考虑风电出力波动的海上风电经柔性直流送出时风电场群无功协调控制方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑风电出力波动的海上风电经柔性直流送出时风电场群无功协调控制方法，构造求解海上风电场群无功协调控制方案的优化模型，求解风电场群有功出力与其最优无功协调控制方案的定量关系，可以确保经柔性直流输电送出的海上风电场受风速变化影响下，有功出力存在较大波动性的情况下，风电场集电系统无功潮流分布的合理性，减少集电系统中的有功损耗及无功补偿的容量，降低海上风电工程建设造价和充分发挥海上风电场参与电网无功控制能力。该方法可适用于考虑风电出力波动的海上风电经柔性直流送出时风电场群无功协调控制求解，具有较高的计算效率，可为海上风电大规模送出时电力系统的无功

【技术实现步骤摘要】
考虑风电出力波动的海上风电经柔性直流送出时风电场群无功协调控制方法


[0001]本专利技术属于电力系统
，涉及海上风电场群的无功控制领域，尤其是涉及一种考虑风电出力波动的海上风电经柔性直流送出时风电场群无功协调控制方法。

技术介绍

[0002]随着海上风电向大规模、深远海发展，考虑到高压交流输电系统中长距离海缆的容升效应将制约电能的高效输出，海上风电经柔性直流系统送出已成为海上风电规模进一步扩大的必然选择。当海上风电经柔性直流送出时，当海上风电场集电系统无功潮流分布的合理性将直接影响输电系统的有功损耗及无功损失，虽然换流站可以提供一定的无功支撑能力以确保电能的高效输送。但是，风电场侧换流站的无功支撑能力受容量限制，当需要传输的有功功率较大时其无功支撑能力较为有限。海上风电场无功补偿不足时将制约风电电能的输出，因此，需要在换流站增设无功补偿装置或发掘风电机组的无功调节能力以保证海上风电场集电系统无功潮流分布的合理性。
[0003]为了在海上平台空间有限情况下考虑海上风电场的无功补偿配置问题，以及在造价小的情况下保证无功电压控制的灵活性。国家电网公司企业标准《海上风电场接入电网技术规定》指出：应充分利用风电机组自身的无功控制能力，优先发挥风电机组的无功调节作用，其次考虑在风电场安装集中无功补偿装置，这也符合国家标准《风电场接入电力系统技术规定》的思路。综上可见，海上风电场群无功协调控制方案的求解是海上风电场并网系统的关键技术问题之一。
[0004]为了对风电场群的无功出力进行优化协调，需要制定合适的优化目标。一般的无功控制研究中，机组无功出力与系统的静态电压稳定性息息相关，因此可将抑制关键节点的电压波动作为无功优化的控制目标以提高系统的静态电压稳定性。然而，当海上风电经柔性直流输电系统送出时，风电场侧换流站已为风电场群提供了一频率、幅值较为稳定的交流电压，海上风电场公共连接点的电压和幅值基本不变。因此，控制并网点电压作用不大；对于电网调度运行来说，往往不希望海上风电场从换流站吸收无功，也不需要海上风电场向直流输电系统注入无功，因此，控制海上风电场与柔性直流输电系统之间的交换无功尽量小以及有功输送量尽量大是一个较为合理的控制目标。
[0005]然而，由于风资源是随时间变化的，导致海上风电场输送的有功功率存在一定的波动性。风电场有功出力变化时，风电场群的无功出力协调优化的结果也会发生变化。因此，需要考虑海上风电场有功出力的波动性，提出相应的风电场群的无功协调控制方案。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于，为了确保海上风电场无功潮流分布的合理性，减少集电系统中的有功及无功损耗，降低海上风电工程建设造价和充分发挥海上风电场参与电网无功控制能力，提出一种考虑风电出力波动的海上风电经柔性直流送出时风电场群无功协调控制
方法。
[0007]为此，本专利技术的上述目的通过如下技术方案实现：
[0008]考虑风电出力波动的海上风电经柔性直流送出时风电场群无功协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0009]步骤S1、建立适用于无功协调优化的海上风电场群及其集电系统的简化数学模型；
[0010]1)建立海上风电场群及其集电系统的详细数学模型
[0011]海上风电场群及其集电系统的详细数学模型为包括风电、海缆、变压器、无功补偿装置等元件的电力系统潮流分析方程：
[0012][0013]其中，S
B
为节点集合，Q
Ri
为节点i处无功补偿发出的无功功率，额定P
Wi
和Q
Wi
分别为节点i风电场发出的有功功率和无功功率；V
i
为节点i的电压幅值；V
j
为节点j的电压幅值；Y
ij
为节点导纳矩阵元素。
[0014]2)建立适用于无功协调优化的海上风电场群及其集电系统的简化数学模型
[0015]由于海上风电场群往往包含几十到数百台风机，单独对每台风机的无功出力进行控制的方式较为繁琐且计算代价较大，考虑到海上风电场集电系统的拓扑结构多为链形结构，考虑到位于一条风电进线的风电机组之间电气距离很小，它们在控制问题中的控制特性基本一致，因此可将位于同一组串的风电机组进行统一的无功控制并在无功优化问题计算时等效为一台聚合模型并求解，这样原来一回进线的数学模型可以直接等效为一个节点，潮流方程维数可以大幅减少，相应的简化拓扑图如图1 所示。相应的简化数学模型为：
[0016][0017]其中，S
′
B
为简化网络的节点集合，Q
′
Ri
为简化网络中节点i处无功补偿发出的无功功率，P
′
Wi
和Q
′
Wi
分别为进线i处等效聚合风电机组发出的额定有功功率和无功功率；V
′
i
为简化网络中节点i的电压幅值；V
′
j
为简化网络中节点j的电压幅值；Y
′
ij
为简化网络中节点导纳矩阵元素。为方便表述，以下步骤中S
′
B
，Q
′
Ri
，P
′
Wi
，Q
′
Wi
，V
′
i
，V
′
j
，Y
′
ij
均记为S
B
，Q
Ri
，P
Wi
，Q
Wi
，V
i
，V
j
，Y
ij
。
[0018]3)计算等效风电机组的无功出力上限
[0019]风电机组的无功输出的范围一般以机组需运行在0.95(超前)～0.95(滞后)功率因数范围的方式指定，节点i等效风电发出的无功功率上限Q
max.i
为：
[0020][0021]其中，θ
max.i
为节点i的风电机组运行在0.95(滞后)功率因数时的功率因数角。
[0022]步骤S2、基于步骤S1所建立的海上风电场群及其集电系统的简化数学模型，构造同时考虑集电系统中的有功损耗及无功补偿容量的，用于求解无功协调优化控制方案的优化问题数学模型：
[0023][0024]其中，λ∈[0,1]为由实时风速决定的等效风电机组的有功出力系数，由于同一风电场中各台风机的经纬度相近，其接收的风能也相近，因此在本专利技术中认为，除故障情况外，同一风电场中的风机有功出力系数在任意时刻都是相等的，P
loss
为集电系统的有功损耗，Q
R
为海上升压站处增设无功补偿的容量，P
pcc
和Q
pcc
分别为换流站处的有功和无功注入，S
ij
为线路i
‑
j上流过的视在功率，S
ij.min
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.考虑风电出力波动的海上风电经柔性直流送出时风电场群无功协调控制方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤(1)：建立适用于无功协调优化的海上风电场群及其集电系统的简化数学模型；步骤(2)：基于步骤(1)所建立的海上风电场群及其集电系统的简化数学模型，构造同时考虑集电系统中的有功损耗及无功补偿容量的，用于求解无功协调优化控制方案的优化问题数学模型；步骤(3)：基于步骤(2)中的优化模型，使用多项式逼近配点法求解风电场群无功协调优化控制方案与风电场有功出力之间的定量关系。2.根据权利要求1所述的考虑风电出力波动的海上风电经柔性直流送出时风电场群无功协调控制方法，其特征在于：所述步骤(1)具体为：1)建立海上风电场群及其集电系统的详细数学模型：海上风电场群及其集电系统的详细数学模型为包括风电、海缆、变压器、无功补偿装置的电力系统潮流分析方程：其中，S
B
为节点集合，Q
Ri
为节点i处无功补偿发出的无功功率，额定P
Wi
和Q
Wi
分别为节点i风电场发出的有功功率和无功功率；V
i
为节点i的电压幅值；V
j
为节点j的电压幅值；Y
ij
为节点导纳矩阵元素；2)建立适用于无功协调优化的海上风电场群及其集电系统的简化数学模型将位于同一馈线的风电机组进行统一的无功控制并在无功优化问题计算时等效为一台聚合模型并求解，简化数学模型为：其中，S
′
B
为简化网络的节点集合，Q
′
Ri
为简化网络中节点i处无功补偿发出的无功功率，P
′
Wi
和Q
′
Wi
分别为进线i处等效聚合风电机组发出的额定有功功率和无功功率；V
i
′
为简化网络中节点i的电压幅值；V
′
j
为简化网络中节点j的电压幅值；Y
′
ij
为简化网络中节点导纳矩阵元素。为方便表述，以下步骤中S
′
B
，Q
′
Ri
，P
′
Wi
，Q
′
Wi
，V
i
′
，V
′
j
，Y
′
ij
均记为S
B
，Q
Ri
，P
Wi

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冰清，杨文斌，戚海峰，王霄鹤，陈晴，杨林刚，施朝晖，郦洪柯，谢瑞，徐晗，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：