雙饋風電場無功控制的調控方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種雙饋風電場無功控制設備的調控方法，一雙饋風電場無功控制系統(tǒng)包括一外環(huán)系統(tǒng)、中環(huán)系統(tǒng)及內環(huán)系統(tǒng)，并建立以下關系：利用外環(huán)系統(tǒng)計算風電場為響應電網(wǎng)調度中心的調節(jié)指令所需調整的指令參考值；設定中環(huán)系統(tǒng)的輸入量為外環(huán)系統(tǒng)的指令參考值，輸出量為n臺雙饋風電機組無功功率的參考值，反饋量為n臺雙饋風電機組實際無功功率值之和：，式中為第i臺雙饋風電機組的實際無功發(fā)生值；設定內環(huán)系統(tǒng)輸入量為中環(huán)系統(tǒng)的輸出參考值，輸出量和反饋量為各雙饋風電機組的實際無功發(fā)生值形成一閉環(huán)系統(tǒng)。
【專利說明】雙饋風電場無功控制的調控方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)控制領域，尤其針對大型雙饋風電機組構成的雙饋風電場的無功控制參數(shù)進行調控。
【背景技術】
[0002]在資源日益枯竭和環(huán)境問題日益嚴重的今天，為了保持能源經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，風能被大規(guī)模開發(fā)。但是大規(guī)模風電并網(wǎng)后，風機大面積脫網(wǎng)事故頻發(fā)。據(jù)甘肅省電力公司統(tǒng)計，2011年2月24日至2011年4月底，酒泉風電基地風電場累計發(fā)生各類風機大面積脫網(wǎng)事故43次。而風電發(fā)展較快的內蒙古、吉林等地也先后多次發(fā)生過風機大面積脫網(wǎng)事故。據(jù)初步分析，此類事故的起因主要是不具備故障穿越能力的風電場的電纜頭等設備質量較差，而導致事故急劇擴大的原因則為風電場內的無功補償裝置不能正確、快速動作致使電壓進一步惡化。
[0003]缺乏合理無功控制措施的風電大規(guī)模并網(wǎng)后，直接威脅電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，風電并網(wǎng)后的無功電壓問題已經(jīng)成為制約風電發(fā)展的一個瓶頸。針對風電場無功電壓控制技術，目前研究處于起步階段，尚未形成一套系統(tǒng)的理論和方法，相關工程應用也較少，遠遠滯后于無功補償技術的進步，成為解決風電無功電壓問題的主要障礙。因此，建立風電場群無功控制系統(tǒng)，增強風電的無功可調度性、可控性是解決風電并網(wǎng)后無功電壓問題最為重要而急迫的課題。

【發(fā)明內容】

[0004]綜上所述，確有必要提供一種能夠合理控制風電場無功電壓的無功控制參數(shù)的調控方法。
[0005]一種雙饋風電場無功控制的調控方法，包括一雙饋風電場無功控制系統(tǒng)，所述雙饋風電場無功控制系統(tǒng)包括一風電場控制層、一機群控制層以及一雙饋風電機組控制層，所述風電控制層、機群控制層及雙饋風電機組控制層分別構成所述雙饋風電場無功控制系統(tǒng)的外環(huán)系統(tǒng)、中環(huán)系統(tǒng)及內環(huán)系統(tǒng)；所述外環(huán)系統(tǒng)、中環(huán)系統(tǒng)和內環(huán)系統(tǒng)之間的連接關系通過以下方式建立:Ca)利用外環(huán)系統(tǒng)計算風電場為響應電網(wǎng)調度中心的調節(jié)指令所需調
整的指令參考值2念；(b)設定中環(huán)系統(tǒng)的輸入量為外環(huán)系統(tǒng)的指令參考值β笑，輸出量為η臺雙饋風電機組無功功率的參考值…Cf，反饋量為η臺雙饋風電機組實際
無功功率值之和:Q& =XQa，式中η為第i臺雙饋風電機組的實際無功發(fā)生值；(c)設
1-ΙM
定內環(huán)系統(tǒng)輸入量為中環(huán)系統(tǒng)的輸出參考值2之，2〗1^-2方，輸出量和反饋量為各雙饋風電機組的實際無功發(fā)生值形成一閉環(huán)系統(tǒng)。
[0006] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明提供的雙饋風電場無功控制的調控方法，通過協(xié)調控制參數(shù)，按照可調無功出力大的雙饋風機多發(fā)無功的原則，通過采用三層控制結構，每層采用不同的控制策略，克服了大型雙饋風電場現(xiàn)有無功調整不協(xié)調、控制過程穩(wěn)定性不高、響應速度慢的現(xiàn)狀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明提供的雙饋風電場無功控制系統(tǒng)的結構示意圖。
[0008]圖2為圖1所示雙饋風電場無功控制系統(tǒng)中中環(huán)系統(tǒng)與內環(huán)系統(tǒng)的關系示意圖。
【具體實施方式】
[0009]下面根據(jù)說明書附圖并結合具體實施例對本發(fā)明的技術方案進一步詳細表述雙饋風電場無功控制的調控方法。為方面描述，本發(fā)明首先提供一種用于控制風電場無功設備的雙饋風電場無功控制系統(tǒng)。
[0010]請一并參閱圖1及圖2，本發(fā)明第一實施例提供的雙饋風電場無功控制系統(tǒng)包括一風電場控制層、一機群控制層以及一雙饋風電機組控制層。所述風電控制層、機群控制層及雙饋風電機組控制層分別構成所述雙饋風電場無功控制系統(tǒng)的外環(huán)系統(tǒng)、中環(huán)系統(tǒng)及內環(huán)系統(tǒng)。所述風電場控制層及系群控制層的執(zhí)行設備均可為自動電壓控制系統(tǒng)軟件，所述雙饋風電機組控制層的執(zhí)行設備可為雙饋風電機組。
[0011]設外環(huán)系統(tǒng)、中環(huán)系統(tǒng)和內環(huán)系統(tǒng)的控制周期分別為η , T2, T3。為避免風電場控制層、機群控制層以及雙饋風電機組控制層之間出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象，各控制環(huán)的指令周期應具有顯著差異，所述T1, T2, T3之間的關系滿足:
T1 > Sr, (I)
'T2 >5T3 (2)
本實施例中，- 20s, = 2ε, T3 = 0.2s。
[0012]請一并參閱圖2，所述外環(huán)系統(tǒng)、中環(huán)系統(tǒng)和內環(huán)系統(tǒng)之間的連接關系通過以下方
式建立:
(a)利用外環(huán)系統(tǒng)計算風電場為響應電網(wǎng)調度中心的調節(jié)指令所需調整的指令參考值
Ql ；
(b)設定中環(huán)系統(tǒng)的輸入量為外環(huán)系統(tǒng)的指令參考值GSf，輸出量為η臺雙饋風電機
組無功功率的參考值(η為風電場風機臺數(shù))GIf ,β--,…β-- ,反饋量為η臺雙饋風電機組實際無功功率值之和，則所述雙饋風電機組群的無功功率Qd2為:
QdZ(3)
式中&為第i臺雙饋風電機組的實際無功發(fā)生值。
[0013] 進一步,通過采用比例積分控制策略(Proportional-1ntegral,簡寫為PI)，并按照比例系數(shù)(A、D2、…、H臺雙饋風電機組(DFIG)的偏差無功功率的分配系數(shù)A )，調整各臺雙饋風電機組無功功率的參考值。
[0014](C)設定內環(huán)系統(tǒng)輸入量為中環(huán)系統(tǒng)的輸出參考值…，輸出量和反饋量為各雙饋風電機組的實際無功發(fā)生值β&βη，…形成一閉環(huán)系統(tǒng)。
[0015]所述外環(huán)系統(tǒng)需要計算的指令參考值Cf可通過以下方式計算:
【權利要求】
1.一種雙饋風電場無功控制的調控方法，包括一雙饋風電場無功控制系統(tǒng)，所述雙饋風電場無功控制系統(tǒng)包括一風電場控制層、一機群控制層以及一雙饋風電機組控制層，所述風電控制層、機群控制層及雙饋風電機組控制層分別構成所述雙饋風電場無功控制系統(tǒng)的外環(huán)系統(tǒng)、中環(huán)系統(tǒng)及內環(huán)系統(tǒng)； 所述外環(huán)系統(tǒng)、中環(huán)系統(tǒng)和內環(huán)系統(tǒng)之間的連接關系通過以下方式建立: (a)利用外環(huán)系統(tǒng)計算風電場為響應電網(wǎng)調度中心的調節(jié)指令所需調整的指令參考值Ql ； (b)設定中環(huán)系統(tǒng)的輸入量為外環(huán)系統(tǒng)的指令參考值，輸出量為η臺雙饋風電機組無功功率的參考值,反饋量為η臺雙饋風電機組實際無功功率值之和:
2.如權利要求1所述的雙饋風電場無功控制的調控方法，其特征在于，設外環(huán)系統(tǒng)、中環(huán)系統(tǒng)和內環(huán)系統(tǒng)的控制周期分別為?I ,T2, T3，所述,T2, T3之間的關系滿足:
T1 > 5T2 (I)； 巧>5T3⑵。
3.如權利要求1所述的雙饋風電場無功控制的調控方法，其特征在于，所述外環(huán)系統(tǒng)需要計算的指令參考值Cf通過以下方式計算:
= ρ0 +Δβ:| ； 式中Gq表示風電場所有雙饋風電機組所輸出無功功率之和的當前值，單位為Mvar ;LQl表示在當前值基礎上需要調節(jié)的增量值，單位為Mvar。
4.如權利要求3所述的雙饋風電場無功控制的調控方法，其特征在于，所述增量值AQgf通過以下方式計算: 設電網(wǎng)調度中心的調節(jié)指令為電壓增量ΔΕ/ ,單位為kV，則所述增量值Δβ方為:
5.如權利要求3所述的雙饋風電場無功控制的調控方法，其特征在于，所述增量值 通過以下方式計算:設電網(wǎng)調度中心的調節(jié)指令為無功增量Δρ，則所述增量值Agf為:
6.如權利要求1所述的雙饋風電場無功控制的調控方法，其特征在于，通過采用比例積分控制策略，并按照第臺雙饋風電機組的偏差無功功率的分配系數(shù)只，調整各臺雙饋風電機組無功功率的參考值。
7.如權利要求1所述的雙饋風電場無功控制的調控方法，其特征在于，所述中環(huán)系統(tǒng)的控制參數(shù)包括比例積分控制策略控制系數(shù)￡總、^和多臺雙饋風電機組之間無功功率的比例系數(shù)A、A、…，As,通過以下方式設定: (O ?、Kg按I型控制系統(tǒng)的阻尼系數(shù)《=0.707選取； (2)按照可調無功出力大的雙饋風電機組多發(fā)無功的原則確定比例系數(shù)。
8.如權利要求7所述的雙饋風電場無功控制的調控方法，其特征在于，設第i臺雙饋風電機組的可調無功出力為其最大無功容量β=減去其當前無功出力即:名=Qn ； 則第i臺雙饋風電機組的偏差無功功率的分配系數(shù)A定義為:
9.如權利要求1所述的雙饋風電場無功控制的調控方法，其特征在于，所述內環(huán)系統(tǒng)中雙饋風電機組無功控制的閉環(huán)傳遞函數(shù)Gl(S)通過以下方式計算:
10.如權利要求1所述的雙饋風電場無功控制的調控方法，其特征在于，所述風電場控制層及系群控制層的執(zhí)行設備均為自動電壓控制系統(tǒng)軟件，所述雙饋風電機組控制層的執(zhí)行設備為雙饋風電機組。
【文檔編號】H02J3/18GK103915848SQ201410003935
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月6日 優(yōu)先權日:2014年1月6日
【發(fā)明者】喬穎, 魯宗相, 王興剛 申請人:清華大學, 云南電網(wǎng)公司電網(wǎng)規(guī)劃研究中心