一种基于无功电压灵敏度的海上风电场无功协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于无功电压灵敏度的海上风电场无功协调控制方法，具体为：检测各节点的电压、功率，判断并网点的电压是否越线；分配海上风电机组与无功补偿装置的无功出力；分配海上风电场内各风电机组的无功出力。本发明专利技术既可以充分利用风电机组自身无功调节能力，又可以减少海上风电场的无功补偿装置装设成本；利用无功电压灵敏度来分配海上风电场内无功电源的无功出力，能够充分利用风电机组的动态调节能力，一方面可以增大风电场内部的无功裕量，另一方面可以减小风电机组的无功出力负担以及实现海上风电机组与无功补偿装置无功出力的有序性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无功电压灵敏度的海上风电场无功协调控制方法
本专利技术属于海上风电场
，具体涉及一种基于无功电压灵敏度的海上风电场无功协调控制方法。
技术介绍
风力发电是新能源发电中技术最成熟且最具规模开发条件的发电方式之一。由于海上风电具备资源条件稳定、距离负荷中心较近等优势，近年来成为世界各国风电发展的重要方向。一方面，由于风资源的间歇性、随机性和波动性，风电出力的波动性会导致大型风电场并网点电压出现相应的波动。另一方面，由于海底电缆的充电无功大，海上风电场的并网点电压容易超标。所以对于海上风电场来说，有效的无功功率控制对保障并网点电压及整个发电场的稳定性极为重要。对于海上风电场来说，无功装置的装设成本大、装设难度高，而且海上风电场风电机组和无功配置之间缺乏协调控制，未能充分利用风电机组自身无功调节能力。而海上风电场普遍采用变速恒频运行的双馈异步风力发电机组，可实现有功和无功的解耦控制，所以将风电机组与无功补偿装置进行协调控制，这可以充分利用风电机组自身无功调节能力，又可以减少海上风电场的无功补偿装置装设成本。对于将风电机组与无功补偿装置进行协调控制，相关文献通过等比例分配控制等方式对各风电机组进行无功分配，但这没有充分考虑到各风电机组存在空间特性差异以及对系统的无功相应特性也不同。
技术实现思路
针对海上风电场的无功电压控制问题，为实现海上风电机组与无功补偿装置无功出力的协调配合和有序性以及减少海上风电场的无功出力。本专利技术提供一种基于无功电压灵敏度的海上风电场无功协调控制方法。r>本专利技术的一种基于无功电压灵敏度的海上风电场无功协调控制方法，包括以下步骤：步骤1：当海上风电场的并网点电压Upcc发生波动时，根据并网点电压的偏差ΔUpcc，计算并网点的无功缺额Qref、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min以及无功电压灵敏度矩阵S。步骤2：根据并网点的无功缺额Qref、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min，分配场内风电机组所需无功出力Qwind与无功补偿装置的无功出力Qs。步骤3：根据场内风电机组所需无功出力Qwind、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min以及无功电压灵敏度矩阵S，分配各风电机组的无功出力Qi。进一步的，步骤1具体为：首先获取风电场拓扑及线路参数，检测各节点的电压，功率。一次检测结束后判断并网点电压是否越线，包括：(1)若判定结果为“是”，则计算并网点的无功缺额Qref、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min以及无功电压灵敏度矩阵S。其中并网点的无功缺额Qref可利用PI调节可以得出缺额值，各风电机组的无功出力极限可以利用双馈式感应发电机组等值电路计算得出无功输出范围：针对转子电流极限，风电机组的无功出力极限为QsR：Xs＝Xσs+XM(2)式中Us，IRmax分别为定子侧电压、转子侧极限电流。Xσs，XM分别为定子漏抗和励磁电抗。Ps为风电机组的输出功率。针对定子电流极限，风电机组的无功出力极限为Qss：式中Ismax为转子侧极限电流。由式1、2可得，发电机组定子侧无功极限为QS：无功电压灵敏度的计算过程如下：在潮流计算中，节点电压以极坐标方式表示，系统节点功率修正方程可表示为：式中ΔP、ΔQ分别为有功功率微增向量和无功功率微增向量；Δθ、ΔV分别为节点电压相角微增量和电压幅值微增量；J为潮流计算中的雅克比矩阵。通常在高压电力系统中，有功功率主要与各节点电压的角度有关，无功功率与各节点电压幅值有关，采用P-Q潮流分解法思想，对J中参数进行简化，则有：△Q＝JQV△V/V(6)其中JQV如下式：联立上述式子展开得：进行化简得到电压灵敏度矩阵S为：△V＝(B″)-1(V)-1△Q＝S△Q(9)式中，B″矩阵元素计算如下式：式中，xij为支路ij的电抗，bi0为节点i的接地支路电纳。(2)若判定结果为“否”，则进行下一次检测。进一步的，步骤2具体为：根据步骤1所得到的风电场并网点的无功缺额Qref、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min，分配场内风电机组所需无功出力Qwind与无功补偿装置的无功出力Qs。在此优先调节海上风电机组的无功出力，判断并网点的无功缺额是否大于海上风电无功出力极限，包括：(1)若判定结果为“是”，即Qref>Qwind_max或Qref<Qwind_min，则此时保持场内风电机组所需无功出力Qwind为Qwind_max或Qwind_min，而根据并网点的无功缺额与海上风电无功出力极限，可得出无功补偿装置需要补偿的无功功率为：(2)若判定结果为“否”，即Qwind_min<Qref<Qwind_max，则此时保持场内风电机组所需无功出力为Qref。进一步的，步骤3具体为：根据步骤1所得出的场内风电机组所需无功出力Qwind、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min以及无功电压灵敏度矩阵S，分配各风电机组的无功出力Qi。将海上风电机组无功输出对并网点电压无功电压灵敏度依次排序，优先调节灵敏度最大的节点s1(风电机组)，判断场内风电机组所需无功出力Qwind是否大于s1风电机组的无功出力极限Qs1_max与Qs1_min，包括：(1)若判定结果为“是”，即Qwind>Qs1_max或Qwind<Qs1_min，则此时将s1节点无功输出保持为Qs1_max或Qs1_min，之后根据灵敏度顺序继续选择下一节点s2，继续进行判断直至选择到节点sk将场内风电机组所需无功出力Qwind分配完毕，则全部节点的无功输出为：式中，n为海上风电场内风电机组的组数。(2)若判定结果为“否”，即Qs1_min<Qwind<Qs1_max，则此时将s1节点无功输出保持为Qwind，其他节点无功输出保持为0。判断结束，进行相应的控制后，跳回步骤1继续检测各节点的电压，功率。本专利技术与现有技术相比的有益技术效果为：1.本专利技术通过利用无功电压灵敏度实现海上风电机组与无功补偿装置的无功出力协调分配，这可以充分利用海上风电机组自身无功调节能力，并且与未充分利用风电机组自身无功的协调控制方法比较，这种方法使得海上风电场装设无功补偿容量可以适当的减少，从而间接的减少海上风电场的无功补偿装置装设成本。2.本专利技术通过利用无功电压灵敏度实现海上风电场内无功电源无功出力，使得调节能力较好的风电机组可以充分利用，从而增大风电场内部的无功裕量，并且减小风电机组的无功出力负担以及实现海上风电机组与无功补偿装置无功出力的有序性。附图说明图1为分配海上风电场内无功电源无功出力流程图；图2为风电机组无功输出范围；图3为具体案例的线路连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无功电压灵敏度的海上风电场无功协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：当海上风电场的并网点电压U

【技术特征摘要】
1.一种基于无功电压灵敏度的海上风电场无功协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：当海上风电场的并网点电压Upcc发生波动时，根据并网点电压的偏差ΔUpcc，计算并网点的无功缺额Qref、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min以及无功电压灵敏度矩阵S；
步骤2：根据并网点的无功缺额Qref、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min，分配场内风电机组所需无功出力Qwind与无功补偿装置的无功出力Qs；
步骤3：根据场内风电机组所需无功出力Qwind、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min以及无功电压灵敏度矩阵S，分配各风电机组的无功出力Qi。


2.根据权利要求1所述的一种基于无功电压灵敏度的海上风电场无功协调控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
首先获取风电场拓扑及线路参数，检测各节点的电压、功率；一次检测结束后判断并网点电压是否越线，包括：
(1)若判定结果为“是”，则计算并网点的无功缺额Qref、各风电机组的无功出力极限Qi_max与Qi_min以及无功电压灵敏度矩阵S；
其中并网点的无功缺额Qref利用PI调节得出缺额值，各风电机组的无功出力极限利用双馈式感应发电机组等值电路计算得出无功输出范围：
针对转子电流极限，风电机组的无功出力极限为QsR：



Xs＝Xσs+XM(2)
式中，Us、IRmax分别为定子侧电压、转子侧极限电流，Xσs，XM分别为定子漏抗和励磁电抗，Ps为风电机组的输出功率；
针对定子电流极限，风电机组的无功出力极限为Qss：



式中Ismax为转子侧极限电流；
由式1、2可得，发电机组定子侧无功极限为QS：



无功电压灵敏度的计算过程如下：
在潮流计算中，节点电压以极坐标方式表示，系统节点功率修正方程表示为：



式中ΔP、ΔQ分别为有功功率微增向量和无功功率微增向量；Δθ、ΔV分别为节点电压相角微增量和电压幅值微增量；J为潮流计算中的雅克比矩阵；通常在高压电力系统中，有功功率主要与各节点电压的角度有关，无功功率与各节点电压幅值有关，采用P-Q潮流分解法思想，对J中参数进行简化，则有：
△Q＝JQV△V/V(6)
其中JQV如下式：



联立上述式子展开得：



进行化简得到电压灵敏度矩阵S为：
△V＝(B″)...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜婉琳，马明，王玲，雷二涛，徐柏榆，金莉，唐挺，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44