地區(qū)電網(wǎng)。在風(fēng)電 并網(wǎng)運(yùn)行中，升壓站是將風(fēng)電電力輸送到電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于風(fēng)力發(fā)電的間歇性和不確 定性導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組不能持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)電，從而導(dǎo)致升壓站母線電壓波動(dòng)較大，并威脅到地 區(qū)電網(wǎng)的安全。為了保證電網(wǎng)的安全運(yùn)行，需要升壓站的母線電壓波動(dòng)維持在運(yùn)行要求范 圍內(nèi)。
[0004]目前，在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部，通過調(diào)節(jié)風(fēng)電機(jī)組及升壓站無功補(bǔ)償裝置，可對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)無功 進(jìn)行控制，具備一定的無功調(diào)節(jié)能力，同時(shí)，基于調(diào)度主站的地區(qū)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制(AVC) 軟件已逐步得到實(shí)際應(yīng)用。但如何在充分發(fā)揮風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)有無功調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)風(fēng) 電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制，減少風(fēng)電并網(wǎng)造成的電壓波動(dòng)，是風(fēng)電場(chǎng)接入地區(qū)電網(wǎng)尚待 解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的是:
[0006]在充分發(fā)揮風(fēng)電場(chǎng)無功調(diào)節(jié)能力的基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)和地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)電容器/電抗 器等多種無功源進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)造成的電壓波動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，維持風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn) 電壓穩(wěn)定。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0008]一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟:
[0009]I)建立區(qū)域電壓控制模型，在區(qū)域內(nèi)選擇樞紐廠站高壓側(cè)母線為中樞母線，選擇 若干電壓敏感節(jié)點(diǎn)為關(guān)鍵母線，將風(fēng)電場(chǎng)和變電站電容器/電抗器都建模為控制機(jī)組，并 在模型內(nèi)建立二次規(guī)劃模型進(jìn)行無功調(diào)整量的求解；
[0010]2)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)上傳無功調(diào)節(jié)能力和運(yùn)行狀態(tài)至SCADA，實(shí)時(shí)接收調(diào)度主站控制命 令并跟蹤執(zhí)行，所述無功調(diào)節(jié)包括可增無功/可減無功出力，運(yùn)行狀態(tài)包括投入/退出狀態(tài) 及遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)貭顟B(tài)；
[0011]3)調(diào)度主站實(shí)時(shí)掃描SCADA采集的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，其中電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包 括風(fēng)電場(chǎng)和變電站的有功和無功出力、母線電壓、變電站電容器/電抗器開關(guān)刀閘狀態(tài)、風(fēng) 電場(chǎng)無功調(diào)節(jié)能力及運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)閉鎖信號(hào)；[0012]4)調(diào)度主站根據(jù)所述步驟3)采集的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)行工況決策；
[0013]5)調(diào)度主站根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓狀態(tài)對(duì)中樞母線進(jìn)行決策；
[0014]6)更新區(qū)域電壓控制二次規(guī)劃模型，將步驟4)確定的變電站電容器/電抗器及風(fēng)電場(chǎng)無功出力作為控制變量，將步驟5)確定的中樞母線電壓偏差最小及關(guān)鍵母線滿足電壓約束作為目標(biāo)函數(shù)，并綜合考慮變電站電容器/電抗器及風(fēng)電場(chǎng)的無功出力分配；
[0015]7)通過二次規(guī)劃算法求解，獲得所述步驟6)中的控制變量機(jī)組的無功調(diào)整量，再轉(zhuǎn)化為變電站電容器/電抗器投退指令及風(fēng)電場(chǎng)的無功目標(biāo)值；
[0016]8)調(diào)度主站通過SCADA遠(yuǎn)動(dòng)通道將所述步驟7)得到的變電站電容器/電抗器投退指令下發(fā)到地區(qū)電網(wǎng)變電站，將風(fēng)電場(chǎng)的無功目標(biāo)值下發(fā)到風(fēng)電場(chǎng)子站，以此完成風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制。
[0017]前述的步驟4)中，進(jìn)行運(yùn)行工況決策具體為，
[0018]4a)根據(jù)變電站電容器/電抗器開關(guān)刀閘狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)拓?fù)?，并結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)有功、 無功出力和母線電壓量測(cè)數(shù)據(jù)是否大于零漂死區(qū)，綜合判斷風(fēng)電場(chǎng)、變電站電容器/電抗器、各母線是否處于帶電運(yùn)行狀態(tài)；
[0019]4b)對(duì)變電站電容器/電抗器控制權(quán)限進(jìn)行決策，當(dāng)設(shè)備故障、動(dòng)作次數(shù)越限信號(hào)發(fā)生時(shí)，電容器/電抗器將被閉鎖且不可參與控制；
[0020]4c)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)控制權(quán)限進(jìn)行決策，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)為退出運(yùn)行或就地狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)將被閉鎖且不可參與控制；
[0021]4d)根據(jù)變電站電容器/電抗器帶電運(yùn)行狀態(tài)、可參與控制狀態(tài)及電容器和電抗器不能同時(shí)投入的運(yùn)行規(guī)程，更新變電站無功上下限，無功上限為所有可投電容器額
定無功之和，無功下限為所有可投電抗器額定無功之和的負(fù)值，即無功上限Gmax更新為 an'=fo:r，無功下限更新為a*=- ，其中n、m分別為可投的電容器臺(tái)數(shù)和
mM`
電抗器臺(tái)數(shù)，Q '力第i臺(tái)電容器額定無功，07為第j臺(tái)電抗器額定無功；
[0022]4e)根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)帶電運(yùn)行狀態(tài)、可參與控制狀態(tài)及無功調(diào)節(jié)能力更新風(fēng)電場(chǎng)無功上下限，無功上限Gni'更新為^rx= a+ or，無功下限Pfin更新為2廠=Q2 -Qt ’其中
q2、gr、Qt分別為風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)前無功、可增無功和可減無功。
[0023]前述的步驟5)中對(duì)中樞母線進(jìn)行決策，主要包括兩種情況，
[0024]5a)所述步驟3)采集的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓正常，則將該并網(wǎng)點(diǎn)母線選擇為關(guān)鍵母線，滿足電壓運(yùn)行約束，中樞母線保持不變；
[0025]5b)所述步驟3)采集的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓越限，則將該并網(wǎng)點(diǎn)母線增選為中樞母線進(jìn)行電壓校正，并采用下式自動(dòng)確定該中樞母線目標(biāo)電壓值:
(V^x-AV ,, if V1 > V1m^
[0026]V2ref = \'
[F,mm + AFto/, if V2 < V2mm
[0027]其中，V2max、V2min分別為并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓的上限和下限，AVtol為設(shè)定的電壓校正帶寬，V2為風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓，V2ref為風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)母線即中樞母線目標(biāo)電壓值。
[0028]前述的步驟6)中無功出力分配是指基于無功就地或就近調(diào)整的原則并結(jié)合對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無功調(diào)節(jié)能力的充分利用，按控制靈敏度參與無功分配，即靈敏度大的控制變量機(jī)組承擔(dān)大的無功調(diào)整量，靈敏度小的控制變量機(jī)組承擔(dān)小的無功調(diào)整量，控制靈敏度可根據(jù)電網(wǎng)潮流分析計(jì)算獲取。
[0029]前述的步驟7)中變電站電容器/電抗器投退指令轉(zhuǎn)換方法為，
[0030]7a)如果
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，包括以下步驟:1)建立區(qū)域電壓控制模型，在區(qū)域內(nèi)選擇樞紐廠站高壓側(cè)母線為中樞母線，選擇若干電壓敏感節(jié)點(diǎn)為關(guān)鍵母線，將風(fēng)電場(chǎng)和變電站電容器/電抗器都建模為控制機(jī)組，并在模型內(nèi)建立二次規(guī)劃模型進(jìn)行無功調(diào)整量的求解；2)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)上傳無功調(diào)節(jié)能力和運(yùn)行狀態(tài)至SCADA，實(shí)時(shí)接收調(diào)度主站控制命令并跟蹤執(zhí)行，所述無功調(diào)節(jié)包括可增無功/可減無功出力，運(yùn)行狀態(tài)包括投入/退出狀態(tài)及遠(yuǎn)方/當(dāng)?shù)貭顟B(tài)；3)調(diào)度主站實(shí)時(shí)掃描SCADA采集的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，其中電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)包括風(fēng)電場(chǎng)和變電站的有功和無功出力、母線電壓、變電站電容器/電抗器開關(guān)刀閘狀態(tài)、風(fēng)電場(chǎng)無功調(diào)節(jié)能力及運(yùn)行狀態(tài)以及相關(guān)閉鎖信號(hào)；4)調(diào)度主站根據(jù)所述步驟3)采集的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)行工況決策；5)調(diào)度主站根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓狀態(tài)對(duì)中樞母線進(jìn)行決策；6)更新區(qū)域電壓控制二次規(guī)劃模型，將步驟4)確定的變電站電容器/電抗器及風(fēng)電場(chǎng)無功出力作為控制變量，將步驟5)確定的中樞母線電壓偏差最小及關(guān)鍵母線滿足電壓約束作為目標(biāo)函數(shù)，并綜合考慮變電站電容器/電抗器及風(fēng)電場(chǎng)的無功出力分配；7)通過二次規(guī)劃算法求解，獲得所述步驟6)中的控制變量機(jī)組的無功調(diào)整量，再轉(zhuǎn)化為變電站電容器/電抗器投退指令及風(fēng)電場(chǎng)的無功目標(biāo)值；8)調(diào)度主站通過SCADA遠(yuǎn)動(dòng)通道將所述步驟7)得到的變電站電容器/電抗器投退指令下發(fā)到地區(qū)電網(wǎng)變電站，將風(fēng)電場(chǎng)的無功目標(biāo)值下發(fā)到風(fēng)電場(chǎng)子站，以此完成風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于， 所述步驟4)中，進(jìn)行運(yùn)行工況決策具體為，4a)根據(jù)變電站電容器/電抗器開關(guān)刀閘狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)拓?fù)?，并結(jié)合風(fēng)電場(chǎng)有功、無功出力和母線電壓量測(cè)數(shù)據(jù)是否大于零漂死區(qū)，綜合判斷風(fēng)電場(chǎng)、變電站電容器/電抗器、各母線是否處于帶電運(yùn)行狀態(tài)；4b)對(duì)變電站電容器/電抗器控制權(quán)限進(jìn)行決策，當(dāng)設(shè)備故障、動(dòng)作次數(shù)越限信號(hào)發(fā)生時(shí)，電容器/電抗器將被閉鎖且不可參與控制；4c)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)控制權(quán)限進(jìn)行決策，當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)為退出運(yùn)行或就地狀態(tài)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)將被閉鎖且不可參與控制；4d)根據(jù)變電站電容器/電抗器帶電運(yùn)行狀態(tài)、可參與控制狀態(tài)及電容器和電抗器不能同時(shí)投入的運(yùn)行規(guī)程，更新變電站無功上下限，無功上限為所有可投電容器額定無功之和，無功下限為所有可投電抗器額定無功之和的負(fù)值，即無功上限0rx更新為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于， 所述步驟5)中對(duì)中樞母線進(jìn)行決策，主要包括兩種情況，5a)所述步驟3)采集的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓正常，則將該并網(wǎng)點(diǎn)母線選擇為關(guān)鍵母線，滿足電壓運(yùn)行約束，中樞母線保持不變；5b)所述步驟3)采集的風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓越限，則將該并網(wǎng)點(diǎn)母線增選為中樞母線進(jìn)行電壓校正，并采用下式自動(dòng)確定該中樞母線目標(biāo)電壓值:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于， 所述步驟6)中無功出力分配是指基于無功就地或就近調(diào)整的原則并結(jié)合對(duì)風(fēng)電場(chǎng)無功調(diào)節(jié)能力的充分利用，按控制靈敏度參與無功分配，即靈敏度大的控制變量機(jī)組承擔(dān)大的無功調(diào)整量，靈敏度小的控制變量機(jī)組承擔(dān)小的無功調(diào)整量，控制靈敏度可根據(jù)電網(wǎng)潮流分析計(jì)算獲取。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于， 所述步驟7)中變電站電容器/電抗器投退指令轉(zhuǎn)換方法為，7a)如果Agr >0-，則 按照先切除電抗器后投入電容器的順序進(jìn)行控制；7b)如果則按照先切除電容器后投入電抗器的順序進(jìn)行控制；其中，= max為電容器與電抗器中較大的額定無功量，A^r指的是變電站承擔(dān)的無功調(diào)節(jié)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電場(chǎng)與地區(qū)電網(wǎng)的無功協(xié)調(diào)控制方法，其特征在于，所述步驟7)中風(fēng)電場(chǎng)無功目標(biāo)值的轉(zhuǎn)換方法為:Q? =Q1 +^QT，其中，Q2為風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)前無功，為風(fēng)電場(chǎng)承擔(dān)的無功調(diào)節(jié)量。
【文檔編號(hào)】H02J3/16GK103532148SQ201310452138
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】黃華, 丁茂生, 項(xiàng)麗, 陳顏, 陳建華, 陳天華, 許大衛(wèi), 馬軍, 施佳峰 申請(qǐng)人:國電南瑞科技股份有限公司, 寧夏回族自治區(qū)電力公司