风电外送的多类型无功补偿设备的协调无功电压控制方法技术

本发明专利技术提供一种风电外送的多类型无功补偿设备的协调无功电压控制方法，包括以下步骤：确定FACTS设备和常规无功补偿设备的协调控制原则；对输电通道的母线电压波动特性进行仿真分析；确定FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压控制灵敏度矩阵；建立并求解FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压优化模型。本发明专利技术提供的风电外送的多类型无功补偿设备的协调无功电压控制方法，发挥不同类型补偿设备的特点，将风电变化引起的输电通道母线电压波动控制在合理范围内，在确保电网安全的前提下进一步提升风电的接纳能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种控制方法，具体涉及一种风电外送的多类型无功补偿设备的协调 无功电压控制方法。
技术介绍
为了实现低碳、环保、绿色以及可持续发展的宏伟能源战略，我国近几年大力发展 可再生能源，针对可再生能源出台了一系列的标准和政策，在国家层面上给予强有力支持， 可再生能源取得了快速发展。尤其是风电，我国多个百万千瓦级风电基地已建设完成并接 入电网运行，规划的八个千万千瓦级风电基地也正逐步开展建设，我国风电的开发模式不 同于国外，是"以大规模集中接入、高压远距离输送、大范围消纳"为主，"以大规模分散接 入，就地消纳"为辅的模式。 大规模风电出力具有间歇性以及强随机性，风电出力的变化将影响到外送交流输 电通道的无功分布，进而改变输电通道的母线电压，整体表现是随着风电出力变化，输电通 道的母线电压随之波动，同时，由于风电大多接入偏远地区，外送通道的网架相对比较薄 弱，短路容量较小，因此，电压波动将被"放大"，波动幅度较大，甚至发生母线电压越限等运 行风险，大规模风电接入后无功电压控制难度加大等问题将凸显。 为了适应风电接入及外送，电网规划配置了大量无功补偿设备，无功补偿设备分 层分区分布，控制类型既有自动调节也有非自动调节，既有连续调节，也有离散调节，如何 协调这些不同特点的无功补偿设备进行控制，以平抑风电变化引起的母线电压波动将是一 个需要迫切解决的问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种风电外送的多类型无功补偿设备 的协调无功电压控制方法，发挥不同类型补偿设备的特点，将风电变化引起的输电通道母 线电压波动控制在合理范围内，在确保电网安全的前提下进一步提升风电的接纳能力。 为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案： 本专利技术提供一种，所述 多类型无功补偿设备包括FACTS设备和常规无功补偿设备；所述FACTS设备包括风电场侧 的FACTS设备和输电通道上的FACTS设备，所述风电场侧的FACTS设备包括风电场的SVC 和风电场的STATC0M;所述输电通道上的FACTS设备包括母线可控高抗、线路可控高抗和变 电站的SVC;所述常规无功补偿设备包括变电站机械式低压补偿设备；所述方法包括以下 步骤： 步骤1 :确定FACTS设备和常规无功补偿设备的协调控制原则； 步骤2 :对输电通道的母线电压波动特性进行仿真分析； 步骤3 :确定FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压控制灵敏度矩阵； 步骤4 :建立并求解FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压优化模型。 所述步骤1中，FACTS设备和常规无功补偿设备的协调控制原则包括： 1)输电通道750kV电压等级的母线电压运行范围为750~800kV，输电通道330kV 电压等级的母线电压运行范围为330~363kV; 2)FACTS设备随着风电出力的变化进行控制，将风电场与主网的无功交换控制 在-10~lOMvar以内； 3)风电最大出力下，协调控制FACTS设备和常规无功补偿设备，确保FACTS设备感 性补偿容量裕度最大化； 4)在风电出力下降过程中，优先动作FACTS设备，然后动作常规无功补偿设备，确 保常规补偿设备动作次数最小化； 5)在风电出力下降过程中，常规无功补偿设备的动作原则为先切电容再投电抗。 所述步骤2具体包括以下步骤： 步骤2-1 :由风电最大出力下降至零出力的过程中，设某风电出力运行点下输电 通道的母线初始电压为U。，按照固定步长降低风电出力，基于PSD-BPA电力系统仿真软件进 行潮流计算，计算风电出力降低后的输电通道的潮流；若潮流收敛，统计输电通道的母线电 压仏，计算输电通道的母线电压波动幅值|AU|，有|AU| =lUfUj;若潮流不收敛，则将固 定步长减少一半，继续基于PSD-BPA电力系统仿真软件进行潮流计算，直至潮流收敛，并计 算 |AU| ; 步骤2-2 :设输电通道的母线电压波动限值为AU_，判断输电通道的母线电 压波动幅值的最大值max{|A U|}是否大于A Umax，若max{|A U|}大于A Umax，将固定 步长减少一半，继续基于PSD-BPA电力系统仿真软件进行潮流计算，直至潮流收敛且 max{| AU|}彡AUnax; 步骤2-3 :统计分析风电出力变化过程中输电通道的母线电压随风电出力变化趋 势和母线电压波动幅值，并按照母线电压波动幅值统计母线分层分区分布的规律； 步骤2-4 :通过扩展潮流方程求得输电通道的母线波动幅值，所述扩展潮流方程 为： f(X，入）=F(x) + 入b= 0 (1) 其中，x表示状态向量，包括输电通道母线电压幅值和相角；f(x，A)表示扩展潮 流方程；A表示风电出力下降过程中的步长；b为表示风电出力运行点注入功率方向和大 小的向量；F(x)表示潮流方程。所述步骤3中，基于扩展潮流方程，定义输电通道上的FACTS设备为％T，风电场侧 的FACTS设备为，常规无功补偿设备为\s，将上述多类型无功补偿设备统一定义为控 制量u，则扩展潮流方程进一步写为： f(x,u,A) = 〇 (2) FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压控制灵敏度矩阵Sxu表示为：(31 其中，J表示雅克比矩阵。 所述步骤4中，建立FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压优化模型，具体过 程如下： 输电通道的母线电压为Up FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压控制灵敏 度矩阵为Sxu，控制量u的初始值为u。，控制量u的调整量为Au，第j台多类型无功补偿设 备控制量为u,，第j台多类型无功补偿设备控制调整量为AU]，且有-△<，表 示Auj的正向调整量，表示Auj的负向调整量，且A", >0;FACTS设备和常 规无功补偿设备的无功电压优化模型包括目标函数和约束条件，其中目标函数C(u)表示 为：(4) 其中，nt表示多类型无功补偿设备的类型总数，n,取3;nk表示第k种多类型无功 补偿设备的数量，wk表示第k种多类型无功补偿设备的权因子，< 为对应的成本系数， c；为A%的成本系数； 约束条件包括输电通道母线电压上限约束、输电通道的母线电压下限约束和多类 型无功补偿设备容量约束；分别表示为： SXU (5) SxuAd， (6) Ku0+AU<unax (7) 其中，1]_和U_分别是输电通道的母线电压上限和下限，u_和u_分别是多类型 无功补偿设备容量的上限和下限。 求解FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压优化模型，具体过程如下： 假定风电场侧的FACTS设备、输电通道上的FACTS设备和常规无功补偿设备对应 的权因子、成本系数相同，有： (1)对于风电场侧的FACTS设备，以风电场侧的FACTS设备对应的控制调整量 Auf，w最小为目标，对应的约束条件包括输电通道母线电压上限约束、输电通道的母当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
风电外送的多类型无功补偿设备的协调无功电压控制方法，所述多类型无功补偿设备包括FACTS设备和常规无功补偿设备；所述FACTS设备包括风电场侧的FACTS设备和输电通道上的FACTS设备，所述风电场侧的FACTS设备包括风电场的SVC和风电场的STATCOM；所述输电通道上的FACTS设备包括母线可控高抗、线路可控高抗和变电站的SVC；所述常规无功补偿设备包括变电站机械式低压补偿设备；其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤1：确定FACTS设备和常规无功补偿设备的协调控制原则；步骤2：对输电通道的母线电压波动特性进行仿真分析；步骤3：确定FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压控制灵敏度矩阵；步骤4：建立并求解FACTS设备和常规无功补偿设备的无功电压优化模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈得治，高峰，马世英，张爽，申旭辉，梁剑，宋云亭，吴丽华，邱丽萍，张志强，丁剑，王青，罗红梅，李再华，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网宁夏电力公司电力科学研究院，国网江西省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11