风速波动下风电送出系统无功电压主动控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风速波动下风电送出系统无功电压主动控制方法，根据下一时刻的预测风速，计算风电场有功出力预测值；采用优化算法计算在系统运行约束下能够满足目标函数并且能够维持并网点电压稳定的风电场的无功出力最优值；当风速波动造成无功调节能力小于无功出力最优值，启动无功电压主动控制策略，主动降低风电场有功功率以提高风电场无功调节能力，以无功出力最优值和降低后的有功出力预测值作为输出；当无功调节能力大于或等于无功出力最优值时，风电场以有功出力预测值和无功出力最优值作为输出。本发明专利技术能够在风速波动前进行提前控制，有效避免风速波动对电网电压造成较大影响，能够在保证电网安全性的前提下，实现经济效益最大化。

Reactive power and voltage active control method for wind power transmission system under wind speed fluctuation

The invention discloses an active control method for reactive power and voltage of wind power transmission system under wind speed fluctuation, calculates the predicted value of active power output of wind farm according to the predicted wind speed at the next moment, and calculates the reactive power of wind farm which can satisfy the objective function and maintain the voltage stability at the grid-connected point under the system operation constraint by adopting an optimization algorithm. When the wind speed fluctuation causes the reactive power regulation ability to be less than the optimal value of reactive power output, the active reactive voltage control strategy is started to reduce the active power of the wind farm to improve the reactive power regulation ability of the wind farm. When or equal to the optimal value of reactive power output, the wind farm takes the predicted value of active power output and the optimal value of reactive power output as its output. The invention can carry out advance control before the wind speed fluctuation, effectively avoid the wind speed fluctuation having a greater impact on the grid voltage, and can realize the maximum economic benefit on the premise of ensuring the security of the grid.

【技术实现步骤摘要】
风速波动下风电送出系统无功电压主动控制方法
本专利技术涉及风电控制领域，具体涉及风速波动下系统无功电压主动控制方法。
技术介绍
风力发电技术近年来在世界范围内得到了迅猛发展。风速波动具有随机性，风电机组的输出功率随风速波动变化，使电力系统的有功和无功平衡面临挑战。随着可再生能源发电需求的增加，我国风电装机容量快速增长，风电正在向“大规模集中开发、远距离高压输送”方向快速发展。由于大型风电场大多位于电网末端，电网对风电并网点的电压支撑不足，大规模风电场的功率波动加剧使并网点的电压问题更为突出，甚至造成系统电压问题。在风电场出口母线接入无功补偿装置是目前解决风电入网引起的无功电压问题的主要方法。但是，由于风速波动具有随机性和快速性的特点，通过投切电容器或电抗器平抑无功缺额难以满足补偿容量和响应速度的要求。静止无功补偿器可以对无功功率进行实时的平滑调节，是风电场无功补偿的常用手段。但是，风电场具有运行的多态性和输出的多样性特征，风电场中静止无功补偿器之间及其与风电机组之间的配合较为困难。特别是静止无功补偿器具有显著的滞后响应，无法快速响应风速波动，可能导致电网无功功率缺额，甚至出现电压过冲现象，造成风电机组连锁性脱网。目前，以双馈风电机组和直驱风电机组为代表的变速风电机组已成为风力发电的主流机型。变速风电机组能够通过变流器控制系统实现有功功率和无功功率的解耦控制，具有快速灵活的无功调控能力，适用于电压的动态调控。但是，目前风电场内的变速风电机组普遍采用单位功率因数运行，无功功率的控制优化值始终为零，远未发挥其可用于电压调控的潜力与优势。近些年，风电系统的无功电压控制问题得到了大量的关注。但是，现有的电压控制方法都是风速波动后对电压进行调整。由于风电场的无功出力受机组容量和变流器容量等物理条件的限制，变速风电机组具有无功极限。风速增大时风电场的无功调节能力随着有功出力的增大而减小。因此，在风速剧烈波动下，风电机组输出的无功功率可能无法满足系统电压稳定的无功需求。综上所述，随着风电装机容量的持续增加，风速波动造成电网电压不稳的情况日趋严重，但是现有的控制策略尚未充分挖掘风电机组的无功调节能力，没有协调变速风电机组的有功和无功出力实现系统安全性和经济性的最大化。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种风速波动下风电送出系统无功电压主动控制方法，解决现有技术中由于风速剧烈波动导致风电场无功调节能力减小而无法满足系统电压稳定需求的技术问题，能够在风速波动前对变速风电机组进行主动无功控制，充分挖掘变速风电机组的无功调节能力，有效避免风速波动对电网电压造成较大影响，实现对风速波动下的电力系统无功电压稳定控制，能够在保证电网安全性的前提下，实现经济效益最大化。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种风速波动下风电送出系统无功电压主动控制方法，用于火电机组与风电场群并网的电力系统，其中，火电机组的数量为n，风电场群中风电场的数量为m，根据风速预测信息主动降低风电机组的有功出力以提高其无功电压控制能力，从而实现对风速波动下的电力系统无功电压稳定控制，包括以下步骤：步骤1：从电网中获取并网点当前电压值Uacc，风电场群的当前无功出力向量QW、当前有功出力向量PW；其中，为第i个风电场当前无功出力值，为第i个风电场当前有功出力值，i∈{1,2,...,m}；步骤2：对系统进行潮流计算，得到并网点电压关于各个风电场无功出力的灵敏度向量S1，并网点电压关于各个风电场有功出力的灵敏度向量S2，第i个风电场的出口节点电压关于各个风电场有功出力的灵敏度向量第i个风电场的出口节点电压关于各个风电场无功出力的灵敏度向量其中，S1＝[B1B2...Bi...Bm]，Bi为并网点电压关于第i个风电场有功出力的灵敏度值，S2＝[A1A2...Ai...Am]，Ai为并网点电压关于第i个风电场无功出力的灵敏度值，为第i个风电场的出口节点电压关于第j个风电场有功出力的灵敏度，为第i个风电场的出口节点电压关于第j个风电场无功出力的灵敏度，j∈{1,2,...,m}；步骤3：根据下一时刻的风速预测信息，计算风电场群下一时刻的有功出力预测向量并结合当前有功出力向量PW、并网点电压关于各个风电场有功出力的灵敏度向量S1以及并网点当前电压值Uacc计算并网点电压预测值其中，为第i个风电场的有功出力预测值；步骤4：建立第一目标函数，以风电场群下一时刻的无功出力向量Q′W为变量，Q′W＝[Q′1,WQ′2,W...Q′i,W...Q′m,W]，其中，Q′i,W为下一时刻第i个风电场的无功出力值；根据第一目标函数和第一系统运行约束进行优化计算，求解风电场群下一时刻的无功出力向量Q′W的最优解，以该最优解作为的风电场群下一时刻的最优无功出力向量Qopt：为下一时刻第i个风电场的最优无功出力值；步骤5：根据风电场群的预测有功出力向量计算风电场群的无功调节能力向量Qmax；其中，为有功出力预测值为时第i个风电场的无功调节能力；步骤6：将最优无功出力向量Qopt中各最优无功出力值与无功调节能力向量Qmax中对应的无功调节能力一一进行比较；当第i个风电场的无功调节能力大于或等于对应的无功出力最优值时，进入步骤7；当第i个风电场的无功调节能力小于对应的无功出力最优值时，进入步骤8；步骤7：以有功出力预测值作为第i个风电场的最优有功出力第i个风电场以最优有功出力作为下一时刻的有功功率输出，并以无功出力最优值作为下一时刻的无功功率输出；步骤8：通过主动降低风电场有功功率以提高风电场的无功电压控制能力；降低第i个风电场的有功出力预测值直到第i个风电场的无功调节能力刚好上升至满足此时对应的第i个风电场的有功出力预测值记为P′max,i；以有功出力预测值P′max,i作为第i个风电场的最优有功出力第i个风电场以最优有功出力作为下一时刻的有功功率输出，并以无功出力最优值作为下一时刻的无功功率输出；步骤9：根据步骤6-8所确定的各风电场下一时刻无功功率输出，作为下一时刻风电场的无功功率输出控制指令，从而实现对风速波动下的电力系统无功电压稳定控制。优选的，步骤9之后进行步骤10：根据负荷预测，得到电力系统下一时刻的总有功负荷为以火电机组总费用最小为目标建立第二目标函数，结合步骤7和步骤8获得的各风电场下一时刻的有功出力，采用粒子群算法计算满足第二系统运行约束的各火电机组最优有功出力值，并将各火电机组最优有功出力值作为各火电机组下一时刻的有功出力。优选的，步骤4中以风电场群无功出力最小为目标建立第一目标函数：其中，Q′i,W为下一时刻第i个风电场的无功出力值。优选的，步骤4中第一系统运行约束包括并网点电压约束：Uacc,min≤U′acc≤Uacc,max其中，U′acc为下一时刻的并网点电压，Uacc,min为并网点允许的电压最小值，Uacc,max为并网点允许的电压最大值；下一时刻的并网点电压U′acc与风电场无功出力的关系为：其中，为并网点电压预测值，Q′W为下一时刻风电场群的无功出力向量，QW为风电场群的当前无功出力向量，S2为并网点电压关于各个风电场无功出力的灵敏度向量。优选的，步骤4中第一系统运行约束包括风电场出口点电压约束：Ui,min≤U′i≤Ui,maxU本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风速波动下风电送出系统无功电压主动控制方法，用于火电机组与风电场群并网的电力系统，其中，火电机组的数量为n，风电场群中风电场的数量为m，其特征在于：根据风速预测信息主动降低风电机组的有功出力以提高其无功电压控制能力，从而实现对风速波动下的电力系统无功电压稳定控制，包括以下步骤：步骤1：从电网中获取并网点当前电压值Uacc，风电场群的当前无功出力向量QW、当前有功出力向量PW；其中，

【技术特征摘要】
1.一种风速波动下风电送出系统无功电压主动控制方法，用于火电机组与风电场群并网的电力系统，其中，火电机组的数量为n，风电场群中风电场的数量为m，其特征在于：根据风速预测信息主动降低风电机组的有功出力以提高其无功电压控制能力，从而实现对风速波动下的电力系统无功电压稳定控制，包括以下步骤：步骤1：从电网中获取并网点当前电压值Uacc，风电场群的当前无功出力向量QW、当前有功出力向量PW；其中，为第i个风电场当前无功出力值，为第i个风电场当前有功出力值，i∈{1,2,...,m}；步骤2：对系统进行潮流计算，得到并网点电压关于各个风电场无功出力的灵敏度向量S1，并网点电压关于各个风电场有功出力的灵敏度向量S2，第i个风电场的出口节点电压关于各个风电场有功出力的灵敏度向量第i个风电场的出口节点电压关于各个风电场无功出力的灵敏度向量其中，S1＝[B1B2...Bi...Bm]，Bi为并网点电压关于第i个风电场有功出力的灵敏度值，S2＝[A1A2...Ai...Am]，Ai为并网点电压关于第i个风电场无功出力的灵敏度值，为第i个风电场的出口节点电压关于第j个风电场有功出力的灵敏度，为第i个风电场的出口节点电压关于第j个风电场无功出力的灵敏度，j∈{1,2,...,m}；步骤3：根据下一时刻的风速预测信息，计算风电场群下一时刻的有功出力预测向量并结合当前有功出力向量PW、并网点电压关于各个风电场有功出力的灵敏度向量S1以及并网点当前电压值Uacc计算并网点电压预测值其中，为第i个风电场的有功出力预测值；步骤4：建立第一目标函数，以风电场群下一时刻的无功出力向量Q′W为变量，Q′W＝[Q′1,WQ′2,W...Q′i,W...Q′m,W]，其中，Q′i,W为下一时刻第i个风电场的无功出力值；根据第一目标函数和第一系统运行约束进行优化计算，求解风电场群下一时刻的无功出力向量Q′W的最优解，以该最优解作为的风电场群下一时刻的最优无功出力向量Qopt：为下一时刻第i个风电场的最优无功出力值；步骤5：根据风电场群的预测有功出力向量计算风电场群的无功调节能力向量Qmax；其中，为有功出力预测值为时第i个风电场的无功调节能力；步骤6：将最优无功出力向量Qopt中各最优无功出力值与无功调节能力向量Qmax中对应的无功调节能力一一进行比较；当第i个风电场的无功调节能力大于或等于对应的无功出力最优值时，进入步骤7；当第i个风电场的无功调节能力小于对应的无功出力最优值时，进入步骤8；步骤7：以有功出力预测值作为第i个风电场的最优有功出力第i个风电场以最优有功出力作为下一时刻的有功功率输出，并以无功出力最优值作为下一时刻的无功功率输出；步骤8：通过主动降低风电场有功功率以提高风电场的无功电压控制能力；降低第i个风电场的有功出力预测值直到第i个风电场的无功调节能力刚好上升至满足此时对应的第i个风电场的有功出力预测值记为P′max,i；以有功出力预测值P′max,i作为第i个风电场的最优有功出力第i个风电场以最优有功出力作为下一时刻的有功功率输出，并以无功出力最优值作为下一时刻的无功功率输出；步骤9：根据步骤6-8所确定的各风电场下一时刻无功功率输出，作为下一时刻风电场的无功功率输出控制指令，从而实现对风速波动下的电力系统无功电压稳定控制。2.根据权利要求1所述的风速波动下风电送出系统无功电压主动控制方法，其特征在于：步骤9之后进行步骤10：根据负荷预测，得到电力系...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳金鑫，李梦阳，唐挺，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50