一種適應(yīng)風(fēng)功率波動的風(fēng)電匯集區(qū)域自動電壓控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適應(yīng)風(fēng)功率波動的風(fēng)電匯集區(qū)域自動電壓控制方法，屬于新能源接入電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制【技術(shù)領(lǐng)域】。本方法對當(dāng)前電網(wǎng)的風(fēng)電功率波動情況進(jìn)行評估，若風(fēng)電處于快速波動時期，則啟動敏捷控制，啟用敏捷控制模型，并將控制周期縮短為1分鐘；若風(fēng)電處于波動平緩時期，則啟動常規(guī)控制，并采用5分鐘的常規(guī)控制周期。本發(fā)明適應(yīng)目前風(fēng)力發(fā)電的快速波動化以及風(fēng)力發(fā)電接入的無功電壓自動控制需求。本方法可集成在調(diào)度中心運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電自動電壓控制主站系統(tǒng)中，使該系統(tǒng)能夠?qū)崟r根據(jù)風(fēng)力發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)和電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，實施最適宜的無功電壓控制策略，以實現(xiàn)不同的電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的控制需求。
【專利說明】-種適應(yīng)風(fēng)功率波動的風(fēng)電匯集區(qū)域自動電壓控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于新能源接入電力系統(tǒng)的運(yùn)行和控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種適應(yīng)風(fēng) 功率波動的風(fēng)電匯集區(qū)域自動電壓控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)資源的強(qiáng)隨機(jī)性、預(yù)測困難、反調(diào)峰等特點(diǎn)使得電網(wǎng)調(diào)度和控制愈加困難，風(fēng)電 匯集區(qū)域由于缺乏強(qiáng)無功電源支撐，電網(wǎng)電壓隨風(fēng)電有功功率波動變化較大，如何挖掘風(fēng) 電場的無功電壓調(diào)節(jié)能力，抑制風(fēng)電有功波動對電網(wǎng)電壓的影響，支撐風(fēng)電匯集區(qū)域電網(wǎng) 電壓，是目前各個風(fēng)力發(fā)電基地所在電網(wǎng)面臨的共同挑戰(zhàn)之一。
[0003] 目前，運(yùn)行于控制中心的自動電壓控制（AutomaticVoltageControl,AVC)系統(tǒng) 協(xié)調(diào)控制電網(wǎng)內(nèi)的無功資源，對保障電力系統(tǒng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。傳 統(tǒng)的AVC系統(tǒng)采用了定周期（典型為5分鐘）的控制方式，無法有效適用風(fēng)電的快速波動。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為克服已技術(shù)的不足之處，提出一種適應(yīng)風(fēng)電功率波動的風(fēng)電匯 集區(qū)域自動電壓控制方法，對當(dāng)前電網(wǎng)的風(fēng)電功率波動情況進(jìn)行評估，若風(fēng)電處于快速波 動時期，則啟動敏捷控制，啟用敏捷控制模型，并將該控制周期縮短；若風(fēng)電處于波動平緩 時期，則啟動常規(guī)控制，并采用常規(guī)控制周期。本發(fā)明適應(yīng)目前風(fēng)力發(fā)電的快速波動化以及 風(fēng)力發(fā)電接入的無功電壓自動控制需求。
[0005] 本發(fā)明提出的適應(yīng)風(fēng)功率波動的風(fēng)電匯集區(qū)域自動電壓控制方法，包括以下步 驟：
[0006] 1)設(shè)置風(fēng)電匯集區(qū)域的自動電壓控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集間隔為!；，常規(guī)自動電壓控 制的控制周期為I?，其中1；和1；°由運(yùn)行人員以參數(shù)設(shè)置的方式人工輸出，Tg的取值范圍是 10?40秒，1；°的取值范圍是2?8分鐘；設(shè)置常規(guī)自動電壓控制模式和敏捷電壓控制模 式兩種；常規(guī)電壓控制模式的控制周期為

【權(quán)利要求】
1. 一種適應(yīng)風(fēng)功率波動的風(fēng)電匯集區(qū)域自動電壓控制方法，其特征在于，該方法包括 以下步驟： 1) 設(shè)置風(fēng)電匯集區(qū)域的自動電壓控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集間隔為??；，常規(guī)自動電壓控制 的控制周期為I?，其中Tg和V由運(yùn)行人員以參數(shù)設(shè)置的方式人工輸出，Tg的取值范圍是 10?40秒，1；°的取值范圍是2?8分鐘；設(shè)置常規(guī)自動電壓控制模式和敏捷電壓控制模 式兩種；常規(guī)電壓控制模式的控制周期為T。= 1；° ;敏捷電壓控制的控制周期為T。"1 = 2Tg ; 2) 從數(shù)據(jù)庫中獲取上一次數(shù)據(jù)采集時刻為t。，設(shè)當(dāng)前執(zhí)行電壓控制的時刻為t，延時等 待，直到t>te+Tg，啟動一次數(shù)據(jù)采集，轉(zhuǎn)3); 3) 對所有風(fēng)電匯集區(qū)域進(jìn)行逐個掃描，設(shè)第i個風(fēng)電匯集區(qū)域在第t時刻的風(fēng)電總有 功出力為，在第t-Tg時刻的風(fēng)電總有功出力為廣則對控制模式進(jìn)行判定如下： 3. 1)若| |〈允'則啟動常規(guī)自動電壓控制模式，轉(zhuǎn)4); 3. 2)若| I ，則啟動敏捷電壓控制模式，轉(zhuǎn)6); 其中，為判定第i個風(fēng)電匯集區(qū)域電壓波動是否劇烈的門檻，取值范圍是第i個風(fēng) 電匯集區(qū)域風(fēng)電場總?cè)萘康?%?20% ; 完成對所有風(fēng)電匯集區(qū)域的掃描后，轉(zhuǎn)8); 4) 在常規(guī)自動電壓控制模式中，若WtjT。，則表明尚未到達(dá)常規(guī)電壓控制周期，轉(zhuǎn)2)， 否則轉(zhuǎn)5); 5) 建立并求解由目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的常規(guī)電壓控制的控制模型： 5.1)構(gòu)造加權(quán)多目標(biāo)函數(shù)：
式（1)中，AQ;為第i個風(fēng)電匯集區(qū)域中傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的無功調(diào)整量組成的向量jQl 為第i個風(fēng)電匯集區(qū)域中風(fēng)電場的無功調(diào)整量組成的向量，為該風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)參 與自動電壓控制的傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)集合，Q w為該風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)參與自動電壓控制的風(fēng)電 場集合，Wp為中樞母線電壓偏差最小的目標(biāo)權(quán)重，取值范圍為5?20, W9為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組 和風(fēng)電機(jī)組無功出力均衡的目標(biāo)權(quán)重，取值范圍為0. 05?0. 5, Vf為中樞母線電壓設(shè) 定值，由運(yùn)行人員離線指定，vr為中樞母線電壓的實測值，Spg為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的無功功率 對中樞母線電壓的調(diào)整靈敏度，Spw為風(fēng)電場的無功功率對中樞母線電壓的調(diào)整靈敏度， 迄、0廠"、定_、A迄分別為第j臺發(fā)電機(jī)的無功上限，無功當(dāng)前值，無功下限以 及無功調(diào)節(jié)值，其中，迄'?和來源于設(shè)備參數(shù)，0^來源于電網(wǎng)實測數(shù)據(jù)，、 a'?' 0'_、分別為第k個風(fēng)電場的無功上限，無功當(dāng)前值，無功下限以及無功調(diào) 節(jié)值，其中，和a(:mm來源于風(fēng)電場AVC子站上送的實時數(shù)據(jù)，來源于電網(wǎng)實測數(shù) 據(jù)； 5. 2)約束條件為： 5. 2. 1)風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)第j個發(fā)電機(jī)的無功約束：0廣' wr?啤印廣（2) 5. 2. 2)風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)第k個風(fēng)電場的無功約束： 〇^<0^+^<〇^ (3) 5. 2. 3)風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)第n個節(jié)點(diǎn)的電壓約束： F"<CJ，+S：gAQ；+S："AQ-w<F" (4) 其中，fT"、Yn、瓦分別為第n個節(jié)點(diǎn)電壓的實測值、電壓上限和電壓下限，電壓上限和 電壓下限由運(yùn)行人員離線指定，S^、分別為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)和風(fēng)電場的無功對第n個節(jié)點(diǎn) 電壓的調(diào)整靈敏度，nG QN，QN是系統(tǒng)中所有節(jié)點(diǎn)的集合； 5. 2. 4)風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)第m個發(fā)電廠高壓側(cè)母線電壓的調(diào)節(jié)步長約束：|s?caq；+s>q-|<a^ (5) 其中，％、S；；丨、分別為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)和風(fēng)電場的無功對第m個發(fā)電廠高壓側(cè)母線電壓的 調(diào)整靈敏度，為第m個發(fā)電廠高壓側(cè)母線的電壓調(diào)節(jié)步長，取值范圍為1 -2kV; 5. 2. 5)風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)第q個風(fēng)電場高壓側(cè)母線電壓的調(diào)節(jié)步長約束：IS^AQI+SIAQ'^AV^ (6) 其中，、SL分別為傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)和風(fēng)電場的無功對第q個風(fēng)電場高壓側(cè)母線電壓的 調(diào)整靈敏度，AF巧為第q個風(fēng)電場高壓側(cè)母線的電壓調(diào)節(jié)步長，取值為2?4kV ; 5. 3)通過內(nèi)點(diǎn)法求解由（5. 1)_(5. 2)構(gòu)成的常規(guī)電壓控制的控制模型，得到第i個風(fēng) 電匯集區(qū)域中各發(fā)電機(jī)無功出力的調(diào)整量AQ;和風(fēng)電場無功出力的調(diào)整量AQi、； 5. 4) i = i+1，轉(zhuǎn) 3); 6) 執(zhí)行敏捷電壓控制模式，若t <L + 2：m，則表明尚未到達(dá)該控制模式的控制周期，轉(zhuǎn) 2)，否則轉(zhuǎn)7); 7) 建立并求解由目標(biāo)函數(shù)和約束條件組成的敏捷電壓控制的控制模型： 7.1)構(gòu)造加權(quán)多目標(biāo)函數(shù)：
7. 2)約束條件為： 7. 2. 1)風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)第k個風(fēng)電場的無功約束： (8) 7. 2. 2)風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)第n個節(jié)點(diǎn)的電壓約束： L,<C，i+S："AQ!,<F" (9) 7. 2. 3)風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)第q個風(fēng)電場高壓側(cè)母線電壓的調(diào)節(jié)步長約束： |S!AQ'"|<ACq(1〇) 7. 2. 4)風(fēng)電匯集區(qū)域內(nèi)第o條中樞母線電壓的控制死區(qū)約束： I 廠廠"+ - F廣set g AF廣(11) 其中，為風(fēng)電匯集區(qū)域中樞母線電壓的控制死區(qū)，一般由人工指定，典型取舍為 〇.5kV，是第i個風(fēng)電匯集區(qū)域的中樞母線的集合，^二是風(fēng)電場的無功功率對 第〇個中樞母線電壓的調(diào)整靈敏度； 7. 3)通過內(nèi)點(diǎn)法求解（7. 1)-(7. 2)構(gòu)成的敏捷電壓控制的控制模型，得到各風(fēng)電場無 功出力的調(diào)整量AQl并置各傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)的無功出力調(diào)整量為0 ; 7. 4)i = i+1，轉(zhuǎn) 3); 8) 根據(jù)步驟（5)或步驟（7)計算結(jié)果，得到各風(fēng)電匯集區(qū)域中各傳統(tǒng)電廠和風(fēng)電場的 高壓側(cè)母線電壓調(diào)整量，設(shè)第i個風(fēng)電匯集區(qū)域，則有：
其中，AV：.為風(fēng)電場高壓側(cè)母線電壓的調(diào)整量，為傳統(tǒng)電廠高壓側(cè)母線電壓的調(diào) 整量，Swg和S胃分別為各傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)無功出力調(diào)整量和各風(fēng)電場無功出力調(diào)整量對風(fēng)電場 高壓側(cè)母線電壓變化量的靈敏度矩陣，Sgg和Sgw分別為各傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)無功出力調(diào)整量和各 風(fēng)電場無功出力調(diào)整量對傳統(tǒng)電廠高壓側(cè)母線電壓變化量的靈敏度矩陣； 將所述母線電壓調(diào)整量和轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓控制指令并分別下發(fā)執(zhí)行； 9) 等待下一次的數(shù)據(jù)采集時刻，轉(zhuǎn)2)。
【文檔編號】H02J3/16GK104348166SQ201410550500
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】王彬, 王豐, 郭慶來, 吳濤, 孫宏斌, 金海峰, 陳之栩, 張濤, 湯磊, 劉苗, 張伯明, 李煊 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院, 華北電網(wǎng)有限公司, 清華大學(xué)