一种基于电压灵敏度的风电并网无功协调控制方法

摘要

一种基于电压灵敏度的风电并网无功协调控制方法，属于电力控制技术领域，解决了现有大规模风电的不确定性强对主电网的冲击大，导致电网的动态电压稳定性和动态无功支撑能力差的问题，本发明在主电网与风电场SVC互联满足电压要求的前提下，确定最优的无功分配。通过获得系统有功损耗对节点无功注入的电压灵敏度，利用灵敏度分析选取优先补偿的节点，以此确定补偿节点的动作顺序，进而对各节点的无功功率偏差量进行计算，从而达到对风电场进行无功补偿的目的。该方法利用灵敏度分析选取补偿节点，可以使补偿分布在不同支路上，实现无功功率的就地补偿，减少网络的无功功率流动。本发明用于风电并网无功协调控制。

说明书

技术领域

本发明属于电力控制技术领域。

背景技术

目前，随着社会的飞速发展，风电作为最清洁的能源之一，其并网的利用率正在逐年增加。在大部分风电场内，广泛采用的是异步发电机，这使得在运行过程中需要大量的无功功率来建立电机运转所需的磁场，进而导致电网局部无功减少或线路节点电压降低的后果。并且，大规模风电的不确定性又增加了并网的难度，通常情况下，对无功功率优化分配能够有效降低负荷的功率损耗。因此，必须引起重视，协调控制无功功率最优分配。在风电场SVC(Static Var Compensator静止无功补偿装置)与主电网两者之间有着内在的强关联，因此研究风电场SVC和主电网之间无功优化问题，能有效的缓解风电不确定性对主电网的冲击，不仅从时间尺度上，更是在空间尺度上考虑无功的响应分配，提高电网的动态电压稳定性和动态无功支撑能力。

发明内容

本发明是为了解决现有大规模风电的不确定性强对主电网的冲击大，导致电网的动态电压稳定性和动态无功支撑能力差的问题，提出了一种基于电压灵敏度的风电并网无功协调控制方法。

本发明所述的一种基于电压灵敏度的风电并网无功协调控制方法，包括：

步骤一、根据历史风电预测数据，获取风电场内支路节点电压参考值U

步骤二、建立以电场所有支路节点电压和参考电压偏差之和最小的目标函数；获取节点电压；

步骤三、获取当前实际风电场SVC所需的无功补偿容量Q

步骤四、采集当前支路节点电压，并判断补偿后的支路节点电压是否满足阈值范围，当超出阈值范围，执行步骤五；

步骤五、利用步骤二获取的节点电压和步骤一获得的节点电压参考值U

ΔQ

计算当前风电场SVC所需的无功补偿功率ΔQ

步骤六、根据步骤五计算获得的无功补偿功率，建立节点有功功率P和无功功率Q的潮流分解约束方程，获取风电场支路节点的电压灵敏度；

步骤七、根据风电场支路节点的电压灵敏度,对无功补偿功率进行分配；计算无功补偿功率进行分配后每个节点所需的无功补偿功率；

步骤八、利用每个节点所需的无功补偿功率，判断每个节点的无功补偿量是否满足每个节点的出力约束，若是，则根据所需无功补偿量设置DFIG(Doubly fed InductionGenerator，双馈异步风力发电机)的无功参考值，否则，将超出DFIG无功容量范围之外的部分补偿给无功补偿装置，完成一次风电并网无功协调控制。

进一步地，步骤二中，建立的以电场所有支路节点电压和参考电压偏差之和最小的目标的函数为：

式中：F为目标函数，n为风电场支路的节点总数，U

约束条件如下：

其中：P

系统潮流约束为：

其中：P

进一步地，步骤五中利用步骤四计算获得的无功补偿功率，建立节点有功功率P和无功功率Q的潮流分解约束方程，获取电场机组每个节点的电压灵敏度的具体方法为：

利用公式：

获取每个节点的有功变化量和无功功率变化量；式中：ΔP为支路节点的有功变化量，ΔQ为支路节点的无功变化量，Δθ为支路节点电压相角偏差量，ΔU为支路节点的电压幅值与参考电压的偏差；

根据雅克比矩阵元素推导公式：

ΔU＝(-J

ΔU

获得节点电压灵敏度，式中：S

进一步地，步骤七中所述利用电场机组每个节点的电压灵敏度计算每个节点所需无功补偿功率的具体方法为：

对节点j的无功补偿功率计算方法进行说明：利用公式：

计算每个节点所需无功补偿功率，式中：Q

本发明基于风电场电压灵敏度提出了一种无功功率的最优分配策略，用于对主电网与风电场SVC互联满足电压要求的前提下，确定最优的无功分配。通过获得系统有功损耗对节点无功注入的电压灵敏度，利用灵敏度分析选取优先补偿的节点，以此确定补偿节点的动作顺序，进而对各节点的无功功率偏差量进行计算，从而达到对风电场进行无功补偿的目的。该方法利用灵敏度分析选取补偿节点，可以使补偿分布在不同支路上，实现无功功率的就地补偿，减少网络的无功功率流动，补偿效果良好，保证了电网的动态电压稳定性和动态无功支撑能力。

附图说明

图1是本发明所述方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种基于电压灵敏度的风电并网无功协调控制方法，包括：

步骤一、根据历史风电预测数据，获取风电场内支路节点电压参考值U

步骤二、建立以电场所有支路节点电压和参考电压偏差之和最小的目标函数；获取节点电压；

步骤三、获取当前实际风电场SVC所需的无功补偿容量Q

步骤四、采集当前支路节点电压，并判断补偿后的支路节点电压是否满足阈值范围，当超出阈值范围，执行步骤五；

步骤五、利用步骤二获取的节点电压和步骤一获得的节点电压参考值U

ΔQ

计算当前风电场SVC所需的无功补偿功率ΔQ

步骤六、根据步骤五计算获得的无功补偿功率，建立节点有功功率P和无功功率Q的潮流分解约束方程，获取风电场支路节点的电压灵敏度；

步骤七、根据风电场支路节点的电压灵敏度,对无功补偿功率进行分配；计算无功补偿功率进行分配后每个节点所需的无功补偿功率；

步骤八、利用每个节点所需的无功补偿功率，判断每个节点的无功补偿量是否满足每个节点的出力约束，若是，则根据所需无功补偿量设置DFIG的无功参考值否则，将超出DFIG无功容量范围之外的部分补偿给无功补偿装置，完成一次风电并网无功协调控制。

本实施方式中，根据风电场支路节点的电压灵敏度,对无功补偿功率进行分配，实现确定对每个节点进行功率补偿的量和顺序，同时，在根据风电场支路节点的电压灵敏度,对无功补偿功率进行分配时，还需要根据经验设定每个节点灵敏度的权重，并计算每个节点所需的无功补偿功率。

进一步地，步骤二中，建立的以电场所有支路节点电压和参考电压偏差之和最小的目标的函数为：

式中：F为目标函数，n为风电场支路的节点总数，U

约束条件如下：

其中：P

系统潮流约束为：

其中：P

进一步地，步骤五中利用步骤四计算获得的无功补偿功率，建立节点有功功率P和无功功率Q的潮流分解约束方程，获取电场机组每个节点的电压灵敏度的具体方法为：

利用公式：

获取每个节点的有功变化量和无功功率变化量；式中：ΔP为支路节点的有功变化量，ΔQ为支路节点的无功变化量，Δθ为支路节点电压相角偏差量，ΔU为支路节点的电压幅值与参考电压的偏差；

根据雅克比矩阵元素推导公式：

ΔU＝(-J

ΔU

获得节点电压灵敏度，式中：S

进一步地，步骤七中所述利用电场机组每个节点的电压灵敏度计算每个节点所需无功补偿功率的具体方法为：

对节点j的无功补偿功率计算方法进行说明：利用公式：

计算每个节点所需无功补偿功率，式中：Q

本发明根据每个节点的灵敏度实现对风电场中无功功率进行分配与补偿，有效、准确地实现了对电网无功功率的补偿。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。