一种风电场自动电压系统的控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风电场自动电压系统的控制方法，通过分析现有无功补偿方式的响应速度、补偿量的多少以及使用条件的限制素，并根据不同无功电源的特点提出一种基于实际应用的风电场自动电压控制系统优化控制方法，策略分为稳态控制方法和暂态控制方法两部分。本发明专利技术使得风电场在能够提供足够的无功出力的前提下拥有充足的无功储备容量去应对系统故障，保证风电场处于最经济的运行状态，并在此基础上，完成风电场内众多无功源协调有序的运行、切换。

A control method of automatic voltage system in wind farm

The invention discloses a control method of automatic voltage system of wind farm. By analyzing the response speed, the amount of compensation and the limiting factors of using conditions of the existing reactive power compensation method, and according to the characteristics of different reactive power sources, an optimized control method of automatic voltage control system of wind farm based on practical application is proposed. The strategy is divided into steady-state control method and transient control method The two part. The invention enables the wind farm to have sufficient reactive power reserve capacity to deal with system failure under the premise of providing enough reactive power output, and ensures the wind farm to be in the most economical operation state. On this basis, the coordinated and orderly operation and switching of many reactive power sources in the wind farm are completed.

【技术实现步骤摘要】
一种风电场自动电压系统的控制方法
本专利技术属于电力系统及其自动化领域，具体涉及一种风电场自动电压系统的控制方法。
技术介绍
近年来随着风电技术的发展，风电机组的单机容量逐步提升，风电场的规模也日益扩大，风电场对于电网的影响已经无法忽略，与此同时，挖掘双馈异步风力发电机(Double-FedInductionGenerator，DFIG)和直驱式风力发电机无功潜力的呼声也越来越高，风电场传统的无功补偿方式已经难以适应我国风电当前的发展形势。因此，从2010年起国内的一些风电场开始按照火电厂的模式，在风电场内建设自动电压控制系统。通过建设自动电压控制系统可提高风电场自身的运行安全性，并使其参与到所连电网的优化运行以及改善电网局部电压水平的工作当中。风电场自动电压控制系统指的是通过控制本地无功源，实现公共连接点电压稳定在要求范围内，或是使无功功率能够快速满足调节要求的闭环软、硬件系统。其控制目标是：以调节成本最小的方式，使风电场公共连接点的电压维持在要求范围内，从而保证风电场的电压安全。当前，我国风电场自动电压控制系统的控制方法可按控制目标的不同和控制的先后顺序的不同大致分为三类：第一类是只调用动态无功补偿装置而不调用风机；第二类是优先调用风电机组而后调用动态无功补偿装置；第三类是风电机组和动态无功补偿装置同时调用。每一类控制方法都存在一定的局限性，因此需要根据风电场所接电网的具体情况制定合理的自动电压控制控制方法。在风电场自动电压控制系统控制方法中，除了要协调好风电机群和动态补偿装置间的出力次序外，还要考虑风电机组间的无功分配方法。目前风电场自动电压控制系统采用的风电机组间无功分配方法多是等功率因数分配法，按照此种方式在风电机组间分配无功的自动电压控制系统，虽能保证风电场公共连接点的电压稳定在要求范围内，但由于不同的无功源调节成本不同，故无法保证风电场处于最经济的运行状态，且机组无功容量未能得到充分利用。因此，有必要针对当前风电场自动电压控制系统控制方法存在的问题进行深入研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种风电场自动电压系统的控制方法。实现本专利技术目的的技术方案为：一种风电场自动电压系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1、根据风电场内不同无功源的特点，进行风电场自动电压系统稳态控制；步骤2、通过二阶振荡粒子群算法对含混合罚函数的无功优化模型进行计算；步骤3、通过改变双馈异步风力风电机换流器控制方法以改进双馈异步风力风电机换流器；步骤4、通过自动电压控制系统控制动态无功补偿装置与改进的双馈异步风力风电机换流器相配合，实现风电场自动电压系统暂态控制。进一步，步骤1中，稳态控制方法为由自动电压系统控制风电场内所有具有无功补偿能力的双馈异步风力发电机及动态无功补偿装置，根据上级调度命令通过对风机主控系统发送的机组运行数据进行计算得到所有在运行的双馈异步风力发电机的无功出力以及动态无功补偿装置的无功出力。进一步，步骤2中，为使无功出力分配方式保证风电场运行于最经济的状态，且由于风电场内众多设备的数学模型为非线性模型，其无功出力仅能在有限范围内调节，所涉及的优化问题为带约束的非线性最优化问题，因此在自动电压控制系统中引入含混合罚函数优化模型，采用二阶振荡粒子群方法改善算法的全局收敛性。进一步，步骤3中，对双馈异步风力发电机换流器的控制系统进行改进，将两个直流母线切换开关安装在转子侧换流器和直流母线电容间的线路上，自动电压控制系统下发命令时将换流器内的直流母线切换开关断开，双馈异步风力风电机换流器切换至暂态运行模式，使换流器的容量全部用来向电力系统输送无功功率。进一步，步骤4中，暂态控制方法为动态无功补偿装置不再受自动电压控制系统的控制，以恒电压模式的本地运行方式继续运行，同时，自动电压系统对风电场的双馈异步风力发电机的无功出力进行控制，令部分有功出力较小的机组切换至改进的换流器暂态运行模式，达到最大无功出力，在故障发生后2s内的这段时间内协助电网恢复电压。本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：(1)不仅能够保证风电场公共连接点的电压稳定在要求范围内，而且能够保证风电场处于最经济的运行状态，且机组无功容量能够得到充分利用；(2)自动电压控制稳态优化控制方法能够使风电场公共连接点点电压稳定在规定的范围内且通过无功优化模型对风电场总无功出力进行最优分配时造成的有功损耗，较当前自动电压控制系统使用的恒功率因数分配法造成的有功损耗更小；(3)自动电压控制暂态优化控制方法能够在系统发生故障时，改善公共连接点点电压跌略的程度，在一定程度上减轻系统电压跌落对双馈异步风力风电机造成的不良影响；(4)在系统故障切除后，通过将风电场内一些小出力或停机的机组变为“临时”静止无功发生器，并使其余机组通过网侧换流器对系统进行最大化的无功补偿后，能够使系统电压在更短的时间内恢复到额定电压的90％，在一定程度上提高风电场所接输电系统的电压恢复能力，具有较高的工程实用价值。附图说明图1是本专利技术风电场自动电压系统控制方法的流程图。图2是本专利技术稳态控制方法逻辑框图。图3是本专利技术换流器改进结构示意图。图4是本专利技术暂态控制方法逻辑框图。图5是本专利技术网侧换流器控制方法原理图。具体实施方式为了解决上述技术问题，本专利技术根据风电场内的不同无功电源的特点，提出一种风电场自动电压系统的控制方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤一、根据风电场内不同无功源的特点，提出风电场自动电压系统稳态控制方法；步骤二、对无功模型进行优化，在控制公共连接点稳态电压的同时，减小风电场有功损耗；步骤三、通过改变双馈异步风力发电机换流器控制方法以改进双馈异步风力发电机换流器；步骤四、在自动电压控制系统的控制下通过动态无功补偿装置和经改造的双馈异步风力发电机换流器，以实现暂态控制方法；进一步，步骤一中，稳态控制方法为由自动电压系统控制风电场内所有具有无功补偿能力的双馈异步风力发电机及动态无功补偿装置，根据上级调度命令通过对风机主控系统发送的机组运行数据进行计算得到所有在运行的双馈异步风力发电机的无功出力以及动态无功补偿装置的无功出力。进一步，步骤二中，为使无功出力分配方式保证风电场运行于最经济的状态，且由于风电场内众多设备的数学模型为非线性模型，其无功出力仅能在有限范围内调节，所涉及的优化问题为带约束的非线性最优化问题，因此在自动电压控制系统中引入含混合罚函数优化模型，采用二阶振荡粒子群方法改善算法的全局收敛性，具体控制逻辑如图2所示。当前的自动电压控制系统多采用等功率因数分配的方式对双馈异步风力风电机的无功出力进行分配，此种无功出力分配方式并不一定能保证风电场运行于最经济的状态，且由于风电场内众多设备的数学模型为非线性模型，其无功出力仅能在有限范围内调节，所涉及的优化问题为带约束的非线性最优化问题。因此需要在自动电压控制系统中引入含混合惩罚函数优化算法：1、目标函数为达到在满本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电场自动电压系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、根据风电场内不同无功源的特点，进行风电场自动电压系统稳态控制；/n步骤2、通过二阶振荡粒子群算法对含混合罚函数的无功优化模型进行计算；/n步骤3、通过改变双馈异步风力风电机换流器控制方法以改进双馈异步风力风电机换流器；/n步骤4、通过自动电压控制系统控制动态无功补偿装置与改进的双馈异步风力风电机换流器相配合，实现风电场自动电压系统暂态控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种风电场自动电压系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据风电场内不同无功源的特点，进行风电场自动电压系统稳态控制；
步骤2、通过二阶振荡粒子群算法对含混合罚函数的无功优化模型进行计算；
步骤3、通过改变双馈异步风力风电机换流器控制方法以改进双馈异步风力风电机换流器；
步骤4、通过自动电压控制系统控制动态无功补偿装置与改进的双馈异步风力风电机换流器相配合，实现风电场自动电压系统暂态控制。


2.根据权利要求1所述的风电场自动电压系统的控制方法，其特征在于，步骤1中的稳态控制方法具体为：
由自动电压系统控制风电场内所有具有无功补偿能力的双馈异步风力发电机及动态无功补偿装置，根据上级调度命令通过对风机主控系统发送的机组运行数据进行计算得到所有在运行的双馈异步风力发电机的无功出力以及动态无功补偿装置的无功出力。


3.根据权利要求1所述的风电场自动电压系统的控制方法，其特征在于，步骤2中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵天乐，鲁裕婷，张馨文，张晶，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32