CN108365610A - 一种基于源网协调的无功电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了风电集群并网控制领域中的一种基于源网协调的无功电压控制方法。包括:获取风电集群接入电网的运行控制参数；计算区域电网无功电压灵敏度系数矩阵；计算区域内无功补偿装置无功补偿能力；构建适应风电集群并网的源网协调无功电压优化控制模型；求解得到源网协调的无功电压控制方案，并下发执行。本发明提供一种适应风电集群并网的源网协调无功电压控制方法,通过源网协调控制,平抑风电场群的电压波动,进一步提高了电网对风电的消纳能力。

Description

一种基于源网协调的无功电压控制方法

技术领域

本发明属于大规模风电并网控制技术领域,尤其涉及一种基于源网协调的 无功电压控制方法。

背景技术

随着大型千万千瓦级风电基地风电装机容量急剧增长,风电接入比例急剧增 加,风电功率随机波动对电网电压的影响不容忽视。

目前针对风电场/群有功波动引起电压波动问题,国内外学者对相应的控制 方法已经做了很多研究,主要通过研究风电机组自身安装的无功补偿装置的控制 策略，如先安排大容量的离散无功补偿设备先进行粗调，再安排连续无功补偿设 备进行电压的细调节。通过无功补偿设备之间的配合来降低风电并网导致的电压 波动带来的影响。无功补偿设备对风电带来的电压波动有很好的平抑作用，但针 对无功补偿设备数量较少的场站容易出现无功补偿不足的情况。可见仅考虑无功 补偿设备自身的协调是不够的，需要考虑常规电源调节对无功电压的影响。

综上所述,虽然现有的风电集群的无功电压控制方法已经比较成熟,但是在 理论和应用方面仍然存在需要改进的方向:无功电压协调控制要考虑源网两者协 调控制。因此,我们在以上方法的基础上,提出一种基于源网协调的无功电压控制 方法,使常规电源、无功补偿装置共同协调控制协调无功电压,在确保电网安全的 前提下进一步提升电网对风电的接纳能力。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明的目的是提供一种基于源网协调的无功电压控 制方法,用于解决风电功率变化带来的电压波动问题,为电网运行提供参考。

一种基于源网协调的无功电压控制方法,包括以下步骤:

S1:获取风电集群接入电网的运行控制参数；

S2:计算区域无功电压灵敏度系数矩阵；

S3:计算区域内无功补偿装置无功补偿能力；

S4:构建基于源网协调的无功优化控制模型

S5:求解得到源网协调的无功电压控制方案，并下发执行。

所述S1包括以下步骤:

S101:获取区域电网的网络结构参数；

S102:获取区域电网中场/群接入点连续、离散型无功补偿装置的最大无功补 偿量容量之和。其中离散型无功补偿装置的最大补偿容量为N_i,max·Q_i,c0；连续型无 功补偿装置的最大补偿容量为[-Q_i,smin +Q_i,smax]，获取常规电源最大无功补偿量容 量Q_i,p0。

所述S2包括以下步骤:

S201列写区域电网内风电集群点和各风电场接入点无功电压灵敏度方程。

S202:计算区域电网内节点无功电压灵敏度系数S_ij

所述S3包括以下步骤:

S301:获取区域电网中场/群接入点无功补偿装置的实时状态。其中包括:离 散型无功补偿装置(电容/电抗器组)已经向电网补偿的无功功率n_i,0·Q_i,c0；连续型 无功补偿装置(SVC、SVG)已经向电网补偿无功功率Q_i,s0；

S302:计算区域电网中场/群接入点i该时刻离散无功补偿装置可提供的无功 补偿能力ΔQ_i.c；连续型无功补偿装置可提供的无功补偿能力ΔQ_i.s。

所述S4包括以下步骤:

S401:构建基于源网协调的无功优化控制模型。归一化模型为:

式中:f(X)为目标函数；X表示由该区域内风电场/群接入点点的连续无功补 偿装置无功调整量ΔQ_i,s,电容电抗器组的投切组数n_i,发电机无功出力Q_i,p构成的 待优化决策向量。

所述S5包括以下步骤:

S501:求解得到基于源网协调的无功电压控制方案，并下发执行。

本发明提供一种基于源网协调的无功电压控制方法,通过:获取风电集群接 入电网的运行控制参数；计算区域电网无功电压灵敏度系数矩阵；计算区域内无 功补偿装置无功补偿能力；构建基于源网协调的无功电压优化控制模型；求解得 到源网协调的无功电压控制方案，并下发执行。该方法充分利用了常规电源无功 调节能力,使常规电源、无功补偿装置共同协调控制无功电压,有效提高电网对风 电的消纳能力。

附图说明

下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1是本发明提供的一种基于源网协调的无功电压控制方法流程图；

图2是本发明提供的风电集中接入区域电网示意图。

图3是本发明提供的一种基于源网协调的无功电压操作方案流程图。

具体实施方式

为了清楚了解本发明的技术方案,将在下面的描述中提出其详细的结构。显 然,本发明实施例的具体施行并不足限于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。 本发明的典型实施例详细描述如下,除详细描述的这些实施例外,还可以具有其 他实施方式。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例1

图1是一种基于源网协调的无功电压控制方法流程图。图1中,本发明提供的 一种基于源网协调的无功电压控制方法流程图包括:

S1:获取风电集群接入电网的运行控制参数；

S2:计算区域无功电压灵敏度系数矩阵；

S3:计算区域内无功补偿装置无功补偿能力；

S4:构建基于源网协调的无功优化控制模型

S5:求解得到源网协调的无功电压控制方案，并下发执行。

所述S1包括以下步骤:

S101:获取大规模风电集中接入区域电网的网络结构参数；

S102:获取区域电网中场/群接入点连续、离散型无功补偿装置(并联电容/电 抗器组)的最大无功补偿量容量之和。其中离散型无功补偿装置的最大补偿容量 为N_i,max·Q_i,c0,N_i,max表示电容/电抗器的最大可投切组数；连续型无功补偿装置(SVC 、SVG)的最大补偿容量为[-Q_i,smin +Q_i,smax],Q_i,cmax表示感性无功最大补偿容量, -Q_i,cmin表示容性无功最大补偿容量，获取常规电源最大无功补偿量容量Q_i,p0。

所述S2包括以下步骤:

S201:列写区域电网内风电集群点和各风电场接入点无功电压灵敏度方程。

设ΔP和ΔQ分别节点注入的有功、无功变化量,ΔU和Δθ分别为节点的电压幅 值和相角的变化量。J_pu、J_pθ、J_qu和J_θθ为区域电网的雅可比矩阵,雅各比矩阵中的 各元素是由网络结构自身决定。

则***注入功率变化量与***节点电压改变量的关系为:

S202:计算区域电网内节点无功电压灵敏度系数S_ij。

只考虑电压与无功的关系。令有功变化为0,即ΔP≡0。则公式(1)可以化简得 出:

式中S_ij表示节点j处的无功功率单位变化时,节点i处的电压幅值变化量。

所述S3包括以下步骤:

S301:获取区域电网中场/群接入点无功补偿装置的实时状态。这其中包括: 离散型无功补偿装置(电容/电抗器组)已经向电网补偿的无功功率n_i,0·Q_i,c0；连续 型无功补偿装置(SVC、SVG)已经向电网补偿无功功率Q_i,s0。

S302:计算区域电网中场/群接入点i该时刻离散无功补偿装置可提供的无功 补偿能力ΔQ_i.c；连续型无功补偿装置可提供的无功补偿能力ΔQ_i.s；

所述S4包括以下步骤:

S401:构建并求解基于源网协调的无功优化控制模型。

目标函数为有功功率损耗最小:

式中:N_l为支路数；G_k为支路k的电导；U_i为节点i的电压幅值；θ_ij为节点i与j 之间电压相位角差。

目标函数的约束条件可分为等式约束和不等式约束。

(1)等式约束可表示为:

式中:P_gi、Q_gi分别为节点i的发电机有功出力和无功出力；P_di、Q_di分别为节 点i的有功负荷和无功负荷；Bi_j为支路i-j的电纳。

(2)不等式约束可表示为:

式中:U_G为发电机机端电压幅值；U_L为普通负荷节点电压幅值；Q_C无功补偿装 置的无功补偿容量；Q_G为发电机无功出力；N_G、N_T、N_C分别为***中发电机节点、负 荷节点、无功补偿节点的数目。

所述S5包括以下步骤:

S501:求解基于源网协调的无功优化控制模型，并下发执行。

根据模型的求解结果,形成电压优化后节点电压参考值,及各无功调节设备 的状态。在电压优化后节点电压基础上留出上下3％的波动裕度,记为集合A,与该 等级的电压允许范围,记为集合B,进行交运算,交运算结果A∩B作为各节点电压 准参考范围。若A∩B的边界值为B的边界值,则留出1kV的裕度后的集合作为各 节点电压参考范围[U_{ref min},U_{ref max}]。

操作方案流程图如图3所示。

具体操作如下:

(1)SVC/SVG调节

当U＜U_{ref min}时,首先调节SVC/SVG,增发其容性无功直到U≥U_{ref min}或补偿容 量用尽为止。

当U＞U_{ref max}时,首先调节SVC/SVG,增发其感性无功直到U≤U_{ref max}或补偿容 量用尽为止。

(2)电容电抗调节

当U＜U_{ref min}且SVC/SVG调节能力用尽时,逐个退电抗器补偿容性无功,直到 U≥U_{ref min}或调节容量用尽为止。

当U＞U_{ref max}且SVC/SVG调节能力用尽时,逐个退电容补偿感性无功,直到 U≤U_{ref max}或调节容量用尽为止。

当U＜U_{ref min}且电抗器全部退出,逐个投电容补偿容性无功,直到U≥U_{ref min}或 调节容量用尽为止。

当U＞U_{ref max}且电容全部退出,逐个投电抗补偿感性无功,直到U≤U_{ref max}或调 节容量用尽为止。

(3)常规电源调节

当U＜U_{ref min}且电容/电抗调节容量用尽时,增发灵敏度最高的常规电源无功 出力,直到U≥U_{ref min}或常规电源无功出力调节能力用尽为止。若常规电源无功出 力调节能力用尽且U＜U_{ref min},则增发灵敏度次高的常规电源无功出力,调节方式 同上；如此按照控制灵敏度由高至低的顺序依次调节,直到U≥U_{ref min}或所有常规 电源无功调节能力用尽。

当U＞U_{ref max}且电容/电抗容量用尽时,降低灵敏度最高的常规电源无功出 力直到U≤U_{ref max}或常规电源无功出力调节能力用尽为止。若常规电源无功出力 调节能力用尽且U＞U_{ref max},则降低灵敏度次高的常规电源无功出力,调节方式 同上；如此按照控制灵敏度由高至低的顺序依次调节,直到U≤U_{ref max}或所有常规 电源无功调节能力用尽。

实施例2

图2是一个风电集中接入区域电网示意图,以此为例,本发明提供的一种基 于源网协调的无功电压控制办法:

S1：获取电网参数

在该区域电网内，共有330kV变电站两座，风电场7座,火电厂2座，其中风 电装机容量为1000MW，常规电源。其中风电场a-e,汇集到变电站A的低压侧 (110kV),火电厂k接入变电站A的高压侧(330KV)；风电场g、f和汇集到变电站B 的低压侧(110KV),火电厂h接入变电站B的高压侧(330KV)。风电功率由A、B 变电站汇集后送至主网。该区域电网内，变电站A、B和风电场b－g处均安装 有离散型无功补偿装置(电容器/电抗器)和连续型无功补偿装置(SVC/SVG), 无功补偿装置的安装容量如表1所示。

表1区域电网内无功补偿装置的安装容量情况表

常规电源的无功出力范围如表2所示

表2常规电源无功出力范围

S2：计算区域电网接入点的无功电压灵敏度系数矩阵

表3区域电网内节点无功电压灵敏度系数矩阵

S3：计算区域电网内多无功源的实时无功补偿能力

根据区域电网内实时投切状态，得到区域电网内离散无功补偿装置和连续无 功补偿装置的剩余无功补偿能力如表4、表5所示。

表4区域电网内各节点处离散无功补偿装置的实时补偿能力

表5区域电网内各节点处连续无功补偿装置的实时补偿能力

S4:构建基于源网协调无功电压优化控制模型

模型求解后得到的电压合理电压参考范围与实际电压如表6所示

表6区域电网内各节点的电压

S5:求解得到源网协调的无功电压控制方案，并下发执行。

根据各节点电压的偏差量ΔU_i和无功电压灵敏度系数S_ii，结合公式 ΔQ_i,s＝S_ii·ΔU_i，存在电压偏差的节点调用自身的连无功补偿装置对自身无功电压进 行无功补偿，补偿结果如表7所示

表7经过无功补偿装置调整后区域内各节点的电压

通过连续和离散的无功补偿装置的调整，风电场的电压偏差减小，但仍存在 2个风电场的电压越限，此时通过常规电源对2处的风电场无功电压进行调整。 在保证自身电压不越限的前提下，按照灵敏度的优先顺序调整常规电源无功出力， 调整后的区域各节点电压如表8所示。

表8经过常规电源调整后区域内各节点的电压

从上表可以看出，利用提出的源网协调控制办法，区域电网的各节点电压偏 差都得以平抑，因此，证明了本文所提的一种基于源网协调的无功电压控制方法 的有效性。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制， 尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然 可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和 范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于源网协调的无功电压控制方法，其特征在于,所述源网协调的无功电压控制方法包括以下步骤:

S1:获取风电集群接入电网的运行控制参数；

S2:计算区域无功电压灵敏度系数矩阵；

S3:计算区域内无功补偿装置无功补偿能力；

S4:构建考虑源网协调的风电集群并网的无功优化控制模型

S5:求解得到源网协调的无功电压控制方案，并下发执行。

2.根据权利要求1所述的基于源网协调的无功电压控制方法,其特征在于,所述S1包括以下步骤:

S101:获取区域电网的网络结构参数；

S102:获取区域电网中场/群接入点连续、离散型无功补偿装置的最大无功补偿量容量之和；其中离散型无功补偿装置的最大补偿容量为N_i,max·Q_i,c0；连续型无功补偿装置的最大补偿容量为[-Q_i,smin+Q_i,smax]；获取常规电源最大无功补偿量容量Q_i,p0。

3.根据权利要求1所述基于源网协调的无功电压控制方法,其特征在于,所述S2包括以下步骤:

S201:列写区域电网内风电集群点和各风电场接入点无功电压灵敏度方程；

S202:计算区域电网内节点无功电压灵敏度系数。

4.根据权利要求1所述基于源网协调无功电压控制方法,其特征在于,所述S3包括以下步骤:

S301:获取区域电网中场/群接入点无功补偿装置的实时状态；这其中包括:离散型无功补偿装置(电容/电抗器组)已经向电网补偿的无功功率n_i,0·Q_i,c0；连续型无功补偿装置(SVC、SVG)已经向电网补偿无功功率Q_i,s0；S302:计算区域电网中场/群接入点i该时刻离散无功补偿装置可提供的无功补偿能力ΔQ_i.c；连续型无功补偿装置可提供的无功补偿能力ΔQ_i.s。

5.根据权利要求1所述基于源网协调的无功电压控制方法,其特征在于,所述S4包括以下步骤:

S401:构建并求解基于源网协调的无功优化控制模型；

目标函数为有功功率损耗最小:

式中:N_l为支路数；G_k为支路k的电导；U_i为节点i的电压幅值；θ_ij为节点i与j之间电压相位角差；

目标函数的约束条件可分为等式约束和不等式约束；

(1)等式约束可表示为:

式中:P_gi、Q_gi分别为节点i的发电机有功出力和无功出力；P_di、Q_di分别为节点i的有功负荷和无功负荷；B_ij为支路i-j的电纳；

(2)不等式约束可表示为:

式中:U_G为发电机机端电压幅值；U_L为普通负荷节点电压幅值；Q_C无功补偿装置的无功补偿容量；Q_G为发电机无功出力；N_G、N_T、N_C分别为***中发电机节点、负荷节点、无功补偿节点的数目。

6.根据权利要求1所述基于源网协调的无功电压控制方法,其特征在于,所述S4包括以下步骤:求解基于源网协调的无功优化控制模型，并下发执行；根据模型的求解结果,形成电压优化后节点电压参考值,及各无功调节设备的状态；在电压优化后节点电压基础上留出上下3％的波动裕度,记为集合A,与该等级的电压允许范围,记为集合B,进行交运算,交运算结果A∩B作为各节点电压准参考范围；若A∩B的边界值为B的边界值,则留出1kV的裕度后的集合作为各节点电压参考范围[U_refmin,U_refmax]。