一种基于总有功功率趋势预测的风电汇集站电压控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于总有功出力趋势预测的风电汇集站电压控制方法，尤其涉及一种基于总有功出力趋势预测的750kV/500kV风电汇集站电压控制方法，属于电力系统控制技术领域。该方法包括，下级330/220kV电网系统每次计算周期，读取当前时间以及未来一小时的风功率预测数据，并通过准稳态灵敏度计算出机组对指定线路的有功灵敏度，得出指定线路未来一小时的有功功率预测值，然后将线路的有功预测值总加得到整个750/500kV汇集变电站的未来一小时的总风电有功趋势，基于汇集变电站未来总风电有功输送趋势变化自动以实现电压优先控制，对750/500kV汇集变电站内电容器的优先投切判断，以此来满足风电汇集区的电压控制要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于总有功功率趋势预测的风电汇集站电压控制方法
本专利技术涉及一种基于总有功功率趋势预测的风电汇集站电压控制方法，尤其涉及一种基于总有功出力趋势预测的750kV/500kV风电汇集站电压控制方法，属于电力系统控制

技术介绍
自动电压控制(以下简称AVC，AutomaticVoltageControl)系统是实现电网安全(提高电压稳定裕度)、经济(降低网络损耗)、优质(提高电压合格率)运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统(EMS)之上，能够利用电网实时运行数据，从电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。AVC系统以电压安全和优质为约束，以系统运行经济性为目标，连续闭环地进行电压的实时优化控制，实现了无功电压协调控制方案的在线生成、实时下发、闭环自动控制等一整套分析、决策、控制，以及再分析，再决策、再控制的无功电压实时追踪控制问题，能够有效地克服传统的电网无功电压控制手段存在的不足，提高电网安全稳定经济运行的水平。随着能源短缺压力的日益增加、可持续发展的需要和环境保护意识的增强以及相关政策的提出，开发利用新能源已成为一种必然的趋势。风能作为一种清洁无污染的可再生能源，随着可再生能源法的实施，我国的风能利用已步入了快速发展的阶段。截止2015年，我国各个区域风电新增装机容量均保持增长态势，西北地区依旧是新增装机容量最多的地区，超过11GW，占总装机容量的38％。西北地区的风电汇集区主要是750/500kV变电站作为送出通道，下级为330/220kV的汇集变电站，作为330/110/35kV的水火电、风电场以及光伏电站的能源汇集点。750/500kV风电汇集区域的典型电网结构如附件图1所示。2011年在我国西北、华北等大规模风电并网区域，发生了多起大规模风机连锁脱网事故。调查显示,此类事故具有相似的发展过程。首先,由某处突发短路故障导致瞬时电压跌落,继而引起电气联系紧密的特定风场中的风机在短时间内部分或全部脱网。之后风场内馈线及风场间输电线传输功率减轻,线路充电电容以及风场升压站、区域汇集站内投入的并联电容发出的无功相对线路吸收无功过剩。由于本区域短路容量小,过剩无功导致系统电压大幅抬升,最终造成其他邻近风场内风机过电压保护动作。该过程促使系统过剩无功进一步增加,使发生风机脱网事故区域的面积继续扩大。徐峰达，郭庆来，孙宏斌等在《多风场连锁脱网过程分析与仿真研究[J]》(电网技术,2014,38(6):1425-1431)中对上述电压引起的多风场连锁脱网的一个实际案例进行了详细分析和仿真及结算，并得出结论：在事故发生前,多数风场风机已接近满发,运行人员为了防止汇集区内风电场的电压过低，在汇集站投入了较多电容器。当汇集区出现事故导致一座风场内风机脱网后,连接风场与电网的长线路由重载变为轻载,此时充电无功较大,而线路消耗无功急剧减少,汇集站投入的电容器也无法自动切除，加剧了系统无功过剩，从而进一步抬升区域电压、引起其他风场连锁脱网。通过分析可以看到，仅依赖汇集站电容器、电抗器进行来维持风电汇集区的电压水平，一方面由于风电有功出力自身的间歇变化引起电压大幅波动，可能造成电容器、电抗器设备的频繁投切，降低设备使用寿命；另一方面，也可能在事故等扰动情况引起汇集区的多风场连锁脱网。但是仅依赖汇集区风电场的无功调节能力进行汇集区电压调节，其总无功调节能力可能不足以应对在较大、较小等发电方式下的电压安全要求。因此，如何合理控制汇集站内的电容器、电抗器，是AVC自动控制中的难题。电网运行的准稳态灵敏度，其物理意义为在某节点上增加注入单位有功后，电网中各支路的有功变化。孙宏斌，张伯明，相年德在《准稳态的灵敏度分析方法》(中国电机工程学报，1999年4月V19N4，pp.9-13)中提出了准稳态灵敏度方法，与常规的静态的灵敏度分析方法不同，准稳态灵敏度方法考虑了电力系统准稳态的物理响应，计及系统控制前后新旧稳态间的总变化，有效提高了灵敏度分析的精度。该方法基于电力系统的PQ解耦模型，当发电机安装有自动电压调节器(AVR)时，可认为该发电机节点为PV节点；而当发电机装有自动无功功率调节(AQR)或自动功率因数调节(APFR)时，可认为该发电机节点与普通负荷节点相同均为PQ节点。此外，将负荷电压静特性考虑成节点电压的一次或二次曲线。这样所建立的潮流模型就自然地将这些准稳态的物理响应加以考虑，从而基于潮流模型计算出的灵敏度即为准稳态的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于总有功功率趋势预测的风电汇集站电压控制方法，尤其一种基于总有功出力趋势预测的750kV/500kV风电汇集站电压控制方法，采用已有的准稳态灵敏度方法，通过风功率预测以及准稳态灵敏度的计算，将风电场的功率预测折算到连接受端电网的线路上，计算出整个750/500kV汇集变电站的总风电有功趋势(未来一个小时)，基于汇集变电站未来有功输送趋势变化以实现自动电压优先控制，对750/500汇集变电站内电容器进行优先投切，来应对即将到来的功率变化。本专利技术提出的基于总有功功率趋势预测的风电汇集站电压控制方法，包括以下步骤：(1)设定风电汇集区电压控制周期；(2)在每个控制周期来临时，从电网能量管理系统(EMS)读入当前电网的潮流数据，当前电网的潮流数据包括节点电压、支路有功功率、支路无功功率、支路电流和开关刀闸状态，将电网划分为多个风电汇集分区Zn，每个风电汇集分区Zn包括一个上级电网的汇集变电站Tn，汇集变电站Tn的中压侧的出线线路(L1,...,Lj)，j为出线线路的序号，以及下级电网的风电场等值机组(G1,...,Gi)，每个等值机组对应一座下级电网中的风电场，i为风电场的序号；(3)从电网能量管理系统中读取并记录风电汇集分区Zn中每个风电场等值机组(G1,...,Gi)的当前有功功率值(P10,...,Pi0)，即与每个风电场等值机组相对应的各风电场的有功功率；(4)从电网能量管理系统中读取风电场等值机组的有功功率预测数据，该有功功率预测数据为全天的96点数据，每15分钟1个预测数据，读取未来1个小时的4个点数据，与步骤(3)读取的当前有功功率值，共5个点的数据，形成一个i*5维的矩阵，记为Fg，矩阵Fg中的元素Pi1～Pi4表示第i个风电场等值机组的未来1小时内4个点的有功功率预测数据：(5)根据步骤(4)获取的风电场等值机组有功功率预测数据，采用电网潮流计算中准稳态灵敏度计算方法，得到风电场等值机组(G1,...,Gi)对线路(L1,...,Lj)的有功灵敏度Sij，遍历风电汇集分区Zn中的所有风电场等值机组Gi和线路Lj，重复本步骤，得到所有有功灵敏度Sij，所有有功灵敏度Sij形成一个i*j阶灵敏度矩阵Sgl如下：(6)根据步骤(5)的灵敏度矩阵Sgl和步骤(4)的风电场等值机组有功功率预测数据Fg，分别计算得到风电汇集分区Zn中所有出线线路(L1,...,Lj)在未来一小时的预测有功功率，得到一个j*5阶矩阵Fl，矩阵Fl中，元素Fj0代表线路Lj当前时刻有功功率，Fj1、Fj2、Fj3、Fj4依次代表线路Lj未来一小时每15分钟点的预测有功功率：(7)根据步骤(6)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于总有功功率趋势预测的风电汇集站电压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)设定风电汇集区电压控制周期；(2)在每个控制周期来临时，从电网能量管理系统(EMS)读入当前电网的潮流数据，当前电网的潮流数据包括节点电压、支路有功功率、支路无功功率、支路电流和开关刀闸状态，将电网划分为多个风电汇集分区Zn，每个风电汇集分区Zn包括一个上级电网的汇集变电站Tn，汇集变电站Tn的中压侧的出线线路(L1,...,Lj)，j为出线线路的序号，以及下级电网的风电场等值机组(G1,...,Gi)，每个等值机组对应一座下级电网中的风电场，i为风电场的序号；(3)从电网能量管理系统中读取并记录风电汇集分区Zn中每个风电场等值机组(G1,...,Gi)的当前有功功率值(P10,...,Pi0)，即与每个风电场等值机组相对应的各风电场的有功功率；(4)从电网能量管理系统中读取风电场等值机组的有功功率预测数据，该有功功率预测数据为全天的96点数据，每15分钟1个预测数据，读取未来1个小时的4个点数据，与步骤(3)读取的当前有功功率值，共5个点的数据，形成一个i*5维的矩阵，记为Fg，矩阵Fg中的元素Pi1～Pi4表示第i个风电场等值机组的未来1小时内4个点的有功功率预测数据：...

【技术特征摘要】
1.一种基于总有功功率趋势预测的风电汇集站电压控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)设定风电汇集区电压控制周期；(2)在每个控制周期来临时，从电网能量管理系统(EMS)读入当前电网的潮流数据，当前电网的潮流数据包括节点电压、支路有功功率、支路无功功率、支路电流和开关刀闸状态，将电网划分为多个风电汇集分区Zn，每个风电汇集分区Zn包括一个上级电网的汇集变电站Tn，汇集变电站Tn的中压侧的出线线路(L1,...,Lj)，j为出线线路的序号，以及下级电网的风电场等值机组(G1,...,Gi)，每个等值机组对应一座下级电网中的风电场，i为风电场的序号；(3)从电网能量管理系统中读取并记录风电汇集分区Zn中每个风电场等值机组(G1,...,Gi)的当前有功功率值(P10,...,Pi0)，即与每个风电场等值机组相对应的各风电场的有功功率；(4)从电网能量管理系统中读取风电场等值机组的有功功率预测数据，该有功功率预测数据为全天的96点数据，每15分钟1个预测数据，读取未来1个小时的4个点数据，与步骤(3)读取的当前有功功率值，共5个点的数据，形成一个i*5维的矩阵，记为Fg，矩阵Fg中的元素Pi1～Pi4表示第i个风电场等值机组的未来1小时内4个点的有功功率预测数据：(5)根据步骤(4)获取的风电场等值机组有功功率预测数据，采用电网潮流计算中准稳态灵敏度计算方法，得到风电场等值机组(G1,...,Gi)对线路(L1,...,Lj)的有功灵敏度Sij，遍历风电汇集分区Zn中的所有风电场等值机组Gi和线路Lj，重复本步骤，得到所有有功灵敏度Sij，所有有功灵敏度Sij形成一个i*j阶灵敏度矩阵Sgl如下：(6)根据步骤(5)的灵敏度矩阵Sgl和步骤(4)的风电场等值机组有功功率预测数据Fg，分别计算得到风电汇集分区Zn中所有出线线路(L1,...,Lj)在未来一小时的预测有功功率，得到一个j*5阶矩阵Fl，矩阵Fl中，元素Fj0代表线路Lj当前时刻有功功率，Fj1、Fj2、Fj3、Fj4依次代表线路Lj未来一小时每15分钟点的预测有功功率：(7)根据步骤(6)的风电汇集分区Zn出线线路预测有功功率Fl，将所有出线线路(L1,...,Lj)得到的未来一小时的预测有功功率Fl进行累加，即将矩阵Fl中的竖列各值相加，得到一个1*5阶矢量Ln：Ln＝FlT*In＝[Ln,0Ln,1Ln,2Ln,3Ln,4]其中，为一个，上标T为矩阵转置，In为一个j阶单位矢量，In＝[1,1,...1]T，矢量Ln中的元素Ln,0为当前有功功率，Ln,1Ln,2Ln,3Ln,4依次代表了汇集变电站Tn未来一小时...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春雷，高泽明，王磊，陈大军，汤磊，王瑞欣，杨磊，程伦，王鹏，翟万生，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司，国家电网有限公司，北京清大高科系统控制有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13