一种实时区域电压协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及风力发电控制技术领域，尤其设及一种实时区域电压协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 对于规模化开发的风电场，由于风资源具有随机性、间歇性、波动性和不可调控性 等特点，伴随其发电也必然存在随机性和间歇性和不可控性，导致风电场电压出现波动。当 风电场发生电压较大扰动时，若没有足够的动态无功支撑，将引起风电场电压跌落。而风机 本身的低电压穿越能力十分有限，此时风电机组出于自身的保护，往往采取自动切除的方 式，造成系统有功失衡，影响系统稳定。同时，异步发电机不具备维持和调节机端电压水平 的能力，在运行时还要从系统吸收无功功率，因此电压稳定性问题比较突出。电压跌落后， 如果电网不能提供足够的无功，基于异步发电机的风电机组机端电压无法重建，导致整个 风电场中所有异步风电机组的超速保护或者低电压保护动作切除风电机组。
[0003] 随着风电在电网中所占的比例越来越大，风电并网必将对电力系统运行、调度及 控制造成影响。从运行调度的角度，大规模风电场并网给系统带来的影响主要有W下几个 方面： (1)风电场注入电网功率的强随机性，影响电网发电计划制定的准确性； 间风电场接入电网后，对无功电压调节与控制提出了新的要求； 间风电场接入电网后，增加了电网输电能力的安全分析和可靠运行的难度； (4)风电场接入电网后，增加了制定抵御意外扰动的策略和方式确定的难度。
[0004] 为缓解大规模风电送出对电网安全运行的影响，提高风电送出能力，在风电场内 通常设有有功控制、无功控制多套安全控制系统和装置，且在各750/330kV变电站还装有各 种类型的无功补偿设备，包括:SVC、SVG、可控高压电抗器、固定高低压电抗器、并联电容器 等。目前各种安全自动装置、控制系统、各类无功补偿装置都独立运行，由于没有投入相应 的控制系统，未能做到协调运行控制，使并网点当地电网电压波动不能得到有效控制；另一 方面，在电网故障时，不能起到抑制事故发展的作用，严重情况下还会起到推波助欄的作 用。
[0005] 其中，风电场所接入局部电网的无功支撑能力的强弱对风电场及其所并入电网的 正常运行都有着非常重要的影响，而并网风电场带来的无功电压问题则是目前倍受关注的 问题之一。虽然已经有许多研究针对风电并网对无功电压影响进行了仿真研究和评估，但 由于国内风电发展起步较晚，只在风电机组的控制策略、无功的优化选址W及风电场当地 控制策略等方面有所研究，尚未形成实用的商业系统，而对考虑风电场群、风电接入区域W 及全网无功电压的协调控制研究并不多见。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种实现对风电场无功电压协调控制的实时 区域电压协调控制方法。
[0007]为解决上述问题，本发明所述的一种实时区域电压协调控制方法，包括W下步骤： (1)选取最能代表控制区域内电压特性的母线作为中枢母线，W发电厂高压侧母线为控 制母线，发电机无功出力及容抗器为控制变量； 间建立中枢母线电压、控制母线电压与控制无功变量的灵敏度关系，即将非线性的潮 流方程通过增量和灵敏度线性化： 中枢母线邮二CfAQg;控制母线Ar好=谷g ; 式中：A^^p为中枢母线电压增量，Cg为中枢母线电压增量与无功变量增量线性化参 数，A這为控制无功变量，去枯为控制母线电压增量，为控制母线电压增量与控制无功 变量增量线性化参数； 间建立协调原则： ① 空间维协调:采取负荷侧容抗器补偿当地无功，电源侧发电机控制所述中枢母线电 压的协调方法； ② 时间维协调:将负荷变化趋势划分为转换阶段和平稳阶段;其中转换阶段容抗器优 先投切，平稳阶段发电机优先调节； (4)在一个控制周期内，对电容/电抗器投切进行连续化处理，求解扩展后的协调二级电 压控制模型，给出电容/电抗器及机组无功出力； 二次规划优化模型：
式中：为中枢母线电压，gg为机组无功出力，为容抗器无功出力； 上述模型的目标函数中第一项表示中枢母线偏差最小，第二项和第=项表示无功调节 量最小，通过调整权重系数h和r改变无功出力分布，增加机组无功储备； 二次型目标函数:中枢母线电压偏差最小 间建立线性约束条件：W控制变量表达
发电机无功上下限约束^0:^" < 避中婚S; 控制母线电压上下限约束 職苦信+;賴昏查 中枢母线电压上下限约束邱+吗这蜂空巧畐； 控禱线电压步长约束<; 做对电容/电抗器无功出力进行安全约束条件校验和归整处理，若满足动作条件，即进 行电容/电抗器投切； (7)电容/电抗器投切完成后，重新采集电压、无功等量测数据； 脚建立新状态下仅考虑机组无功出力的区域协调电压控制模型，给出机组无功控制策 略。
[0008] 本发明与现有技术相比具有W下优点： 1、本发明将电容/电抗器投切等效为虚拟发电机无功出力0。，其无功调节上、下限根 据母线上所挂接的各个无功补偿设备的运行状态和闭锁情况确定。
[0009] 2、本发明统一考虑了机组无功出力、电容器/电抗器投切等连续离散混合调节手 段之间的协调控制。
[0010] 3、本发明在电压控制数学模型中，在控制变量中包括了容抗器，并应用等效方法 对离散变量进行了处理，有效解决直接求解该问题难度增大且降低了控制决策的可靠性。
[0011] 4、本发明针对大规模集中化开发的千万千瓦级风电基地的中枢母线电压满足设 定值，即重要枢纽母线保证一定电压水平，使电源送出点电压满足要求，同时考虑到了规模 化开发的风电场中各种安全自动装置、控制系统、各类无功补偿装置都独立运行，没有投入 相应的控制系统，未能做到协调运行控制影响，将连续离散变量统一优化与分布决策相结 合，通过扩展协调电压控制对千万千瓦级风电基地各分区内无功电压调节手段进行协调控 审IJ，为大规模新能源基地的集群化、扁平化控制提供有效的策略。
[0012] 5、本发明可应用于风力场电压控制、风电场集群化控制、大型风电场无功调节、风 力发电功率预测等方面。
【附图说明】
[0013] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明。
[0014] 图1为本发明协调二级电压控制示意图。
[0015] 图2为本发明电容/电抗器等效模型。i 图中?为第i个发电机的无功出力;为第i个发电机的并网点电压;^为第i个 控制母线电压；为第i个中枢母线电压;Cg为中枢母线电压对发电机无功出力的灵敏 度;Oyg为控制母线电压对发电机无功出力的灵敏度;g