适应大规模风电并网的无功电压控制方法技术

本发明专利技术公开了一种适应大规模风电并网的无功电压控制方法，包括无功电压控制和无功优化。依据三级控制模式，根据控制目标的不同，分为三个层次实现全网无功优化。首先由三级控制主站采集全网信息并得出中枢点母线电压参考值，并负责向二级控制下发控制电压参考值。其次二级控制依据三级控制主站下发的电压参考值选择就地控制和远方控制两种方式。一级控制为本地控制，依据二级控制下发的电压参考值，直接控制设备，调控电压。从而达到全局快速优化、分层电压调节、多尺度协调控制的新型电网控制模式，在保障电网安全经济运行的前提下，大幅提高电网对新能源的接纳及送出能力，减少弃风，提高新能源上网电量的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及规模化新能源发电过程中无功电压控制
，具体地，涉及一种 。
技术介绍
近年来，风力发电作为世界上可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模开发 和商业化发展前景的发电方式之一，由于其在减轻环境污染、调整能源结构、解决偏远地 区居民用电问题等方面的突出作用，越来越受到世界各国的重视并得到了广泛的开发和利 用。我国风电进入规模化发展阶段后所产生的大型新能源基地多数位于三北地区（西北、 东北、华北），大型新能源基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、高电压输送到负 荷中心进行消纳。 以甘肃电网为例，截至2014年4月，甘肃电网并网风电装机容量已达707万千瓦， 约占甘肃电网总装机（3500万千瓦）容量的20. 2%，成为仅次于火电的第二大主力电源； 光伏发电装机容量已达到435万千瓦，约占甘肃电网总装机容量的12. 4%，同时甘肃成为 我国光伏装机规模最大的省份。目前，甘肃电网风电、光伏发电装机约占甘肃电网总装机容 量的1/3。 随着新能源并网规模的不断提高，风电、光伏发电不确定性和不可控性给电网的 安全稳定经济运行带来诸多问题。由于风、光资源的间歇性、随机性和波动性，风电出力的 波动性会导致大型风电场电压出现相应波动。当风电场发生电压较大扰动时，若没有足够 的动态无功支撑，将引起风电场电压跌落。目前，风机本身的低电压耐受能力十分有限，此 时风电机组出于自身的保护，往往采取自动切除的方式，造成系统有功失衡，影响系统稳 定；同时，异步发电机，不具备维持和调节机端电压水平的能力，在运行时还要从系统吸收 无功功率，因此电压稳定性问题比较突出。 当系统电压跌落后，如果电网不能提供足够的无功，基于异步发电机的风电机组 机端电压无法重建，导致整个风电场中所有异步风电机组的超速保护或者低电压保护动作 切除风电机组；若保护无法正常动作，由于风电机组的机端电压无法重建，则会引起风电场 甚至区域电网暂态电压失稳。由于交流联网系统的整个电网的电压和频率之间相互影响、 酒泉地区风电出力大幅度变化必然引起整个系统的电压、频率波动，导致事故进一步扩大。 2011年甘肃电网发生的三次较大规模风机脱网事故就是由于上述原因造成的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述问题，提出一种适应大规模风电并网的无功电压控 制方法，以实现全局快速优化、分层电压调节、多尺度协调控制的新型电网控制模式，在保 障电网安全经济运行的前提下，大幅提高电网对新能源的接纳及送出能力，减小弃风，提高 新能源上网电量的优点。 为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是： -种，包括无功电压控制和无功优化； 所述无功电压控制包括：三级电压控制、二级电压控制和一级电压控制，所述三级 电压控制是最高层，三级电压控制以全网的经济运行为优化目标，且考虑稳定性指标，最后 给出中枢母线电压幅值的设定参考值，供二级电压控制使用； 所述二级电压控制主要目的是保证中枢母线电压等于上述设定的参考值，如果中 枢母线的电压幅值产生偏差，二级电压控制则选择就地控制本站无功补偿装置或按照预定 的控制规律向一级电压控制器下发调节命令； 所述一级电压控制为本地控制，控制本地发电机电压调节器、有载调压分接头、可 投切的电容器和动态无功补偿器，在一级电压控制中，控制设备通过保持输出变量无限接 近设定值来补偿电压的快速和随机的变化； 所述无功优化为将三级优化功能部署于调度主站，以网损最小为目标进行优化计 算，并将优化结果即子站电压参考值下发至子站，子站根据优化结果进行相应调节，从而达 到电压参考值目标，调整完成后由主站再次优化计算，根据检验优化结果进行再次调整，形 成循环，直到优化结果精确度满足预期要求为止，且加入电压判断环节，当优化过程中出现 电压越线时，可启动一级或二级电压控制模式。 优选的，所述三级优化具体步骤包括： 步骤201 :触发启动，在风电计划发生变化时触发启动优化流程并进行电压判断； 步骤202 :电压判断，判断全网各主站，中间站及终端站电压，当电压均满足运行 曲线要求时，启动三级优化控制模式，执行步骤203;否则闭锁，并启动一级或二级电压控 制丰吴式； 步骤203 :信息上送，由子站、执行站向主站上送电压及无功补偿运行状况信息并 执行步骤204 ; 步骤204 :优化计算，在主站进行全网潮流计算，状态估计，无功优化计算，从而得 到各子站电压参考值并信息下送； 步骤205 :信息下送，主站向子站下达电压参考值，进行子站电压控制调整； 步骤206 :子站电压控制调整，首先是子站内部无功补偿装置动作调整，其次基于 灵敏度分析原理进行子站电压控制。 优选的，所述二级电压控制模式具体步骤如下： 步骤301 :二级电压控制模式启动，判断子站电压，当某一子站电压不满足运行曲 线要求时启动二级电压控制模式，执行步骤302 ; 步骤302 :子站就地调节，若子站有就地无功补偿装置可调，可根据电压越线情况 进行就地调控，调控后判断子站电压，电压合格则结束二级电压控制，不合格则进行远方调 节，执行步骤303,若无就地无功补偿装置，直接执行步骤303 ; 步骤303 :启动远方调节，子站收集其他子站及下级执行站信息并根据灵敏度判 断选择纵向或横向调节优先级，若选择纵向调节优先，则执行步骤304,若选择横向调节优 先，执行步骤305 ; 步骤304 :纵向调节，下级执行站无功补偿对子站电压灵敏度排序，选择灵敏度最 高的执行站进行电压调控，执行站按照一级电压控制模型执行后再次判断子站电压，若电 压合格，则结束二级电压控制，不合格则返回循环执行步骤303至到子站电压合格为止； 步骤305 :横向调节，根据控制灵敏度选择联调子站，联调子站根据二级电压控制 模式进行电压调控后再次判断子站电压，若电压合格则结束二级控制，不合格则返回循环 执行步骤303至到子站电压合格为止。 优选的，所述一级电压控制模式，为面向设备级的控制，直接作用于调控设备，一 级电压控制中，首先调节动态无功补偿装置，其次调节风机无功出力；再次由执行站向上级 子站申请协调控制，子站在保证自身电压合格的情况下，进行子站本地调节或向其他执行 站下发控制信息，由其他执行站进行横向协调控制。 优选的，所述动态无功补偿装置包括动态无功补偿器、电容电抗、变压器分接头控 制和风机无功出力控制。 优选的，所述灵敏度分析： 设电力系统中节点i的发电机功率为PeJjQei，负荷功率为Pm+jQu?，以极坐标表 示节点电压时，节点的功率平衡方程为 Δ Pi = P^-Pn^-Ui Σ Uj (GijCos δ +BijSin δ u) = 〇 ⑴ Δ Qi = Qci-Q^i-Uj XUj (GijSin δ Jj-BijCos δ ^.) = 〇 其中，Pi为注入节点i的有功功率A为注入节点i的无功功率办为节点i的电 压；G iJjBij为节点i、j之间的导纳；δ u为节点i、j之间的电压相角差，δ u = δ「δ j， 若以p、u、χ分别表示扰动变量、控制变量和状态变量。电力系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，包括无功电压控制和无功优化；所述无功电压控制包括：三级电压控制、二级电压控制和一级电压控制，所述三级电压控制是最高层，三级电压控制以全网的经济运行为优化目标，且考虑稳定性指标，最后给出中枢母线电压幅值的设定参考值，供二级电压控制使用；所述二级电压控制主要目的是保证中枢母线电压等于上述设定的参考值，如果中枢母线的电压幅值产生偏差，二级电压控制则选择就地控制本站无功补偿装置或按照预定的控制规律向一级电压控制器下发调节命令；所述一级电压控制为本地控制，控制本地发电机电压调节器、有载调压分接头、可投切的电容器和动态无功补偿器，在一级电压控制中，控制设备通过保持输出变量无限接近设定值来补偿电压的快速和随机的变化；所述无功优化为将三级优化功能部署于调度主站，以网损最小为目标进行优化计算，将优化结果即子站电压参考值下发至子站，子站根据优化结果进行相应调节，从而达到电压参考值目标，调整完成后由主站再次优化计算，根据检验优化结果进行再次调整，形成循环，直到优化结果精确度满足预期要求为止，且加入电压判断环节，当优化过程中出现电压越线时，可启动一级或二级电压控制模式。...

【技术特征摘要】
1. 一种适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，包括无功电压控制和 无功优化； 所述无功电压控制包括：三级电压控制、二级电压控制和一级电压控制，所述三级电压 控制是最高层，三级电压控制以全网的经济运行为优化目标，且考虑稳定性指标，最后给出 中枢母线电压幅值的设定参考值，供二级电压控制使用； 所述二级电压控制主要目的是保证中枢母线电压等于上述设定的参考值，如果中枢母 线的电压幅值产生偏差，二级电压控制则选择就地控制本站无功补偿装置或按照预定的控 制规律向一级电压控制器下发调节命令； 所述一级电压控制为本地控制，控制本地发电机电压调节器、有载调压分接头、可投切 的电容器和动态无功补偿器，在一级电压控制中，控制设备通过保持输出变量无限接近设 定值来补偿电压的快速和随机的变化； 所述无功优化为将三级优化功能部署于调度主站，以网损最小为目标进行优化计算， 将优化结果即子站电压参考值下发至子站，子站根据优化结果进行相应调节，从而达到电 压参考值目标，调整完成后由主站再次优化计算，根据检验优化结果进行再次调整，形成循 环，直到优化结果精确度满足预期要求为止，且加入电压判断环节，当优化过程中出现电压 越线时，可启动一级或二级电压控制模式。2. 根据权利要求1所述的适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，所 述三级优化具体步骤包括： 步骤201 :触发启动，在风电计划发生变化时触发启动优化流程并进行电压判断； 步骤202 :电压判断，判断全网各主站，中间站及终端站电压，当电压均满足运行曲线 要求时，启动三级优化控制模式，执行步骤203 ;否则闭锁，并启动一级或二级电压控制模 式； 步骤203 :信息上送，由子站、执行站向主站上送电压及无功补偿运行状况信息并执行 步骤204 ; 步骤204 :优化计算，在主站进行无功优化计算，从而得到各子站电压参考值并信息下 送； 步骤205 :信息下送，主站向子站下达电压参考值，进行子站电压控制调整； 步骤206 :子站电压控制调整，首先是子站内部无功补偿装置动作调整，其次基于灵敏 度分析原理进行子站电压控制。3.根据权利要求2所述的适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，所 述二级电压控制模式具体步骤如下： 步骤301 :二级电压控制模式启动，判断子站电压，当某一子站电压不满足运行曲线要 求时启动二级电压控制模式，执行步骤302 ; 步骤302 :子站就地调节，若子站有就地无功补偿装置可调，可根据电压越线情况进行 就地调控，调控后判断子站电压，电压合格则结束二级电压控制，不合格则进行远方调节， 执行步骤303,若无就地无功补偿装置，直接执行步骤303 ; 步骤303 :启动远方调节，子站收集其他子站及下级执行站信息并根据灵敏度判断选 择纵向或横向调节优先级，若选择纵向调节优先，则执行步骤304,若选择横向调节优...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宁渤，路亮，黄华，周强，徐陆飞，腾贤亮，梁磊，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网甘肃省电力公司，甘肃省电力公司风电技术中心，国电南瑞科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11