CN103490443B - 在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法，包括以下步骤：获取含风电的电网的节点个数；利用图论的方法，根据节点个数对含有风电的电网的电压控制进行分区；根据分区的主导系数矩阵，获取各分区的主导节点，其中主导系数矩阵中主导系数最大的节点为该电压控制分区的主导节点；以及将风电场的无功功率作为变量，利用电网AVC***的算法，根据主导节点的电压参考值，将风电场纳入三级电压控制体系并参与电网电压管理。该方法具有普遍适用性，便于应用于实际。

Description

在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法
技术领域
本发明属于新能源与节能技术领域和电力***无功电压控制技术领域，尤其涉及将风电场作为一种电源纳入电网三级电压控制体系进行电压控制的技术。
背景技术
无功电压问题是大规模集群风电场并网之后运行关注的主要问题之一。目前我国电网对并网风电场的无功电压都是针对单个风电场的并网点（Point of Common Coupling，PCC）进行考核的。在风电开发的初期，由于风电场数量较少，接入水平较低且处于电网末端，其无功电压问题的影响往往集中在风电场自身，对电网电压影响较小。但是随着风电的大规模开发，单个风电场的装机容量不断增大，而且往往大量风电场连片集中接入电网，形成百万千瓦、千万千瓦的集群风电场。集群风电场装机容量大，有功出力波动造成的无功出力波动严重恶化风电接入地区的电压-无功状况。
针对单个风电场内部的电压控制，主要从风电场侧提出了风电场无功电压控制方法，而未考虑将风电场与电网作为整体统一进行电压控制，而以风电场为单位、各自独立进行调节的方式无法满足接入电网的调压需求。而现有技术中，针对将风电场与电网作为整体统一进行电压控制的研究，主要利用风电场的无功调节能力参与区域电网的优化或参与电网二级电压控制的想法，而并未明确风电场无功电压控制***在电网三级电压控制体系中的定位和参与全网电压控制的具体方法。
目前我国各区域电网普遍采用三级电压控制技术，因此，如何将风电场纳入现有三级电压控制体系，进行统一的电压管理，成为风电融入大电网，并提高电网的电压水平的基础问题。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种将风电场纳入现有三级电压控制体系对风电场进行电压控制的方法。
一种在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法，包括以下步骤：获取含风电的电网的节点个数；利用图论的方法，根据节点个数对含有风电的电网的电压控制进行分区；根据分区的主导系数矩阵，获取各分区的主导节点，其中主导系数矩阵中主导系数最大的节点为该电压控制分区的主导节点；以及将风电场的无功功率作为变量，利用电网AVC***的算法，根据主导节点的电压参考值，将风电场纳入三级电压控制体系并参与电网电压管理。
本发明通过通过对含风电的电网进行电压控制分区，并求取各分区主导节点，将风电场纳入现有的三级电压控制体系，使风电场接受电网的统一电压控制，具有普遍适用性，便于应用于实际，能显著提高电网、风电场等多方的安全性和经济性。
附图说明
图1为本发明提供的将风电场纳入三级电压控制体系以对风电场电压进行控制的流程图。
图2为本发明提供的集群接入式风电场纳入三级电压控制体系的具体方式图。
图3为本发明提供的单场接入式风电场纳入三级电压控制体系的具体方式图。
具体实施方式
下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案进一步详细表述。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的将风电场纳入三级电压控制体系以对风电场电压进行控制的流程图，主要包括以下步骤：
步骤S10，对含有风电的电网的电压控制进行分区；
步骤S20，获取各分区的主导节点；以及
步骤S30，根据各主导节点将风电场纳入三级电压控制体系并参与电网电压管理。
在步骤S10中，可通过以下方法对含有风电的电网的电压控制进行分区：
步骤S11，获取含风电的电网的节点个数，1~                                               为各节点编号；
步骤S12，计算含风电的电网中节点的无功功率对节点的电压的无功控制灵敏度；
步骤S13，得到含风电的电网无功控制灵敏度全矩阵；
步骤S14，对所述含风电的电网无功控制灵敏度全矩阵进行规格化处理，得到矩阵；
步骤S15，构造矩阵的约化关联矩阵；以及
步骤S16，对C矩阵搜索，得到含风电的电网的电压控制分区。
在步骤S11中，含风电的电网的潮流计算中，平衡节点的编号为，其中平衡节点一般选择容量较大的风电机组的并网节点。
在步骤S12中，所述无功控制灵敏度的具体求取方法可为：
步骤S121，在含风电的电网的潮流计算中，将节点节点1~设置为PQ节点；
步骤S122，单独改变节点的无功功率，记录此时节点的电压变化量，并记录节点的无功功率变化量，则：
在步骤S13中，可通过计算含风电的电网中节点的无功功率对节点的电压的无功控制灵敏度，得到含风电的电网无功控制灵敏度全矩阵。所述含风电的电网的无功控制灵敏度全矩阵可为：
；
在步骤S14中，所述规格化含风电的电网无功控制灵敏度全矩阵可为：
；
通过规格化所述无功控制灵敏度全矩阵在矩阵，使得所述矩阵中，其最大元素为1。可以理解，所述最大元素也可为其它数值，设该数值为N，其大小可以根据实际运算需要进行选择。
在步骤S15中，所述约化关联矩阵C满足以下条件：给定一个数，，如果，则表示节点和节点之间的弱连接被切断，在中显示为；否则，设。
在步骤S16中，可以利用图论的方法，对C矩阵搜索，得到含风电的电网的电压控制分区。
可以理解，所述对含有风电的电网的电压控制进行分区的方法及其各步骤仅为一具体的实施例，可根据风电场所接入电网的实际情况进行调整。
在步骤S20中，所述各分区的主导节点可通过以下方法获取：
步骤S21，计算含风电的电网中节点的电压对节点的电压电压控制灵敏度；
步骤S22，计算含风电的电网的各个节点之间的电压控制灵敏度，得到含风电的电网的电压控制灵敏度全矩阵：
；
步骤S23，计算该分区内所有节点的主导系数，得到该分区的主导系数矩阵，其中：
；
步骤S24，选择主导系数矩阵中，主导系数最大的节点为该电压控制分区的主导节点。
在步骤S21中，所述电压控制灵敏度可通过以下方法获取：
步骤S211，在含风电的电网的潮流计算中，将节点1~设置为PV节点；
步骤S212，单独改变节点的电压，记录此时节点的电压变化量，并记录节点的电压变化量，根据和计算：
。
在步骤S23中，所述主导系数可通过以下方法获取：令为含风电的电网的某电压控制分区的节点个数，1~为各节点编号，节点的主导系数为该分区内所有节点对节点的电气距离之和：
；
可以理解，所述各分区的主导节点的方法及其各步骤仅为一具体的实施例，可根据风电场所接入电网的实际情况进行调整。
在步骤S30中，作为具体实施例，将所述风电场纳入三级电压控制体系进行电压控制可通过以下方式进行。
请一并参阅图2及图3，分区1~分区n是无功电压控制分区，Bus1~Busn分别为分区1~分区n的主导节点。图1中，分区1包含11#~1m#风电场，分区n包含n1#~nk#风电场；图2中，分区1中包含11#~1m#发电厂、变电站或风电场，分区n包含n1#~nk#发电厂、变电站或风电场。
第三级电压控制可通过以下方式进行：在原有的电网AVC***中，将风电场与传统的发电厂、变电站一起作为无功源，即将风电场的无功功率也作为变量，电网调度中心利用电网AVC***的算法，以全网的经济运行为目标，进行全网的无功优化，得到并下发各无功电压控制分区的主导节点的电压参考值~；
第二级电压控制可通过以下方式进行：在原有的电网AVC***中，将风电场与传统的发电厂、变电站一起作为无功源，即将风电场的无功功率也作为变量，各电压控制分区利用电网AVC***的算法，以实现对控制区域内主导节点的电压参考值的跟踪为目标，进行区域电网的无功优化，得到并下发各电压控制分区中的各发电厂、变电站或风电场下发电压参考值~、~；
第一级电压控制的实现方式为：各发电厂利用发电机自动电压调节器（Automatic Voltage Regulator, AVR）、各变电站利用无功电压综合控制装置（Voltage and Q Controller, VQC）、各风电场利用安装在风电场内的风电AVC***完成对第二级电压控制下发的电压参考值的跟踪。
本发明通过对含风电的电网进行电压控制分区，并求取各分区主导节点，再对电网三级电压控制体系中的风电进行具体电压控制，所述风电场的电压控制方法不仅适用于集群风电场接入电网的情况，还适用于单个风电场接入电网的情况，具有普遍的适用性。另外，通过将风电场纳入现有的三级电压控制体系，使风电场接受电网的统一电压控制，具有普遍适用性，便于应用于实际，能显著提高电网、风电场等多方的安全性和经济性。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (7)

1.一种在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法，包括以下步骤：
获取含风电的电网的节点个数；
根据上述节点个数对含风电的电网的电压控制进行分区，得到多个电压控制分区；
计算每一电压控制分区内所有节点的主导系数Mi，得到每一电压控制分区的主导系数矩阵M，并根据每一电压控制分区的主导系数矩阵M，获取每一电压控制分区的主导节点，其中主导系数矩阵M中主导系数最大的节点为该电压控制分区的主导节点，所述各分区的主导节点通过以下方法获取：
根据节点i的电压变化量ΔUi及节点j的电压变化量ΔUj计算电压控制灵敏度 K ij v = Δ U i Δ U j ;
计算含风电的电网的各个节点之间的电压控制灵敏度得到含风电的电网的电压控制灵敏度全矩阵Kv：
计算每一电压控制分区内所有节点的主导系数Mi，得到每一电压控制分区的主导系数矩阵M，其中：
M = M 1 . . . M m ;
选择主导系数矩阵M中，主导系数最大的节点为该电压控制分区的主导节点；以及
将风电场的无功功率作为变量，利用电网自动电压控制***的算法，根据主导节点的电压参考值，将风电场纳入电网三级电压控制体系并参与电网电压管理。
2.如权利要求1所述的在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法，其特征在于，所述对含有风电的电网的电压进行分区包括以下步骤：
获取含风电的电网的节点个数，其中，1～n为各节点编号；
计算含风电的电网中节点j的无功功率Qj对节点i的电压Ui的无功控制灵敏度其中，所述无功控制灵敏度通过以下方法获得：
在含风电的电网的潮流计算中，将节点1～n设置为PQ节点；
单独改变节点j的无功功率，记录此时节点i的电压变化量ΔUi，并记录节点j的无功功率变化量ΔQj，则无功控制灵敏度满足：
K ij q = Δ U i Δ Q j ;
获取含风电的电网无功控制灵敏度全矩阵Kq，其中：
对所述含风电的电网无功控制灵敏度全矩阵Kq进行规格化处理，得到矩阵Kq′，使矩阵Kq′最大元素为1，其中：
构造矩阵Kq′的约化关联矩阵C＝[cij]，其中，约化关联矩阵C满足以下条件：给定一个数α，0<α<1，如果则表示节点i和节点j之间的弱连接被切断，在约化关联矩阵C中显示为cij＝0；否则，设cij＝1；以及
利用图论的方法，根据对约化关联矩阵C搜索，得到含风电的电网的电压控制分区。
3.如权利要求1所述的在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法，其特征在于，所述电压控制灵敏度通过以下方法获取：
在含风电的电网的潮流计算中，将节点1～m设置为PV节点；
单独改变节点j的电压，记录此时节点i的电压变化量ΔUi，并记录节点j的电压变化量ΔUj，根据节点i的电压变化量ΔUi和节点j的电压变化量ΔUj计算电压控制灵敏度
4.如权利要求1所述的在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法，其特征在于，所述主导系数Mi通过以下方法获取：令m为含风电的电网的某电压控制分区的节点个数，1～m为各节点编号，节点i的主导系数Mi为该电压控制分区内所有电压控制灵敏度之和：
M i = &Sigma; j = 1 m K ij v .
5.如权利要求1所述的在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法，其特征在于，第三级电压控制通过以下方式进行：在原有的电网自动电压控制***中，将风电场与传统的发电厂、变电站一起作为无功源，即将风电场的无功功率也作为变量，电网调度中心利用电网自动电压控制***的算法，以全网的经济运行为目标，进行全网的无功优化，得到并下发各进行无功优化的电压控制分区的主导节点的电压参考值
6.如权利要求1所述的在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法，其特征在于，第二级电压控制通过以下方式进行：在原有的电网自动电压控制***中，将风电场与传统的发电厂、变电站一起作为无功源，即将风电场的无功功率也作为变量，各电压控制分区利用电网自动电压控制***的算法，以实现对电压控制分区主导节点的电压参考值的跟踪为目标，进行区域电网的无功优化，得到并下发各电压控制分区中的各发电厂、变电站的电压参考值或风电场的电压参考值 U ref n 1 ~ U ref nk .
7.如权利要求1所述的在电网三级电压控制体系中对风电场进行电压控制的方法，其特征在于，第一级电压控制的实现方式为：各发电厂利用发电机自动电压调节器、各变电站利用无功电压综合控制装置、各风电场利用安装在风电场内的电网自动电压控制***完成对第二级电压控制下发的电压参考值的跟踪。
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