一种计及无功裕度优先级的海上风电场分布式优化方法及装置与流程

本发明涉及电网优化领域，尤其涉及一种计及无功裕度优先级的海上风电场分布式优化方法及装置。

背景技术：

1、目前，随着“双碳”目标的提出，以风能为代表的新能源所占比重和开发越来越多，风电的快速发展使得风电场容量不断增大。其中，海上风电场多基于直驱风机组建，站内线路以海底电缆为主，无功源具有总量大、分布广等特点，其对并网点电压的扰动也随着风电场容量的提升而越来越明显，对此就需要对其进行无功补偿和无功分配，保证系统和风电机组的稳定运行。

2、然而，现有的无功补偿和无功分配策略仍然存在各种问题，现有的海上风电场自动电压控制技术多设置为网损最低为目标运行，而如何根据无功裕度优先级对无功设备选择性出力、同时满足并网点电压的要求，是一个亟须解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种计及无功裕度优先级的海上风电场分布式优化方法及装置，所述方法能够根据实际运行工况需求调整静止无功发生器和风机换流器的无功输出，并满足并网点电压要求，实现了对海上风电场分布式优化的目的。

2、本发明一实施例提供了一种计及无功裕度优先级的海上风电场分布式优化方法，包括：

3、获取海上风电场开关站的目标电压幅值、预设的海上风电场电压标幺值范围、风电场中各静止无功发生器接入开关站母线的第一节点、风电场中各风机换流器接入开关站母线的第二节点、风电场中各电气装置的电气参数、风电场中各静止无功发生器的第一容量、风电场中各风机换流器的第二容量、风电场中各静止无功发生器的第一初始无功功率输出、风电场中各风机换流器的第二初始无功功率输出以及风电场中各风机换流器的第一初始有功功率输出；

4、根据所述第一容量、所述第二容量、所述第一节点以及所述第二节点，确定各静止无功发生器的第一无功裕度优先级系数以及各风机换流器的第二无功裕度优先级系数；

5、根据所述第二节点、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出以及所述第一初始有功功率输出，确定电压相量矩阵；

6、根据所述目标电压幅值、所述预设的海上风电场电压标幺值范围、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出、所述第一初始有功功率输出、所述风电场中各电气装置的电气参数、所述第二节点、所述第一无功裕度优先级系数、所述第二无功裕度优先级系数以及所述电压相量矩阵，构建分布式优化模型；

7、在接收到模型求解指令的情况下，根据所述模型求解指令重复执行迭代计算操作，直至得到风电场中各静止无功发生器的第一优化无功功率输出以及各风机换流器的第二优化无功功率输出；

8、根据所述第一优化无功功率输出以及所述第二优化无功功率输出分别对风电场中各静止无功发生器以及各风机换流器进行控制。

9、进一步地，所述根据所述第一容量、所述第二容量、所述第一节点以及所述第二节点，确定各静止无功发生器的第一无功裕度优先级系数以及各风机换流器的第二无功裕度优先级系数，包括：

10、计算各静止无功发生器的第一节点到风电场开关站母线所经海底电缆的距离，得到第一距离；

11、计算各风机换流器的第二节点到风电场开关站母线所经海底电缆的距离，得到第二距离；

12、根据各静止无功发生器的第一容量及对应的第一距离，计算得到各静止无功发生器的无功裕度优先级系数；

13、根据各风机换流器的第二容量及对应的第二距离，计算得到各风机换流器的无功裕度优先级系数。

14、进一步地，所述根据所述第二节点、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出以及所述第一初始有功功率输出，确定电压相量矩阵，包括：

15、将每一静止无功发生器的第一初始无功功率输出、每一风机换流器的第二初始无功功率输出以及每一风机换流器的第一初始有功功率输出作为参数，输入至预设的电力系统潮流仿真软件中，以使所述电力系统潮流仿真软件输出得到风电场中平衡母线对应的电压相量、风电场开关站母线对应的电压相量以及每一第二节点对应的母线的电压相量；

16、将所述风电场中平衡母线对应的电压相量、所述风电场开关站母线对应的电压相量以及每一所述第二节点对应的母线的电压相量按顺序排列，组成一电压相量矩阵。

17、进一步地，所述根据所述目标电压幅值、所述预设的海上风电场电压标幺值范围、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出、所述第一初始有功功率输出、所述风电场中各电气装置的电气参数、所述第二节点、所述第一无功裕度优先级系数、所述第二无功裕度优先级系数以及所述电压相量矩阵，构建分布式优化模型，包括：

18、根据所述电压相量矩阵、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出以及所述第一初始有功功率输出，构建第一初始矩阵变量；

19、构建等式约束对偶向量以及等式约束对偶矩阵，并将所述等式约束对偶向量以及所等式约束对偶矩阵内的元素设置为1；

20、根据所述等式约束对偶向量，计算得到不等式约束对偶矩阵；

21、构建松弛变量合集，并将所述松弛变量合集中的每一松弛变量矩阵内的元素设置为0；

22、根据所述风电场中各电气装置的电气参数以及所述第二节点，构建削减导纳矩阵；

23、根据所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出以及所述第一初始有功功率输出，构建母线注入功率上限矩阵以及母线注入功率下限矩阵；

24、根据所述目标电压幅值、所述海上风电场电压标幺值范围的上下限，构建电压上限矩阵以及电压下限矩阵；

25、设置惩罚系数，并根据所述惩罚系数、所述第一初始矩阵变量、所述等式约束对偶向量、所述等式约束对偶矩阵、所述不等式约束对偶矩阵、所述松弛变量合集、所述削减导纳矩阵、所述母线注入功率上限矩阵、所述母线注入功率下限矩阵、所述电压上限矩阵、所述电压下限矩阵、所述第一无功裕度优先级系数以及所述第二无功裕度优先级系数，构建所述分布式优化模型。

26、进一步地，所述在接收到模型求解指令的情况下，根据所述模型求解指令重复执行迭代计算操作，直至得到风电场中各静止无功发生器的第一优化无功功率输出以及各风机换流器的第二优化无功功率输出，包括：

27、获取所述分布式优化模型每次迭代结束后输出的函数值，

28、判断所述函数值是否小于预设值时，若是，将更新后的各静止无功发生器的无功功率输出以及更新后的各风机换流器的无功功率输出，分别作为风电场中各静止无功发生器的第一优化无功功率输出以及风电场中各风机换流器的第二优化无功功率输出；若否，则根据更新后的各静止无功发生器的无功功率输出以及更新后的各风机换流器的无功功率输出进行下一次迭代计算操作。

29、本发明一实施例还提供了一种计及无功裕度优先级的海上风电场分布式优化装置，包括：数据获取模块、无功裕度优先级确定模块、电压相量矩阵确定模块、分布式优化模型构建模块、模型求解模块以及控制模块；

30、所述数据获取模块，用于获取海上风电场开关站的目标电压幅值、预设的海上风电场电压标幺值范围、风电场中各静止无功发生器接入开关站母线的第一节点、风电场中各风机换流器接入开关站母线的第二节点、风电场中各电气装置的电气参数、风电场中各静止无功发生器的第一容量、风电场中各风机换流器的第二容量、风电场中各静止无功发生器的第一初始无功功率输出、风电场中各风机换流器的第二初始无功功率输出以及风电场中各风机换流器的第一初始有功功率输出；

31、所述无功裕度优先级确定模块，用于根据所述第一容量、所述第二容量、所述第一节点以及所述第二节点，确定各静止无功发生器的第一无功裕度优先级系数以及各风机换流器的第二无功裕度优先级系数；

32、所述电压相量矩阵确定模块，用于根据所述第二节点、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出以及所述第一初始有功功率输出，确定电压相量矩阵；

33、所述分布式优化模型构建模块，用于根据所述目标电压幅值、所述预设的海上风电场电压标幺值范围、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出、所述第一初始有功功率输出、所述风电场中各电气装置的电气参数、所述第二节点、所述第一无功裕度优先级系数、所述第二无功裕度优先级系数以及所述电压相量矩阵，构建分布式优化模型；

34、所述模型求解模块，用于在接收到模型求解指令的情况下，根据所述模型求解指令重复执行迭代计算操作，直至得到风电场中各静止无功发生器的第一优化无功功率输出以及各风机换流器的第二优化无功功率输出；

35、所述控制模块，用于根据所述第一优化无功功率输出以及所述第二优化无功功率输出分别对风电场中各静止无功发生器以及各风机换流器进行控制。

36、进一步地，所述根据所述第一容量、所述第二容量、所述第一节点以及所述第二节点，确定各静止无功发生器的第一无功裕度优先级系数以及各风机换流器的第二无功裕度优先级系数，包括：

37、计算各静止无功发生器的第一节点到风电场开关站母线所经海底电缆的距离，得到第一距离；

38、计算各风机换流器的第二节点到风电场开关站母线所经海底电缆的距离，得到第二距离；

39、根据各静止无功发生器的第一容量及对应的第一距离，计算得到各静止无功发生器的无功裕度优先级系数；

40、根据各风机换流器的第二容量及对应的第二距离，计算得到各风机换流器的无功裕度优先级系数。

41、进一步地，所述根据所述第二节点、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出以及所述第一初始有功功率输出，确定电压相量矩阵，包括：

42、将每一静止无功发生器的第一初始无功功率输出、每一风机换流器的第二初始无功功率输出以及每一风机换流器的第一初始有功功率输出作为参数，输入至预设的电力系统潮流仿真软件中，以使所述电力系统潮流仿真软件输出得到风电场中平衡母线对应的电压相量、风电场开关站母线对应的电压相量以及每一第二节点对应的母线的电压相量；

43、将所述风电场中平衡母线对应的电压相量、所述风电场开关站母线对应的电压相量以及每一所述第二节点对应的母线的电压相量按顺序排列，组成一电压相量矩阵。

44、进一步地，所述根据所述目标电压幅值、所述预设的海上风电场电压标幺值范围、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出、所述第一初始有功功率输出、所述风电场中各电气装置的电气参数、所述第二节点、所述第一无功裕度优先级系数、所述第二无功裕度优先级系数以及所述电压相量矩阵，构建分布式优化模型，包括：

45、根据所述电压相量矩阵、所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出以及所述第一初始有功功率输出，构建第一初始矩阵变量；

46、构建等式约束对偶向量以及等式约束对偶矩阵，并将所述等式约束对偶向量以及所等式约束对偶矩阵内的元素设置为1；

47、根据所述等式约束对偶向量，计算得到不等式约束对偶矩阵；

48、构建松弛变量合集，并将所述松弛变量合集中的每一松弛变量矩阵内的元素设置为0；

49、根据所述风电场中各电气装置的电气参数以及所述第二节点，构建削减导纳矩阵；

50、根据所述第一初始无功功率输出、所述第二初始无功功率输出以及所述第一初始有功功率输出，构建母线注入功率上限矩阵以及母线注入功率下限矩阵；

51、根据所述目标电压幅值、所述海上风电场电压标幺值范围的上下限，构建电压上限矩阵以及电压下限矩阵；

52、设置惩罚系数，并根据所述惩罚系数、所述第一初始矩阵变量、所述等式约束对偶向量、所述等式约束对偶矩阵、所述不等式约束对偶矩阵、所述松弛变量合集、所述削减导纳矩阵、所述母线注入功率上限矩阵、所述母线注入功率下限矩阵、所述电压上限矩阵、所述电压下限矩阵、所述第一无功裕度优先级系数以及所述第二无功裕度优先级系数，构建所述分布式优化模型。

53、进一步地，所述在接收到模型求解指令的情况下，根据所述模型求解指令重复执行迭代计算操作，直至得到风电场中各静止无功发生器的第一优化无功功率输出以及各风机换流器的第二优化无功功率输出，包括：

54、获取所述分布式优化模型每次迭代结束后输出的函数值，

55、判断所述函数值是否小于预设值时，若是，将更新后的各静止无功发生器的无功功率输出以及更新后的各风机换流器的无功功率输出，分别作为风电场中各静止无功发生器的第一优化无功功率输出以及风电场中各风机换流器的第二优化无功功率输出；若否，则根据更新后的各静止无功发生器的无功功率输出以及更新后的各风机换流器的无功功率输出进行下一次迭代计算操作。

56、通过实施本发明具有如下有益效果：

57、本发明提供了一种计及无功裕度优先级的海上风电场分布式优化方法及装置，所述方法综合考量了静止无功发生器与风电机组换流器控制器至并网点的电气距离，计算各设备的无功裕度优先级系数，然后求解当前海上风电场母线电压状态，并作为热启动初始解传递至构建完成的分布式优化模型，使得分布式优化模型不断进行迭代计算，直到判断迭代收敛后完成优化，并根据收敛后输出的第一优化无功功率输出以及第二优化无功功率输出，分别对风电场中各静止无功发生器以及各风机换流器进行控制。本发明基于无功裕度优先级系数、海上风电场母线电压状态以及风电场中各设备的当前工作状态，对分布式优化模型进行迭代求解，使得优化后的各静止无功发生器以及各换流器控制器能够根据实际运行工况需求调用静止无功发生器和风机的无功，并满足并网点电压要求，具有较高的工程实际应用价值。