专利名称：一种风电场集中并网地区的无功电压紧急控制方法
技术领域：
本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说，本发明涉及一种风电场集中并网地区多无功源之间的紧急控制方法。
背景技术：
受风能自然特性的影响，风力发电区别于常规电源呈现出随机性、间歇性和波动性等特点。风力发电的另一显著特点是风电场运行时向电网输送有功功率的同时还需吸收无功功率，风电机组对并网点电压波动尤其敏感。加上我国风电开发采取的是“大规模集中开发，远距离高压传输”模式，大量风电机组集中接入电网结构薄弱的末端电网，加剧了风电的这些特点。我国风电基地内常见的并网形式为多台风电机组以风电场的形式通过升压站及传输线集中接入地区电网，两到三座风电场升压站共用一个汇集站集中接入更高电压等级的输电网，风电场内一般配备有大容量的静态无功补偿装置，用于维持风电场并网点(一般指升压变的高压侧)电压在合理的变化范围内。由于风电机组对并网点的电压比较敏感，当输电网或周边风电场发生严重故障时，易引发大规模风电机组连锁脱网。针对2011年酒泉风电基地和张北风光储基地发生的多起大规模风机连锁脱网事故分析可知，风电汇集地区缺乏有效的联合 无功调控能力，风电场均以各自并网点电压为控制目标进行独立调节，尤其对于共用汇集站情况，都以高压侧电压为目标，各自调整35kV侧无功补偿装置，多个节点的电压反复调节缺乏有效配合手段，甚至可能造成无功环流等情况。风电场集中并网地区缺乏有效的协调控制方法，而电网常规地区的电压紧急控制已见文献报道的主流方法有AVC体系下的二级电压紧急控制、多控制手段协调的分布式电压紧急控制、电压稳定后紧急控制、基于多代理技术的电压协调控制等。其中AVC方法和分布式电压紧急控制侧重的仍是基于潮流计算的优化控制方法，计算量大，控制周期长；电压稳定后紧急控制本质上仍是基于多代理技术，基于多代理技术的电压协调控制，是根据电压反馈信息从实时控制角度进行研究，该方法需要采集大量的信息，对通信实时性要求较高。这些方法未考虑风电的特性，均不能直接用于风电场集中并网地区。以上无功电压控制方法需针对风电场集中并网地区特点进行适应性改造，有如下专利进行了相关报道。中国专利文献号CN101719676A，申请公布日2010-06-02，记载了一种风电场的电压控制技术，该技术针对具有传输线的多风电场的电压协调控制，包括电压监控系统和多风场无功电压协调控制方法，通过将损耗优化算法应用到综合的多个风电场和传输线，达到在地方风电场和传输线之间转移无功负载，使得损耗最小化。但是上述技术主要针对的是常态下无功优化控制，利用风电场就地信息通过离线整定控制规律去协调周边联系密切的风电场，只适应小范围内若干个电气联系明确的风电场间的协调控制。中国专利文献号CN102769301A，申请公布日2012_11_07，记载了一种风电场风机端电压处于危险状态时的电压控制方法，该方法根据风机和风电场并网点电压处于安全状态还是危险状态进行分群而采取不同的控制措施，调整风电场内安全状态的风机和静态无功补偿装置至指定的无功目标值以支援危险状态的风机，无功目标值是通过无功源的电压偏移值和无功裕量情况进行综合计算而得出。但是上述技术主要针对的是单一风电场站内部的风机与静态无功补偿装置之间协调控制，在同场内电气关联紧密的情况下，同场电压变化趋势基本相同，很难对风机和静态无功补偿装置根据状态分群，也就不能进行无功互补控制。相关文献和专利，一般针对的是常规电网或者少量风电场之间的无功电压协调控制，更加注重的是常态下的优化控制，对于紧急情况下，风电集中并网地区的风电场间相互支援方法及多无功源间的协调控制方法，缺乏系统的研究，本发明填补了这一领域的研究空缺。
发明内容
本发明的目的是:提出一种风电场集中接入地区的无功电压紧急控制方法，以克服现有技术的不足之处，使分布在一定区域内的多座风电场中的静态无功补偿装置能进行更快速更有效的协调，以达到在紧急情况下共同完成电压协调控制任务的目的。具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤:I)各风电场进行就地电压自动控制，采集电气信息，进行就地电压态势判断以决定是否采取就地快速调控策略，并将电气信息和就地电压态势判断结果以风电场为单位汇总后上传给集控中心；2)集控中心汇总周边输电网电气信息和各风电场的就地电压态势判断结果，对风电场母线电压偏移程度进行排序确定电压调制点，定期计算和更新辖区内无功源的动态无功支撑能力预估指标并进行无功支撑能力排序，得到无功源支撑能力表；3)集控中心进行子 区综合电压态势判断，当子区综合电压态势判定结果是紧急态势时，则采取风电场侧就地控制措施，并在采取风电场侧就地控制措施后，根据本区域无功供求情况决定是否需周边区域参与协调控制；当紧急态势的判定结果还满足加快后续轮动作的条件时，则加快后续轮动作；当子区综合电压态势判定结果是警戒态势时，则直接根据本区域无功供求情况决定是否需周边区域参与协调控制；当子区综合电压态势判定结果是正常态势时，由各风电场进行就地电压自动控制以维持该场并网点电压稳定；如本区域无功供求情况显示当本区域无功供给大于等于最大无功需求时，则由本区域单独进行控制，集控中心根据电气关联表选择有效的控制节点范围，根据无功源支撑能力表确定有效节点范围内的无功源的调控顺序，根据无功控制量的估算方法决定每轮调整的无功源个数及对应各无功源的无功目标值，并将控制指令下发给各相关风电场；如本区域无功供求情况显示本区域无功供给小于最大无功需求时，则选择周边电气关联密切且无功备用较大的区域作为协控区域，由主控区域集控中心进行集中的无功协调控制，计算协控区域的总体无功目标值，协控区域集控中心再将收到的总体无功目标值进行分解，选择合适的无功源参与无功支援，并将控制指令下发给各相关风电场；4)如各相关风电场成功接收到集控中心下发的控制指令，则各相关风电场按照集控中心下发的无功控制目标值进行自主调节以达到集控中心要求的无功值；如有风电场未能成功接收到集控中心下发的控制指令，则该风电场则仍按照既定的就地控制策略进行自主电压控制以维持该场并网点电压稳定。本发明的有益效果如下:本发明方法中定义了子区综合电压态势判断，通过该判断可以快速的选择不同的控制策略；本发明还提出了电气关联表、无功支撑能力表，通过这两表可以快速的决定调控节点范围及无功源调控顺序，通过无功控制量预估计算可以算出每轮应该动作的无功源个数，依照无功支撑能力表中的排序依次进行调控，可将危险节点的电压尽快调回安全范围。相比于传统的按理想无功源特性考虑，将少数电压异常的风电场尽快调回正常范围的控制方法，本方法考虑了静态无功补偿装置在不同端电压下具有不同的响应能力，其适应性更强，更能为紧急状况下风电场并网点提供快速的无功支撑。
图1为风电场集中并网地区的无功电压紧急控制方法实施示意图。图2为风电场集中并网地区无功电压紧急控制的总体控制方案示意图。图3为风电场集中并网地区无功电压紧急控制方法的流程图。
具体实施例方式下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。本发明包含以下关键步骤:(I)电气信息采集:通过与风机集控系统、静态无功补偿装置控制系统进行通信以获取相应无功源的运行状态信息及无功裕量情况，对并网点及周边输电网电气信息进行采集以判断本地的电压情况，各风电场将场内上述信息采集汇总后，以风电场为单位集中上传至上级的控制站点。(2)电压态势判断:电压态势根据多个电压指标对当前电压安全程度及变化趋势进行综合判定，其中就地电压态势根据母线电压平均偏移值、母线电压平均变化率、暂态电压安全裕度、无功供求突变指标四个指标进行判定，用于决定是否优先采取就地控制措施，区域集控中心根据各风电场就地电压态势判定结果、有关输电线路电气信息及子区无功备用情况来综合判断本区域的电压情况及变化趋势，子区综合电压态势判定结果用于决定是采取子区内协调控制还是区间协调控制策略，是否加快后续轮动作速度。具体而言，电压平均偏移指标计算方法为:
权利要求
1.一种风电场集中并网地区的无功电压紧急控制方法，其特征在于，包括如下步骤: 1)各风电场进行就地电压自动控制，采集电气信息，进行就地电压态势判断以决定是否采取就地快速调控策略，并将电气信息和就地电压态势判断结果以风电场为单位汇总后上传给集控中心； 2)集控中心汇总周边输电网电气信息和各风电场的就地电压态势判断结果，对风电场母线电压偏移程度进行排序确定电压调制点，定期计算和更新辖区内无功源的动态无功支撑能力预估指标并进行无功支撑能力排序，得到无功源支撑能力表； 3)集控中心进行子区综合电压态势判断，当子区综合电压态势判定结果是紧急态势时，则采取风电场侧就地控制措施，并在采取风电场侧就地控制措施后，根据本区域无功供求情况决定是否需周边区域参与协调控制；当紧急态势的判定结果还满足加快后续轮动作的条件时，则加快后续轮动作；当子区综合电压态势判定结果是警戒态势时，则直接根据本区域无功供求情况决定是否需周边区域参与协调控制；当子区综合电压态势判定结果是正常态势时，由各风电场进行就地电压自动控制以维持该场并网点电压稳定； 如本区域无功供求情况显示当本区域无功供给大于等于最大无功需求时，则由本区域单独进行控制，集控中心根据电气关联表选择有效的控制节点范围，根据无功源支撑能力表确定有效节点范围内的无功源的调控顺序，根据无功控制量的估算方法决定每轮调整的无功源个数及对应各无功源的无功目标值，并将控制指令下发给各相关风电场； 如本区域无功供求情况显示本区域无功供给小于最大无功需求时，则选择周边电气关联密切且无功备用较大的区域作为协控区域，由主控区域集控中心进行集中的无功协调控制，计算协控区域的总体无功目标值，协控区域集控中心再将收到的总体无功目标值进行分解，选择合适的无功源参与无功支援，并将控制指令下发给各相关风电场； 4)如各相关风电场成功接收到集控中心下发的控制指令，则各相关风电场按照集控中心下发的无功控制目标值进行自主调节以达到集控中心要求的无功值； 如有风电场未能成功接收到集控中心下发的控制指令，则该风电场则仍按照既定的就地控制策略进行自主电压控制以维持该场并网点电压稳定。
2.根据权利要求1所述的风电场集中并网地区的无功电压紧急控制方法，其特征在于，所述的子区综合电压态势判断，是根据母线电压平均偏移值、母线电压平均变化率、暂态电压安全裕度、无功备用情况和无功供求突变指标来综合判定当前电压安全程度及变化趋势，并由多项无功电压相关指标综合判定结果决定，各指标分别如下式(I) (5)所示，相应的计算方法分别为: 电压平均偏移指标+1)的计算方法为:
3.根据权利要求1所述的风电场集中并网地区的无功电压紧急控制方法，其特征在于，所述的无功源支撑能力表，是通过准实时滚动计算动态无功支撑能力预估指标、按从大到小的顺序进行排序求得，其计算表达式为:
4.根据权利要求1所述的风电场集中并网地区的无功电压紧急控制方法，其特征在于，所述的电气关联表，是在已知控制节点间无功电压灵敏度后，事先离线计算出无功源节点对不同控制节点的关联程度，用以确定与节点电气联系紧密的无功调控节点范围，其计算表达式为:
5.根据权利要求1所述的风电场集中并网地区的无功电压紧急控制方法，其特征在于，所述的无功控制量的估算方法为:先根据电气关联表来确定联系紧密的调控无功源节点范围，再由无功源支撑能力表确定实际可调的无功源个数，综合以上两表结果，通过满足公式(9)的目标不等式来获得每轮应调节的无功源个数及调节容量；
全文摘要
本发明公开了一种风电场集中并网地区的无功电压紧急控制方法，属于技术领域。本发明包括电气信息采集、就地电压态势判断、子区综合电压态势判断、区域协调控制决策、无功支撑能力表、电气关联表、区域集控及就地控制。就地电压态势判断用于加快就地控制的动作速度，区域集控中心通过综合电压态势判断出本区域无功供需情况及电压变化趋势以选择合适的控制策略，依据电气关联表来界定有效的无功支援节点范围，再根据无功支撑能力表对有效范围内的无功源的动态无功支撑能力进行动态排序，选择合适的控制节点及无功源的调控顺序。本发明可解决风电场集中并网地区的多无功源间的协调控制问题，加强了无功电压紧急控制的可控性和时效性。
文档编号H02J3/16GK103248056SQ20131020213
公开日2013年8月14日 申请日期2013年5月25日 优先权日2013年5月25日
发明者罗剑波, 李琳, 陈汹, 陈永华, 李雪明, 许士光 申请人:南京南瑞集团公司