一种适用于风电场的静止同步补偿装置电压无功控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及静止同步补偿装置控制领域具体为一种适用于风电场的静止同步补 偿装置电压无功控制方法。
【背景技术】
[0002] 由于风能的间歇性和随机性，风电场有功、无功潮流经常发生变化，容易发生电压 稳定事故，并且随着风电场规模的增大，其对电网的影响也愈加严重。风电场并网运行的电 能质量问题可以不同程度地通过风电场无功功率补偿加以解决，为维护风力发电场的无功 平衡，必须实时对其进行无功功率补偿。
[0003] 静止同步补偿装置通过调整自身感性或容性电流，能够实现快速、平滑、可控的无 功功率补偿，在风电场得到广泛应用。现有静止同步补偿装置电压控制策略的研究，多是根 据高压侧母线电压额定值，确定所需总无功出力目标值，再根据一般性的无功补偿装置无 功分配原则，将总无功功率分配给每组感性支路和容性支路，没有详细分析无功补偿设备 的实际运行工况，也缺少对实际运行风电场无功补偿设备特殊要求的考虑。此外，现行的风 电场管理办法多是要求无功补偿装置采用电压控制，以风电场并网点电压为控制目标，且 能够对电压异常扰动实现快速响应；而风电场正常运行中又需要采用无功控制，实现与电 网无功交换最小，从而降低运行成本。但是在现有的无功补偿装置控制策略中，电压控制和 无功控制有时存在冲突，不可兼顾。传统的控制策略在电压不满足要求时会先调节电压，在 电压满足要求后会根据自动电压控制系统下发的无功指令对风电场输出的无功进行调节。 然而，在某些时候这样的调节可能会由于电压和无功的调节性质不一致而导致电压、无功 反复调节，引起无功补偿设备的频繁动作。或者会造成风电场在满足电压要求时，与电网产 生多余的无功交换，增大不必要的运行成本。
【发明内容】
[0004] (一）要解决的技术问题
[0005] 本发明针对上述问题，研究了一种更为详尽、实用的适用于风电场的无功补偿装 置控制策略。本发明详细考虑了系统电压的实时水平和静止同步补偿装置的实时工况，并 结合风电场系统对无功补偿的特殊要求，提出了一种适用于风电场的静止同步补偿装置电 压无功控制策略。在现有控制策略的基础上，给出针对不同工况的目标电压选择策略表，提 出了无源滤波器支路和静止同步补偿装置电压无功协调控制方法。
[0006] 静止同步补偿装置装设于风电场低压母线侧，实时监测并网点系统电压Us和无功 Qs，并根据不同Us和Qs水平，对照控制目标选择策略表，根据不同补偿目标，分析系统实时 功率状况和无功需求，从而确定无源滤波器支路和静止同步补偿装置的调整策略。图3所 示，所述无源滤波器支路和静止同步补偿装置的调整策略可以分以下3种情况确认电压控 制目标：当UP〈US时，判断系统电压出现异常，此时以控制电压为主要目标，分析无源滤波器 支路、静止同步补偿装置的可调整感性无功容量和补偿到目标电压所需的无功容量以确定 调压程度大小；当US〈UD时，判断系统电压出现异常，此时以控制电压为主要目标，分析无源 滤波器支路、静止同步补偿装置的可调整容性无功容量和补偿到目标电压所需的无功容量 以确定调压程度大小；当UD <us <UP时，判断系统电压正常，此时进行电压无功协调控制， 优先考虑调整静止同步补偿装置出力使电压、无功相协调。
[0007](二）技术方案
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于风电场的静止同步补偿装置电 压无功控制方法，所述方法分为如下步骤：
[0009] 静止同步补偿装置装设于风电场低压母线侧，实时监测并网点系统电压Us和无功 Qs;
[0010] 根据不同Us和Qs水平，对照控制目标选择策略表，根据不同补偿目标，分析系统实 时功率状况和无功需求，从而确定无源滤波器支路和静止同步补偿装置的调整策略；
[0011] 所述无源滤波器支路和静止同步补偿装置的调整策略分以下3种情况确认电压 控制目标：
[0012] 当UP〈US时：判断系统电压出现异常，此时以控制电压为主要目标，分析无源滤波 器支路、静止同步补偿装置的可调整感性无功容量和补偿到目标电压所需的无功容量以确 定调压程度大小；
[0013] iUs〈UD时，判断系统电压出现异常，此时以控制电压为主要目标，分析无源滤波 器支路、静止同步补偿装置的可调整容性无功容量和补偿到目标电压所需的无功容量以确 定调压程度大小；
[0014] 当UD<Us<UP时，判断系统电压正常，此时进行电压无功协调控制，优先考虑调 整静止同步补偿装置出力使电压、无功相协调。
[0015] 优选地，当UP〈US时具体操作步骤如下：
[0016] 比较将电压调到目标电压υτ所需感性无功容量Λ 与静止同步补偿装置剩余感 性无功容量QS1大小；
[0017] 若Λ 小于QS1，则感性无功增发ΛQp调整过程结束；
[0018] 若Λ 大于QS1，则优先考虑切除无源滤波器支路；
[0019] 如果电容器组没有投入即Qe。=0,则感性无功发最大，调整过程结束；
[0020] 如果电容器组有投入即％。>〇,计算切除一组无源滤波器支路后电压；
[0021] 若切除一组无源滤波器支路后电压高于目标电压，则切除后继续计算判断，直至 电压处于目标区域内；
[0022] 若切除一组无源滤波器支路后电压低于目标电压，则无源滤波器支路不切除，感 性无功发最大，调整过程结束。
[0023] 优选地，当US〈UD时具体操作步骤如下：
[0024] 比较将电压调到目标电压UT所需容性无功容量ΛQe与已投入感性无功容量Qs。大 小；
[0025] 若ΛQe小于Qs。，则感性无功减发ΛQe，调整过程结束；
[0026] 若ΛQ。大于Qs。，则优先考虑投入无源滤波器支路；
[0027] 先判断无源滤波器支路的投入运行情况：
[0028] 如果无源滤波器支路有备用容量即Qa>0,则计算投入一组无源滤波器支路后的电 压升商情况；
[0029] 如果投入一组无源滤波器支路后电压低于目标电压，则继续上述计算及投入过 程，直至电压处于目标电压区域内；
[0030] 如果无源滤波器支路全部投入即Qa=0后，电压仍低于目标电压，使静止同步补 偿装置增发容性无功；
[0031] 如果静止同步补偿装置发至最大容量，电压仍低于目标电压，则调整过程结束。
[0032] 优选地，当UD <Us <UP时具体操作步骤如下：
[0033] 调整到UD彡Us彡UP电压区间的同时进行电压无功协调控制，通过对k值大小进 行控制来间接调控风电场与电网无功交换的大小，无功交换容量越小，功率因数越高。
[0034] 优选地，所述控制目标选择策略表选择信息如下：
[0035]当Qs>0且UP〈US 时，UT =UEXP;
[0036]当Qs>0且UD 彡Us 彡UP 时，UT =Us_k(US_UD);
[0037]当Qs>0且US〈UD 时，UT =UD;
[0038]当Qs=0且UP〈US 时，UT =Up;
[0039]当Qs=0且UD <Us <Up时，UT =Us;
[0040]当Qs=0且US〈UD 时，UT =UD;
[0041]当Qs〈0且UP〈US 时，UT =UP;
[0042]当Qs〈0且UD 彡Us 彡UP 时，UT =Us+k(UP_US);
[0043]当Qs〈0且US〈UD 时，UT =UEXD。
[0044] (三）有益效果
[0045] 本发明在保证电压处在合格的范围内的同时，兼顾了合理的无功调节需求。本发 明在实现所述控制方法的基础上，实现风电场在满足电压控制目标的同时，做到与电网无 功交换最小，进而有效的降低风电场运行的成本。按照本发明的控制策略进行无功电压调 整，在临近标准规定的上限或下限时，优先考虑电容器支路的投切，以快速进行电压调节。 在偏离合格区间较少时，优先考虑动态支路的调节，以避免造成无功电流冲击，较平稳精确 进行电压无功协调调整。既保证了风电场电压处在合格的范围内，又兼顾了风电场与电网 无功女换最小，有效的提1? 了风电场系统的运彳丁效率。
【附图说明】
[0046] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0047] 图1是根据本发明一种适用于风电场的静止同步补偿装置电压无功控制方法一 个实施例的动态无功补偿装置的风电场典型接线图；
[0048] 图2是根据本发明一种适用于风电场的静止同步补偿装置电压无功控制方法一 个实施例的电压控制目标区间分区图；
[0049] 图3是根据本发明一种适用于风电场的静止同步补偿装置电压无功控制方法一 个实施例的风电场电压控制策略流程图；
[0050] 图4是根据本发明一种适用于风电场的静止同步补偿装置电压无功控制方法一 个实施例的当UP〈US时的控制流程图；
[0051] 图5是根据本发明一种适用于风电场的静止同步补偿装置电压无功控制方法一 个实施例的当US〈UD时的控制流程图；
[0052] 图6是根据本发明一种适用于风电场的静止同步补偿装置电压无功控制方法一 个实施例的当UD <Us <UP时的控制流程图。
【具体实施方式】
[0053] 下面结合说明书附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以 下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
[0054] 本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，以下结合说明书附图对本发明 作进一步说明：
[0055] 如图1所示，静止同步补偿装置装设于风电场低压母线侧，实时监测并网点系统 电压