CN102738807B - 风电场集中接入公用变电站的全站无功优化控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电场集中接入公用变电站的全站无功优化控制方法，属于风电场控制领域。采用以稳态下的电压无功综合控制策略为主，并考虑暂态过程中无功补偿装置快速响应需要。本发明方法适用于所有大规模风电场集中接入公用变电站的全站无功补偿装置优化控制，具有普遍性。
Description
技术领域
本发明属于风电场控制领域。
背景技术
随着吉林省松白地区大容量电源和大规模风电的陆续投运，松白地区电网将成为电力送出较大的外送电力型电网。风电场不同于火电电源，风电场在满发时，一般情况下需要经过送出线的第一接入点从系统中吸收部分无功。随着接入点所接的风电装机容量越多，风电场从接入点吸收的无功也就越大，需要研究在地区电网中无功缺失较严重的公共变电站（第一接入点）配置一定的快速自动无功补偿装置来满足无功需求，尽量减少故障情况下无功串动造成的电压波动过大。
220kV变电站是区域电网接入风电容量最多的公共变电站。风电满发时，电网向220kV变电站汇流无功最多，因此在该变电站装设自动无功补偿装置是必要的。经过电网仿真计算和现场踏勘，确定在该变电站安装±30Mvar的快速无功补偿装置。通过设计、现场调查最终确定将3台容量为±10Mvar的静止同步补偿器（SVG）并联组成±30Mvar大容量动态快速无功补偿装置，通过一台31.5MVA-（10/66）kV升压变压器连接到该变电站的66kV低压侧，该变电站安装两台主变，容量为（63+120）MVA。
由于在公共变电站安装大容量快速无功补偿装置在国内是先例，其控制方法不同于风电场。对于变电站而言，其运行工况不同决定了电压变化和无功流向。通过对历史数据分析，运行工况主要分以下四种：风电大发、主变大负荷工况，风电大发，主变小负荷工况，风电小发，主变大负荷工况和风电小发，主变小负荷工况。其中风电大发，主变大负荷工况电压水平最低、无功缺失最大，风电小发，主变小负荷工况电压水平最高，无功缺失最小。因此在这两种工况下确定的控制方法就适用于各种工况。
发明内容
本发明提供一种风电场集中接入公用变电站的全站无功优化控制方法。
本发明采取的技术方案是：
（一）、利用一台电压无功综合控制VQC后台机控制m台静止同步补偿器SVG，使每台静止同步补偿器SVG无功输出保持同步性；
（二）、在该电压无功综合控制VQC后台设置电压合格上限和电压合格下限，在静止同步补偿器SVG本体设置暂态电压上限和暂态电压下限，当控制点电压高于暂态电压上限或低于暂态电压下限时为暂态情况，m台静止同步补偿器SVG本体控制装置快速满发感性或容性无功，响应时间小于10ms；控制点电压处于暂态电压下限和暂态电压上限区间时为稳态情况，该电压无功综合控制VQC后台对m台静止同步补偿器SVG进行电压无功综合控制；
（1）所述暂态电压上限、暂态电压下限设置
根据《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》220kV变电站的110kV～35kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的-3%～+7%。因此暂态电压上限为235.4kV，电压下限为213.4kV；
（2）稳态电压上、下限，主变无功负荷上、下限
在风电大发、主变大负荷工况下进行静止同步补偿器SVG容性无功补偿试验，得出来变电站220kV母线电压的一个范围（U容L，U容H）、1号主变无功负荷范围（Q1容L，Q1容H）、2号主变无功负荷范围（Q2容L，Q2容H）；
在风电小发，主变小负荷工况下分别进行静止同步补偿器SVG感性无功补偿试验，得出变电站220kV母线电压的一个范围（U感L，U感H）、1号主变无功负荷范围（Q1感L，Q1感H）、2号主变无功负荷范围（Q2感L，Q2感H）；
通过试验分析确定220kV母线稳态电压上、下限（UL，UH）为（U容H，U感L）或（U感L，U容H）、1号主变无功负荷上下限（Qlmin,Qlmax）为（Q1容L,Q1感H）或者（Q1感H,Q1容L），2号主变无功负荷上下限（Qlmin,Qlmax）为（Q2容L,Q2感H）或者（Q2感H,Q2容L）；
（三）稳态下的电压无功综合控制
稳态情况下执行后台协调控制，由该电压无功综合控制VQC后台机对静止同步补偿器SVG进行综合控制，稳态控制响应时间为综合自动化监控系统的电量数据更新时间；
稳态情况下，先管理220kV母线电压水平，后对2台主变进行无功补偿，电压无功综合控制VQC后台机对静止同步补偿器SVG的控制：电压不合格时，电压高于UH或者低于UL时，VQC后台机控制SVG输出无功以控制220kV母线电压在（UL，UH）内或各SVG都达到满容量；电压合格时，分为两种情况，Δu为电压滞环区。在(UH-Δu，UH)和(UL，UL+Δu)滞环区间内，无功补偿设备输出无功值保持不变；(UL+ΔU，UH-ΔU)区间内，保证66kV母线电压在额定电压97%～107%范围内，其中任一台主变无功负荷超过该主变无功负荷上限Qlmax时，无功补偿设备SVG发出容性无功；当无功负荷低于该主变无功负荷下限Qlmin时，无功补偿设备SVG发出感性无功，直到该主变无功负荷处在（Qlmin，Qlmax）范围内或无功补偿设备达到满容量；三台SVG以平均方式输出相同大小的无功；
（四）暂态过程中无功补偿装置的快速响应
暂态过程中，该电压无功综合控制VQC后台机控制方法被屏蔽，由静止同步补偿器SVG本体控制器进行快速控制，当220kV母线电压降到低于暂态电压下限时静止同步补偿器SVG输出最大容性无功；当220kV母线电压升到高于暂态电压上限时静止同步补偿器SVG输出最大感性无功，暂态响应时间在5~10ms；
暂态恢复后，静止同步补偿器SVG自动返回稳态下的控制方法。
本发明所述在风电大发、主变大负荷工况下进行静止同步补偿器SVG容性无功补偿试验步骤：
1) 调整静止同步补偿器SVG控制方式为手动控制；
2) 设定3台静止同步补偿器SVG都发出0Mvar容性无功；
3) 记录变电站220kV母线电压、66kV母线电压，1号主变无功负荷、2号主变无功负荷；
4) 3台静止同步补偿器SVG运行20分后，逐级设定SVG1、SVG2、SVG3容量都为-1Mvar、-2Mvar…-10Mvar并分别重复步骤该步骤，每级设定时间间隔为20分钟。
本发明所述在风电小发，主变小负荷工况下分别进行静止同步补偿器SVG感性无功补偿试验步骤：
1) 调整静止同步补偿器SVG控制方式为手动控制；
2) 设定3台静止同步补偿器SVG都发出0Mvar感性无功；
3) 记录变电站220kV母线电压、66kV母线电压，1号主变无功负荷、2号主变无功负荷；
4）3台静止同步补偿器SVG运行20分后，逐级设定SVG1、SVG2、SVG3容量都为1Mvar、2Mvar…10Mvar并分别重复该步骤，每级设定时间间隔为20分钟。
本发明的优点是：在变电站复杂的运行工况，不同的运行状态下，经过大量的现场试验数据分析和现场试验验证而最终确定的电压无功综合控制方法。该控制方法利用1台电压无功综合控制VQC后台机控制m台静止同步补偿器SVG，并且控制每台静止同步补偿器SVG无功输出保持同步性，实现了一控多的控制方式，在本领域内具有先进性。
其中稳态电压上下限，主变负荷上下限不是理论推理出来的，是通过大量现场试验数据确定的，能够包含四种运行工况，具有较高的实用性。
该控制方法适用于所有大规模风电场集中接入公用变电站的全站无功补偿装置优化控制，具有普遍性。
附图说明
图1是本发明稳态电压无功综合控制示意图；
图2是本发明试验例中试验设备连接示意图。
具体实施方式
（一）、利用一台电压无功综合控制VQC后台机控制m台静止同步补偿器SVG，使每台静止同步补偿器SVG无功输出保持同步性；
（二）、在该电压无功综合控制VQC后台设置电压合格上限和电压合格下限，在静止同步补偿器SVG本体设置暂态电压上限和暂态电压下限，当控制点电压高于暂态电压上限或低于暂态电压下限时为暂态情况，m台静止同步补偿器SVG本体控制装置快速满发感性或容性无功，响应时间小于10ms；控制点电压处于暂态电压下限和暂态电压上限区间时为稳态情况，该电压无功综合控制VQC后台对m台静止同步补偿器SVG进行电压无功综合控制；
（1）所述暂态电压上限、暂态电压下限设置
根据《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》220kV变电站的110kV～35kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的-3%～+7%。因此暂态电压上限为235.4kV，电压下限为213.4kV；
（2）稳态电压上、下限，主变无功负荷上、下限
在风电大发、主变大负荷工况下进行静止同步补偿器SVG容性无功补偿试验，得出来变电站220kV母线电压的一个范围（U容L，U容H）、1号主变无功负荷范围（Q1容L，Q1容H）、2号主变无功负荷范围（Q2容L，Q2容H）；
在风电小发，主变小负荷工况下分别进行静止同步补偿器SVG感性无功补偿试验，得出变电站220kV母线电压的一个范围（U感L，U感H）、1号主变无功负荷范围（Q1感L，Q1感H）、2号主变无功负荷范围（Q2感L，Q2感H）；
通过试验分析确定220kV母线稳态电压上、下限（UL，UH）为（U容H，U感L）或（U感L，U容H）、1号主变无功负荷上下限（Qlmin,Qlmax）为（Q1容L,Q1感H）或者（Q1感H,Q1容L），2号主变无功负荷上下限（Qlmin,Qlmax）为（Q2容L,Q2感H）或者（Q2感H,Q2容L）；
（三）稳态下的电压无功综合控制
稳态情况下执行后台协调控制，由该电压无功综合控制VQC后台机对静止同步补偿器SVG进行综合控制，稳态控制响应时间为综合自动化监控系统的电量数据更新时间；
稳态情况下，先管理220kV母线电压水平，后对2台主变进行无功补偿，电压无功综合控制VQC后台机对静止同步补偿器SVG的控制：电压不合格时，电压高于UH或者低于UL时，VQC后台机控制SVG输出无功以控制220kV母线电压在（UL，UH）内或各SVG都达到满容量；电压合格时，分为两种情况，如图1所示，Δu为电压滞环区。在(UH-Δu，UH)和(UL，UL+Δu)滞环区间内，无功补偿设备输出无功值保持不变；(UL+ΔU，UH-ΔU)区间内，保证66kV母线电压在额定电压97%～107%范围内，其中任一台主变无功负荷超过该主变无功负荷上限Qlmax时，无功补偿设备SVG发出容性无功；当无功负荷低于该主变无功负荷下限Qlmin时，无功补偿设备SVG发出感性无功，直到该主变无功负荷处在（Qlmin，Qlmax）范围内或无功补偿设备达到满容量；三台SVG以平均方式输出相同大小的无功；
（四）暂态过程中无功补偿装置的快速响应
暂态过程中，该电压无功综合控制VQC后台机控制方法被屏蔽，由静止同步补偿器SVG本体控制器进行快速控制，当220kV母线电压降到低于暂态电压下限时静止同步补偿器SVG输出最大容性无功；当220kV母线电压升到高于暂态电压上限时静止同步补偿器SVG输出最大感性无功，暂态响应时间在5~10ms；
暂态恢复后，静止同步补偿器SVG自动返回稳态下的控制方法。
本发明所述在风电大发、主变大负荷工况下进行静止同步补偿器SVG容性无功补偿试验步骤：
1） 调整静止同步补偿器SVG控制方式为手动控制；
2） 设定3台静止同步补偿器SVG都发出0Mvar容性无功；
3） 记录变电站220kV母线电压、66kV母线电压，1号主变无功负荷、2号主变无功负荷；
4） 3台静止同步补偿器SVG运行20分后，逐级设定SVG1、SVG2、SVG3容量都为-1Mvar、-2Mvar…-10Mvar并分别重复步骤该步骤，每级设定时间间隔为20分钟。
本发明所述在风电小发，主变小负荷工况下分别进行静止同步补偿器SVG感性无功补偿试验步骤：
1） 调整静止同步补偿器SVG控制方式为手动控制；
2）设定3台静止同步补偿器SVG都发出0Mvar感性无功；
3）记录变电站220kV母线电压、66kV母线电压，1号主变无功负荷、2号主变无功负荷；
4）3台静止同步补偿器SVG运行20分后，逐级设定SVG1、SVG2、SVG3容量都为1Mvar、2Mvar…10Mvar并分别重复该步骤，每级设定时间间隔为20分钟。
下边通过具体试验例说明本发明中稳态电压上、下限，主变无功负荷上、下限的确定方法。
试验目的：确定稳态下电压上、下限，主变负荷上、下限；
试验仪器：
同控TK2000便携式电量记录分析仪 1台
相序表 1块
数字万用表 2块
试验条件：
（1）感性无功补偿试验：
①接入某一次变的两个风电场，出力小于20%且出力波动范围不超过风场总容量的5%；
②该一次变2台主变负荷处于当日的低谷时段。
（2）容性无功补偿试验：
①接入某一次变的两个风电场，出力大于70%且出力波动范围不超过风场总容量的5%；
②该一次变2台主变负荷处于当日的高峰时段。
试验步骤：按图2连接试验设备。
（1）稳态下感性无功补偿试验
1）调整静止同步补偿器SVG控制方式为手动控制；
2）设定3台静止同步补偿器SVG都发出0Mvar感性无功；
3）记录变电站220kV母线电压、66kV母线电压，1号主变无功负荷、2号主变无功负荷；
4） 3台静止同步补偿器SVG运行20分后，逐级设定SVG1、SVG2、SVG3容量都为1Mvar、2Mvar…10Mvar并分别重复该步骤，每级设定时间间隔为20分钟；
（2）稳态下容性无功补偿试验
1）调整静止同步补偿器SVG控制方式为手动控制；
2）设定3台静止同步补偿器SVG都发出0Mvar容性无功；
3）记录变电站220kV母线电压、66kV母线电压，1号主变无功负荷、2号主变无功负荷；
4） 3台静止同步补偿器SVG运行20分后，逐级设定SVG1、SVG2、SVG3容量都为-1Mvar、-2Mvar…-10Mvar并分别重复步骤该步骤，每级设定时间间隔为20分钟；
试验数据分析：
（1） 稳态下感性无功补偿试验数据
通过试验数据分析，感性无功补偿时220kV电压范围（U感L，U感H）是（230.22,231.25）kV，1号主变负荷（Q1感L，Q1感H）是（-3.38,5.31）Mvar，2号主变负荷（Q2感L，Q2感H）是（-4.18,11.5）Mvar；
（2） 稳态下容性无功补偿试验数据
通过试验数据分析，容性无功补偿时220kV电压范围（U容L，U容H）是（228.80,229.66）kV，1号主变负荷（Q1容L，Q1容H）是（6.43,14.63）Mvar，2号主变负荷（Q2容L，Q2容H）是（12.86,27.33）Mvar；
（3） 稳态下电压上、下限、主变负荷上下限确定
稳态下电压上、下限（UL，UH）为（U容H，U感L），是（229.66,230.34）kV。
1号主变负荷上下限（Qlmin,Qlmax）为（Q1容L,Q1感H）是（5.31, 6.43）Mvar。
2号主变负荷上下限（Qlmin,Qlmax）为（Q2容L,Q2感H）是（11.5,12.86）Mvar。
结论：
稳态电压上、下限并非是静止同步补偿器SVG满发容性或者感性无功而得出的，而是通过试验分析的出来的值。该试验的出来的稳态电压上下限能够包含风电大发、主变大负荷，风电大发、主变小负荷，风电小发、主变大负荷和风电小发主变小负荷四种工况，具有极高的实用性。
Claims (3)
1.一种风电场集中接入公用变电站的全站无功优化控制方法，其特征如下：
（一）、利用一台电压无功综合控制VQC后台机控制m台静止同步补偿器SVG，使每台静止同步补偿器SVG无功输出保持同步性；
（二）、在该电压无功综合控制VQC后台机设置电压合格上限和电压合格下限，在静止同步补偿器SVG本体设置暂态电压上限和暂态电压下限，当控制点电压高于暂态电压上限或低于暂态电压下限时为暂态情况，m台静止同步补偿器SVG本体控制装置快速满发感性或容性无功，响应时间小于10ms；控制点电压处于暂态电压下限和暂态电压上限区间时为稳态情况，该电压无功综合控制VQC后台机对m台静止同步补偿器SVG进行电压无功综合控制；
（1）所述暂态电压上限、暂态电压下限设置
根据《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》220kV变电站的110kV～35kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的-3%～+7%，因此暂态电压上限为235.4kV，电压下限为213.4kV；
（2）稳态电压上、下限，主变无功负荷上、下限
在风电大发、主变大负荷工况下进行静止同步补偿器SVG容性无功补偿试验，得出来变电站220kV母线电压的一个范围（U容L，U容H）、1号主变无功负荷范围（Q1容L，Q1容H）、2号主变无功负荷范围（Q2容L，Q2容H）；
在风电小发，主变小负荷工况下分别进行静止同步补偿器SVG感性无功补偿试验，得出变电站220kV母线电压的一个范围（U感L，U感H）、1号主变无功负荷范围（Q1感L，Q1感H）、2号主变无功负荷范围（Q2感L，Q2感H）；
通过试验分析确定220kV母线稳态电压上、下限（UL，UH）为（U容H，U感L）或（U感L，U容H）、1号主变无功负荷上下限（Qlmin,Qlmax）为（Q1容L,Q1感H）或者（Q1感H,Q1容L），2号主变无功负荷上下限（Qlmin,Qlmax）为（Q2容L,Q2感H）或者（Q2感H,Q2容L）；
（三）稳态下的电压无功综合控制
稳态情况下执行后台协调控制，由该电压无功综合控制VQC后台机对静止同步补偿器SVG进行综合控制，稳态控制响应时间为综合自动化监控系统的电量数据更新时间；
稳态情况下，先管理220kV母线电压水平，后对2台主变进行无功补偿，电压无功综合控制VQC后台机对静止同步补偿器SVG的控制：电压不合格时，电压高于UH或者低于UL时，VQC后台机控制SVG输出无功以控制220kV母线电压在（UL，UH）内或各SVG都达到满容量；电压合格时，分为两种情况，Δu为电压滞环区。在(UH-Δu，UH)和(UL，UL+Δu)滞环区间内，无功补偿设备输出无功值保持不变；(UL+ΔU，UH-ΔU)区间内，保证66kV母线电压在额定电压97%～107%范围内，其中任一台主变无功负荷超过该主变无功负荷上限Qlmax时，无功补偿设备SVG发出容性无功；当无功负荷低于该主变无功负荷下限Qlmin时，无功补偿设备SVG发出感性无功，直到该主变无功负荷处在（Qlmin，Qlmax）范围内或无功补偿设备达到满容量；m台SVG以平均方式输出相同大小的无功；
（四）暂态过程中无功补偿装置的快速响应
暂态过程中，该电压无功综合控制VQC后台机控制方法被屏蔽，由静止同步补偿器SVG本体控制器进行快速控制，当220kV母线电压降到低于暂态电压下限时静止同步补偿器SVG输出最大容性无功；当220kV母线电压升到高于暂态电压上限时静止同步补偿器SVG输出最大感性无功，暂态响应时间小于10ms；
暂态恢复后，静止同步补偿器SVG自动返回稳态下的控制方法。
2.如权利要求1所述的风电场集中接入公用变电站的全站无功优化控制方法，其特征在于所述在风电大发、主变大负荷工况下进行静止同步补偿器SVG容性无功补偿试验步骤：
1） 调整静止同步补偿器SVG控制方式为手动控制；
2） 设定m 台静止同步补偿器 SVG中的3台静止同步补偿器SVG都发出0Mvar容性无功；
3） 记录变电站220kV母线电压、66kV母线电压，1号主变无功负荷、2号主变无功负荷；
4） 3台静止同步补偿器SVG运行20分钟后，逐级设定SVG1、SVG2、SVG3容量都为-1Mvar、-2Mvar…-10Mvar并分别重复该步骤，每级设定时间间隔为20分钟。
3.权利要求1所述的风电场集中接入公用变电站的全站无功优化控制方法，其特征在于所述在风电小发，主变小负荷工况下分别进行静止同步补偿器SVG感性无功补偿试验步骤：
1）调整静止同步补偿器SVG控制方式为手动控制；
2）设定m 台静止同步补偿器 SVG中的3台静止同步补偿器SVG都发出0Mvar感性无功；
3）记录变电站220kV母线电压、66kV母线电压，1号主变无功负荷、2号主变无功负荷；
4）3台静止同步补偿器SVG运行20分钟后，逐级设定SVG1、SVG2、SVG3容量都为1Mvar、2Mvar…10Mvar并分别重复该步骤，每级设定时间间隔为20分钟。
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