一种基于全网同时间断面的风电场无功优化运行控制方法

摘要

本发明基于电力系统WAMS相同时间断面量测信息技术，公开了一种风力发电场内风电机组及无功补偿装置无功优化运行控制方法。主要内容包括：该方法实时获取风电场PMU子站数据，保证风电场AVC子站所获取的并网点电压、无功功率与AVC主站保持相同时间断面，充分考虑风电机组、无功补偿装置的运行约束条件及环境因素的影响，通过风电机组之间以及风电机组与无功补偿装置之间的协调，配合主站实现风电场并网点无功电压同步快速调节。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统风力发电技术领域，具体涉及风电场并网控制调节过程中，充分考虑全网运行情况，对提高风电场无功电压控制速度和准确率，提出一种基于WAMS数据的风电场无功优化运行控制策略。

背景技术

随着我国风电技术的发展和对开发利用可再生能源的重视，风力发电近几年在我国得到了较快的发展。初步探明我国陆地可开发利用风能的79%主要分布在三北地区，可开发利用的风力资源有0.2TW。随着风电装机运行容量快速增加和占电源比例的不断扩大，风电并网带来的对系统的冲击影响在黑龙江、辽宁、吉林、内蒙、甘肃等几个风电大省也已经开始陆续显现，并在不同程度上限制了系统继续接入风电的能力。

国家能源局数据显示，2015年上半年，风电弃风电量175亿千瓦时，同比增加101亿千瓦时；平均弃风率15.2%。相当于浪费了586万t标准煤，直接损失超87.5亿元。十三五规划预计中国2020年风电装机容量将达到2亿kW，弃风现象愈演愈烈，将对中国风电产业发展带来严重影响，中国的节能减排努力也将大打折扣。对风力发电实现良好控制和调度，将有利于风电消纳。

电压无功控制是风力发电控制的重要环节，在控制过程中，如果数据不同源或由于通信周期等原因使数据存在时间差，对控制效果会产生很大负面影响。本发明基于WAMS数据，提出一种基于全网同时间断面的风电场无功优化运行控制方法，在保证数据同源同时间断面基础上，对风电场内部无功源进行统一协调管理和控制，提高风电场电压无功控制精度和电网对风电场无功需求的响应速度。

发明内容

为解决风电场电压无功控制过程中数据同源和数据时间差问题，本发明提出了一种基于电力系统WAMS相同时间断面量测信息技术实现的风力发电场内风电机组及无功补偿装置无功优化运行控制方法。该方法充分考虑风电场电压无功控制过程中数据的同源和相同时间断面，计及风电机组和无功补偿装置的运行约束条件及环境影响因素，优化风电场无功源的协调控制，保证并网点电压最优。主要发明内容采用以下技术方案：

1.风电机组的参数标准化

1）风电机组实发无功功率Q_all：风电机组实际发出的无功功率，包括各时刻实发无功功率；

2）风电机组运行状态：风电机组不同运行状态直接影响对风电机组控制指令的输出，运行状态包括并网、待风、故障、检修、通信中断；

3）风电机组的最大安全无功功率Q_max：目前各厂家风电机组能够实现有功无功功率解耦，即当风电机组能够发出有功功率（启动风速）情况下，无功出力与有功出力无直接关系，可以达到额定功率的一定比例，但是不能够超出这一定比例，否则会对风电机组相关部件造成不利影响甚至损坏；

风电机组的最优无功功率Q_opt：根据风电机组运行状态和风电场内部潮流计算获知的每台风电机组最佳无功出力，在保证并网点电压基础上减少风电场内部无功潮流；

4）风电机组无功功率指令Q_out：最终分配至每台风电机组的无功功率指令。

2.无功控制策略算法

1）从风电场PMU子站获取并网点、各集电线路、无功补偿回路的运行信息，各种运行信息带有时间标志；从风电机组、无功补偿设备获取运行信息，风电机组、无功补偿设备具备对时功能情况下信息带有时间标志，风电机组、无功补偿设备不具备对时功能情况下按照延时修正系数对获取的运行信息进行延时修正。接收AVC主站下发的并网点电压指令，指令值带有时间标志。

2）计算相同时间断面风电场的无功功率需求，在多种无功源（风电机组、无功功率补偿设备）之间进行协调控制，根据无功源的最优无功功率容量采取对应的分配策略；在风电场的有效无功功率容量不足以维持并网点电压时，给出提示信号，按照最大无功功率出力进行指令分配。

对于风电机组和多个无功功率补偿设备的无功功率分配策略为：

1）当风电机组的有效无功功率容量能够满足风电场的无功功率需求时，无功功率的分配策略为：

a）首先，无功功率需求在多个无功功率补偿设备间采用相似裕度法进行分配，无功补偿设备优先动作，快速响应电网需求。

b)依据就地补偿的原则，风电机组按照最优无功功率进行分配，降低风电场内无功潮流，风电机组间采用相似裕度法进行无功功率分配。置换无功补偿设备的无功裕度。

c)如果无功补偿设备故障，直接按b)步骤实现。

2)当风电场的总无功功率容量能够满足需求，但是风电机组的有效无功功率容量不能满足风电场需求时，无功功率的分配策略为：

a)首先，风电机组间采用相似裕度法进行无功功率分配。

b)其次，剩余的无功功率需求在多个无功功率补偿设备间采用相似裕度法进行分配。

3)当风电场的总无功功率容量不能满足风电场需求时，给出提示信号，按照最大无功出力进行无功功率指令分配。此时无功功率分配策略为：

a)所有无功功率补偿设备的目标无功功率值为该设备的最大有效无功功率容量；

b)所有风电机组的目标无功功率值为该风电机组的最大无功功率值。

附图说明

图1为本发明控制方法的数据流图；

图2为本发明控制方法的流程图。

具体实施方式

本方法基于全网同时间断面，以风电场并网点的电压作为控制目标，当系统出现扰动或风电场风速、负荷变化引起电压波动时，通过对无功功率补偿设备和风电机组的协调控制，使并网点的电压跟踪电压目标值。本方法包括以下步骤：

1)接收AVC主站下发的带时标的并网点电压指令，从风电场PMU子站获取并网点运行数据；

2)叠加延时修正系数，计算风电场并网点运行电压U和风电场并网点目标电压U_target在相同时间断面的差值的绝对值dU，即dU=U_target-U；如果dU大于电压调节死区设定值，则进入步骤3)，否则回到步骤1)；

3)计算所有正常运行的无功功率补偿设备和风电机组的实发无功功率Q_all；计算风电场的无功损耗Q_waste，Q_waste>all-Q，其中Q是风电场并网点的无功功率采集值；

4)采用逐步逼近法计算系统阻抗，然后根据系统阻抗计算并网点目标电压U_target对应的无功功率Q_u；

6)计算风电场目标无功功率Q_target，>target=>u+>waste；

7)在无功功率补偿设备和风电机组间进行风电场目标无功功率Q_target的分配，如图2所示，具体步骤如下：

a)判断是否存在正常运行的无功功率补偿设备，如果不存在，进入步骤b)，否则进入步骤c)；

b)判断所有风电机组的无功功率容量是否大于Q_target，如果大于Q_target，采用相似裕度法在风电机组间分配无功；否则，每台风电机组的目标无功功率值为该台风电机组的最大无功功率值，同时发出无功裕度不足的告警信号；进入步骤9)；

c)向无功补偿设备发送调节指令，快速响应电网需求；判断正常运行的风电机组的无功功率容量是否大于Q_target，如果大于Q_target，进入步骤d)，否则，进入步骤e)；

d)根据无功就地补偿的原则，对风电机组采用相似预度法进行无功功率分配；置换无功补偿的无功出力，使无功补偿具备最大无功裕度，以备下一轮的无功电压快速调节；进入步骤9)；

e)判断正常运行的无功功率补偿设备和风电机组的总无功功率容量是否大于Q_target，如果大于Q_target，进入步骤f)，否则，进入步骤g)；

f)首先，正常运行的风电机组按照最大安全无功功率Q_max进行无功出力；然后，将剩余的无功需求在无功补偿设备间采用相似裕度法进行分配；进入步骤9)；

g)每个正常运行的无功功率补偿设备的目标无功功率值为该设备的最大容量；每台风电机组的目标无功无功值为该台风电机组的最大安全无功功率值；同时发出风电场无功裕度不足告警信号；进入步骤9)；

9)向无功功率补偿设备和风电机组发出无功控制指令；

10)待无功功率补偿设备和风电机组接收到控制指令，指令执行完成后，回到步骤1)。