CN102769301B - 一种风电场风机机端电压处于危险状态的电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风电场风机机端电压处于危险状态的电压控制方法，属于电力***自动电压控制技术领域。首先定义风机机端电压的两种状态和风电场并网点电压的两种状态，当风机机端电压处于危险状态时，采取电压紧急控制方法，控制风电场内的风机和静态无功补偿装置，静态无功发生器的无功功率，将风机机端电压控回安全状态。本发明方法可集成在风电场现场运行的自动电压控制***中，使自动控制***能够实时监视风机的电压状态，实施相应的控制策略，保障风机机端电压安全。

Description

一种风电场风机机端电压处于危险状态的电压控制方法

技术领域

本发明涉及一种风电场风机机端电压处于危险状态的电压控制方法，属于电力***自动电压控制技术领域。

背景技术

近年来频频发生风电场内风机因电压问题而脱网，而在风电场内搭设自动电压控制***被认为是解决风电场电压问题的一个有效手段。风电场自动电压控制，即是利用风电场内的风机，静态无功补偿装置，静态无功发生器，等设备来完成风电场内无功电压的安全优化控制。但不同于水火电厂，风电场在电压控制上具有多个控制目标：风电场内自动电压控制***不仅需要完成调度中心下发的对风电场并网点电压的控制目标（通常为风电场升压站高压母线电压），更要保证场内不同地方的各台风机的机端电压均在安全范围内，而目前我国大部分风机的机端电压安全运行范围为额定电压的±10%，相比水火电机组，对电压的要求更为苛刻。并且由于风电场具有网络特点，在保证全网电压合格的基础上，也要保证风电场内电力网络的无功分布合理。

但现有风电场内自动电压控制***，往往仅以风电场并网点电压为控制目标，缺乏对风机机端电压的控制。

在本文所述控制方法中，涉及到电压标幺值的概念，何仰赞，温增银在《电力***分析(上册)》（华中科技大学出版社2002年1月，第三版，pp.3543）提到，标幺制是相对单位制的一种，在标幺制中各物理量都用标幺值表示。标幺值定义由下式给出。

例如风机机端电压的实际有名值为690V，选定其电压基准值为其额定电压值690V，则按照式（1），可知该风机机端电压的标幺值为690/690=1。

在风电场电压控制过程中会用到无功功率对电压的灵敏度，无功功率对电压的灵敏度是用来表征无功功率和电压间的线性关系。设节点A的无功功率变化量为节点B的电压变化量为则节点A的无功功率对节点B电压的灵敏度的定义可由下式给出：

$S_A^B=\frac{\∂V}{\∂Q}---\left(2\right)$

风电场内所有节点间的无功功率对电压的灵敏度可以组成无功功率对电压的灵敏度矩阵，无功功率对电压的灵敏度矩阵的具体计算方法，可参见孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态灵敏度的分析方法》（中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9-13）。

发明内容

本发明的目的是提出一种风电场风机机端电压处于危险状态的电压控制方法，以克服现有技术的不足之处，使风电场的自动电压控制***能够实时监视风机的电压状态，实施相应的控制策略，以保障风电场风机机端电压安全。

本发明提出的风电场风机机端电压处于危险状态的电压控制方法，包括以下步骤：

（1）设风电场内各风机机端电压值的标幺值为V_G，风机机端电压值的安全参考值的标幺值为 设η为一个判断值，且0<η<0.1，对风电场内各风机的电压状态进行判断，若则风机机端电压处于安全状态，若则风机机端电压处于危险状态，若所有风机机端电压均处于安全状态则重复本步骤，若有一台或一台以上的风机机端电压处于危险状态，则进行步骤（2）；

（2）设风电场并入电网的并网点电压的实际值为电网调度中心下发的并网点电压控制目标值为设并网点电压的合格阈值为V_Dead，对风电场并入电网的并网点电压状态进行判断，若则风电场并网点电压处于正常状态，若则风电场并网点电压处于追踪状态；

（3）设风电场风机的无功功率对风机机端电压灵敏度的平均值为设风电场的n台风机中有t台风机的机端电压处于危险状态，t台风机中的第r台风机的当前无功功率为Q_wtg，r，无功功率的上限值和下限值分别为和第r台风机机端电压值的标幺值为V_G,r，将机端电压处于危险状态的风机的无功功率当前值Q_wtg，r调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{wtg},r}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{wtg},r}+\frac{V_G^{\mathrm{Ref}}-V_{G,r}}{S_{\mathrm{wtg}}^{\mathrm{wtg}}};$

（4）进行以下判断：

（4-1）若风电场内处于危险状态的风机中，部分风机的机端电压高于风机机端电压值的安全参考值的标幺值部分风机的机端电压低于则发出报警信号，完成控制；

（4-2）若风电场并网点电压为正常状态，或风电场并网点电压为追踪状态，且并网点电压控制方向与机端电压处于危险状态的风机的电压控制方向相反，则发出报警信号，完成控制；

（4-3）若风电场并网点电压为追踪状态，且并网点电压控制方向与机端电压处于危险状态的风机的电压控制方向相同，则进行步骤（5）；

（5）设风电场内每台风机的无功功率对风电场并网点电压的灵敏度的平均值为灵敏度放大系数为N₁，N₁的取值为1-8之间的整数，每台静态无功补偿装置或静态无功发生器对风电场并网点电压的灵敏度的平均值为灵敏度放大系数为N₂，N₂的取值为1-8之间的整数，设风电场有p台静态无功补偿装置或静态无功发生器，n台风机中有s台风机的机端电压处于正常状态，s台机端电压处于正常状态的风机中第i台风机的当前无功功率为Q_wtg，i，第i台风机的无功功率上限值和下限值分别为和p台静态无功补偿装置或静态无功发生器中的第j台的无功功率为Q_svc，j，第j台静态无功补偿装置或静态无功发生器无功功率的上限值和下限值分别为和设第i台风机的无功功率控制目标值为第j台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率控制目标值为

若则分别将s台机端电压处于正常状态的风机的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{wtg},i}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{wtg}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_1}\&times;\frac{Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{wtg},i}}{\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{wtg},i})},$

并分别将p台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{svc},j}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{svc}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_2}\&times;\frac{Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{svc},j}}{\underset{j=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{svc},j})},$

若则分别将s台机端电压处于正常状态的风机的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{wtg},i}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{wtg}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_1}\&times;\frac{{Q_{\mathrm{wtg},i}-Q}_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{DownLmt}}}{\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{wtg},i}-Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{DownLmt}})},$

并分别将p台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{svc},j}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{svc}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_2}\&times;\frac{{Q_{\mathrm{svc},j}-Q}_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{DownLmt}}}{\underset{j=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{svc},j}-Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{DownLmt}})}.$

本发明提出的风电场风机机端电压处于危险状态的电压控制方法，其特点和效果是，本发明方法中定义了风机机端电压的两种状态和风电场并网点电压的两种状态，提出当风机机端电压处于危险状态时，采取电压紧急控制方法，控制风电场内的风机和静态无功补偿装置，静态无功发生器的无功功率，将风机机端电压控回安全状态。相比于传统的未考虑风机机端电压的风电场内电压控制方法，更能为风机机端电压提供安全保障。本发明方法，可集成在风电场现场运行的自动电压控制***中，使该***能够实时监视风机的电压状态，实施相应的控制策略，保障风机机端电压安全。

附图说明

图1是使用本发明方法的风电场电力网络示意图。

具体实施方式

本发明提出的风电场风机机端电压处于危险状态的电压控制方法，其中的风电场的电力网络示意图如图1所示，该方法包括以下步骤：

（1）设风电场内各风机机端电压值的标幺值为V_G，风机机端电压值的安全参考值的标幺值为 设η为一个判断值，且0<η<0.1，对风电场内各风机的电压状态进行判断，若则风机机端电压处于安全状态，若则风机机端电压处于危险状态，若所有风机机端电压均处于安全状态则重复本步骤，若有一台或一台以上的风机机端电压处于危险状态，则进行步骤（2）；

（2）设风电场并入电网的并网点电压的实际值为电网调度中心下发的并网点电压控制目标值为该目标值代表了风电场并网点电压的控制方向，设并网点电压的合格阈值为V_Dead，对风电场并入电网的并网点电压状态进行判断，若则风电场并网点电压处于正常状态，若则风电场并网点电压处于追踪状态；

（3）采用以上背景技术中介绍的准稳态灵敏度计算方法，根据风电场内网络模型和现场电气量测数据，可以计算得到风电场内所有节点间的无功功率对电压的灵敏度矩阵，然后从该灵敏度矩阵中获取风电场内每台风机的无功功率对各自机端电压的灵敏度，计算这些灵敏度的平均值，记为设风电场的n台风机中有t台风机的机端电压处于危险状态，t台风机中的第r台风机的当前无功功率为Q_wtg，r，无功功率的上限值和下限值分别为和第r台风机机端电压值的标幺值为V_G，r，将机端电压处于危险状态的风机的无功功率当前值Q_wtg，r调整为无功功率控制目标值

（4）进行以下判断：

（4-1）若风电场内处于危险状态的风机中，部分风机的机端电压高于风机机端电压值的安全参考值的标幺值部分风机的机端电压低于则发出例如“风电场电气量测可能存在错误，或风机的箱式变压器的变比可能设置的不合理”的报警信号，完成控制；

（4-2）若风电场并网点电压为正常状态，或风电场并网点电压为追踪状态，且并网点电压控制方向与机端电压处于危险状态的风机的电压控制方向相反，则发出例如“风电场并网点电压控制目标值不合理”的报警信号，完成控制；

（4-3）若风电场并网点电压为追踪状态，且并网点电压控制方向与机端电压处于危险状态的风机的电压控制方向相同，则进行步骤（5）；

（5）本步骤的控制对象为场内静态无功补偿装置SVC（Static Var Compensator）、静态无功发生器SVG（Static Var Generator）和机端电压处于正常状态的风机。控制目标是追随风电场并网点电压控制目标值从而也能帮助机端电压处于危险状态的风机回到安全状态。同样采用以上背景技术中介绍的准稳态灵敏度计算方法，根据风电场内网络模型和现场电气量测数据，计算得到风电场内所有节点间的无功功率对电压的灵敏度矩阵，然后从该灵敏度矩阵中获取风电场内每台风机的无功功率对风电场并网点电压的灵敏度，计算灵敏度的平均值，记为设对应的灵敏度放大系数为N₁，N₁的取值为1-8之间的整数，依照类似方法计算每台静态无功补偿装置或静态无功发生器对风电场并网点电压的灵敏度的平均值，记为 对应的灵敏度放大系数为N₂，N₂的取值为1-8之间的整数，设风电场有p台静态无功补偿装置或静态无功发生器，n台风机中有s台风机的机端电压处于正常状态，s台机端电压处于正常状态的风机中第i台风机的当前无功功率为Q_wtg，i，第i台风机的无功功率上限值和下限值分别为和p台静态无功补偿装置或静态无功发生器中的第j台的无功功率为Q_svc，j，第j台静态无功补偿装置或静态无功发生器无功功率的上限值和下限值分别为和设第i台风机的无功功率控制目标值为第j台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率控制目标值为

若则分别将s台机端电压处于正常状态的风机的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{wtg},i}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{wtg}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_1}\&times;\frac{Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{wtg},i}}{\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{wtg},i})},$

并分别将p台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{svc},j}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{svc}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_2}\&times;\frac{Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{svc},j}}{\underset{j=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{svc},j})},$

若则分别将s台机端电压处于正常状态的风机的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{wtg},i}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{wtg}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_1}\&times;\frac{{Q_{\mathrm{wtg},i}-Q}_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{DownLmt}}}{\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{wtg},i}-Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{DownLmt}})},$

并分别将p台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{svc},j}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{svc}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_2}\&times;\frac{{Q_{\mathrm{svc},j}-Q}_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{DownLmt}}}{\underset{j=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{svc},j}-Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{DownLmt}})}.$

Claims (1)

1.一种风电场风机机端电压处于危险状态的电压控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）设风电场内各风机机端电压值的标幺值为V_G，风机机端电压值的安全参考值的标幺值为 设η为一个判断值，且0<η<0.1，对风电场内各风机的电压状态进行判断，若则风机机端电压处于安全状态，若则风机机端电压处于危险状态，若所有风机机端电压均处于安全状态则重复本步骤，若有一台或一台以上的风机机端电压处于危险状态，则进行步骤（2）；

（2）设风电场并入电网的并网点电压的实际值为电网调度中心下发的并网点电压控制目标值为设并网点电压的合格阈值为V_Dead，对风电场并入电网的并网点电压状态进行判断，若则风电场并网点电压处于正常状态，若则风电场并网点电压处于追踪状态；

（3）设风电场风机的无功功率对风机机端电压灵敏度的平均值为设风电场的n台风机中有t台风机的机端电压处于危险状态，t台风机中的第r台风机的当前无功功率为Q_wtg，r，无功功率的上限值和下限值分别为和第r台风机机端电压值的标幺值为V_G，r，将机端电压处于危险状态的风机的无功功率当前值Q_wtg，r调整为无功功率控制目标值

（4）进行以下判断：

（4-1）若风电场内处于危险状态的风机中，部分风机的机端电压高于风机机端电压值的安全参考值的标幺值部分风机的机端电压低于则发出报警信号，完成控制；

（4-2）若风电场并网点电压为正常状态，或风电场并网点电压为追踪状态，且并网点电压控制方向与机端电压处于危险状态的风机的电压控制方向相反，则发出报警信号，完成控制；

（4-3）若风电场并网点电压为追踪状态，且并网点电压控制方向与机端电压处于危险状态的风机的电压控制方向相同，则进行步骤（5）；

（5）设风电场内每台风机的无功功率对风电场并网点电压的灵敏度的平均值为灵敏度放大系数为N₁，N₁的取值为1-8之间的整数，每台静态无功补偿装置或静态无功发生器对风电场并网点电压的灵敏度的平均值为灵敏度放大系数为N₂，N₂的取值为1-8之间的整数，设风电场有p台静态无功补偿装置或静态无功发生器，n台风机中有s台风机的机端电压处于正常状态，s台机端电压处于正常状态的风机中第i台风机的当前无功功率为Q_wtg，i，第i台风机的无功功率上限值和下限值分别为和p台静态无功补偿装置或静态无功发生器中的第j台的无功功率为Q_svc，j，第j台静态无功补偿装置或静态无功发生器无功功率的上限值和下限值分别为和设第i台风机的无功功率控制目标值为第j台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率控制目标值为

若则分别将s台机端电压处于正常状态的风机的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{wtg},i}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{wtg}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_1}\&times;\frac{Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{wtg},i}}{\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{wtg},i})},$

并分别将p台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{svc},j}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{svc}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_2}\&times;\frac{Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{svc},j}}{\underset{j=1}{\overset{p}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{UpLmt}}-Q_{\mathrm{svc},j})},$

若则分别将s台机端电压处于正常状态的风机的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{wtg},i}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{wtg}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_1}\&times;\frac{{Q_{\mathrm{wtg},i}-Q}_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{DownLmt}}}{\underset{i=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{wtg},i}-Q_{\mathrm{wtg},i}^{\mathrm{DownLmt}})},$

并分别将p台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率当前值调整为无功功率控制目标值 $Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{set}}=Q_{\mathrm{svc},j}+\frac{V_w^{\mathrm{Ref}}-V_w^{\mathrm{Real}}}{S_{\mathrm{svc}}^{\mathrm{poc}}\&times;N_2}\&times;\frac{{Q_{\mathrm{svc},j}-Q}_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{DownLmt}}}{\underset{j=1}{\overset{s}{\mathrm{\&Sigma;}}}(Q_{\mathrm{svc},j}-Q_{\mathrm{svc},j}^{\mathrm{DownLmt}})}.$