CN102790398A - 风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风电场并入电网的并网点处总无功功率控制能力的确定方法,属于电力系统自动电压控制技术领域。本发明方法中定义了风机机端电压的五种状态,并针对风机机端电压的不同状态,运用了无功功率对电压的灵敏度,计算出风电场并入电网的并网点处的总无功功率控制能力。本发明方法,可集成在风电场现场运行的自动电压控制子站中,使得该系统能考虑风机机端电压状态,较为准确地计算出风电场并入电网的并网点处的总无功功率控制能力,并上传给电网控制中心处自动电压控制主站。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力的确定方法,属于电力系统自动电压控制技术领域。
背景技术
近年来在大规模风电并网区域,频频发生多家风电场内的风机因电压问题而连锁脱网的事故,而自动电压控制(AVC,Automatic Voltage Control)系统,被认为是目前解决风电区域电压问题的一个有效方法。图1所示为两级式自动电压协调控制图。风电场AVC子站的控制对象是风电场内的风机,静态无功补偿装置,静态无功发生器,等设备,控制目标是在保证风电场内所有风机的机端电压安全的基础上,完成电网控制中心处AVC主站下发的风电场并入电网的并网点处的电压控制目标,并同时统计并上传风电场并入电网的并网点处等效的总无功功率向上、向下可调裕度,以及风电场总无功功率增、减磁闭锁信号给AVC主站。电网控制中心处AVC主站,会考虑到风电场的无功功率可调裕度,综合协调该区域内所有风电场,传统水火电厂以及变电站,下发风电场并入电网的并网点电压控制目标至各风电场AVC子站,从而实现大规模风电接入区域的双向互动电压协调控制。
而风电场并入电网的并网点处总无功功率控制能力,具体是指风电场并入电网的并网点处等效的总无功功率向上、向下可调裕度,以及风电场总无功功率增、减磁闭锁信号。其中风电场总无功功率增磁闭锁信号的值为“1”时,表示风电场不具备增加无功功率以执行提高风电场并入电网的并网点电压命令的能力,为“0”时,表示风电场具备增加无功功率以执行提高风电场并入电网的并网点电压命令的能力,而风电场无功功率减磁闭锁信号的值为“1”时,表示风电场不具备减少无功功率以执行降低风电场并入电网的并网点电压命令的能力,为“0”时,表示风电场具备减少无功功率以执行降低风电场并入电网的并网点电压命令的能力。
在本文所述的计算方法中,涉及到电压标幺值的概念,何仰赞,温增银在《电力系统分析(上册)》(华中科技大学出版社2002年1月,第三版,pp.35-43)提到,标幺制是相对单位制的一种,在标幺制中各物理量都用标幺值表示。标幺值定义由下式给出。
例如风机机端电压的实际有名值为690V,选定其电压基准值为其额定电压值690V,则按照式(1),可知该风机机端电压的标幺值为690/690=1。
在本文所述的计算方法中还会用到无功功率对电压的灵敏度,无功功率对电压的灵敏度是用来表征无功功率和电压间的线性化关系。设节点A的无功功率变化量为节点B的电压变化量为则节点A的无功功率对节点B电压的灵敏度的定义可由下式给出:
风电场内所有节点间的无功功率对电压的灵敏度可以组成无功功率对电压的灵敏度矩阵,无功功率对电压的灵敏度矩阵的具体计算方法,可参见孙宏斌,张伯明,相年德在《准稳态灵敏度的分析方法》(中国电机工程学报,1999年4月V19N4,pp.9-13)。
发明内容
本发明的目的是提出一种风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力的确定方法,以克服现有技术的不足之处,考虑了风机机端电压的安全,运用无功功率对电压的灵敏度,以精确地计算风电场并入电网的并网点处总无功功率控制能力。
本发明提出的风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力的确定方法,包括以下步骤:
(1)定义风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力包括:风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向上可调裕度风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向下可调裕度风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK以及风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK,设风电场内各风机机端电压值的标幺值为VG,风机机端电压值的安全参考值的标幺值为 设η1、η2为两个判断值,且0<η1<η2<0.1,对风电场内所有风机的电压状态进行判断,若则风机机端电压处于正常状态,若则风机机端电压处于增无功功率闭锁状态,若则风机机端电压处于减无功功率闭锁状态,若则风机机端电压处于过电压危险状态,若则风机机端电压处于低电压危险状态;根据上述风机机端电压状态的判断结果,得到风电场内共有n台风机的机端电压处于正常状态、r台风机的机端电压处于增无功功率闭锁状态、s台风机的机端电压处于减无功功率闭锁状态、t台风机的机端电压处于过电压危险状态以及u台风机的机端电压处于低电压危险状态;
(2)根据步骤(1)的状态判断结果,若机端电压处于过电压危险状态的t台风机大于或等于1,说明存在至少一台风机的机端电压过高,不能继续增高风电场内电压,因此,使风电场总无功功率增磁闭锁信号值ULK置1,使风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度值为得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向上可调裕度和风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK,并进行步骤(5),若处于过电压危险状态的t台风机等于0,则进行步骤(3);
(3)设风电场并入电网的并网点的无功功率对并网点处电压的灵敏度为风电场内有p台静态无功补偿装置或静态无功发生器,其中第i台静态无功补偿装置或静态无功发生器的当前无功功率为Qsvc,i、无功功率上限值为无功功率下限值为第i台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率对风电场并入电网的并网点电压的灵敏度为风电场内有n台风机的机端电压处于正常状态、s台风机的机端电压处于减无功功率闭锁状态以及u台风机的机端电压处于低电压危险状态,所有n+s+u台风机中的第j台风机的当前无功功率为Qwtg,j,无功功率上限值为第j台风机的无功功率对风电场并入电网的并网点电压的灵敏度为则由下式计算得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度为:
(4)设Θ为一个无功功率判定阈值,Θ的取值范围为0到30兆乏,对上述风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度进行判断,若则将风电场总无功功率增磁闭锁信号值ULK置1,若则将风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK置0,得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK;
(5)若机端电压处于低电压危险状态的风机数u大于等于1,将风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK置1,使风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向下可调裕度得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向下可调裕度和风电场总无功功率减磁闭锁信号,结束计算;若机端电压处于低电压危险状态的风机u等于0,则进行步骤(6);
(6)根据步骤(1)的状态判断结果,风电场内有n台风机的机端电压处于正常状态,r台风机的机端电压处于增无功功率闭锁状态以及t台风机的机端电压处于过电压危险状态,所有n+r+t台风机中的第v台风机的当前无功功率为Qwtg,v,无功功率下限值为第v台风机的无功功率对风电场并入电网的并网点处电压的灵敏度为则由下式计算得到风电场并入电网的并网点处等效的无功功率向下可调裕度为:
得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处等效的无功功率向下可调裕度;
(7)依照步骤(4)中对Θ的定义,对上述风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向下可调裕度进行判断,若则将风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK置1,若则将风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK置0,得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK,结束计算。
本发明提出的一种风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力的确定方法,其特点和效果是,本发明方法中定义了风机机端电压的五种状态,并针对风机机端电压的不同状态,运用了无功功率对电压的灵敏度,计算出风电场并入电网的并网点处等效的总无功功率控制能力。相比于传统的计算方法,考虑了风机机端电压的状态,并应用了无功功率对电压的灵敏度,使计算结果更为精确可靠。本发明方法,可集成在风电场现场运行的自动电压控制子站中,使得该系统能实时计算风电场并入电网的并网点处的总无功功率控制能力,并上传给电网控制中心处自动电压控制主站。
附图说明
图1是两级式自动电压协调控制图。
图2是使用本发明方法的风电场电力网络图。
具体实施方式
本发明提出的风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力的确定方法,其涉及的电力网络图如图2所示,该方法包括以下步骤:
(1)风电场内具备无功功率控制能力的设备有风电机组,静态无功补偿装置SVC(Static Var Compensator)和静态无功发生器SVG(Static Var Generator)。定义风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力包括:风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向上可调裕度风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向下可调裕度风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK以及风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK,其中风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK的值为“1”时,表示风电场不具备增加无功功率以执行提高风电场并入电网的并网点电压命令的能力,ULK为“0”时,表示风电场具备增加无功功率以执行提高风电场并入电网的并网点电压命令的能力,而风电场无功功率减磁闭锁信号值DLK为“1”时,表示风电场不具备减少无功功率以执行降低风电场并入电网的并网点电压命令的能力,DLK为“0”时,表示风电场具备减少无功功率以执行降低风电场并入电网的并网点电压命令的能力。设风电场内各风机机端电压值的标幺值为VG,风机机端电压值的安全参考值的标幺值为 设η1、η2为两个判断值,且0<η1<η2<0.1,对风电场内所有风机的电压状态进行判断,若则风机机端电压处于正常状态,表示该风机机端电压在安全范围内,可以自由地增加或减少无功功率,若则风机机端电压处于增无功功率闭锁状态,表示该风机机端电压偏高,应禁止增加无功功率,若则风机机端电压处于减无功功率闭锁状态,表示该风机机端电压偏低,应禁止减少无功功率,若则风机机端电压处于过电压危险状态,表示该风机机端电压过高,有脱网的危险,若则风机机端电压处于低电压危险状态,表示该风机机端电压过低,有脱网的危险。根据上述风机机端电压状态的判断结果,得到风电场内共有n台风机的机端电压处于正常状态、r台风机的机端电压处于增无功功率闭锁状态、s台风机的机端电压处于减无功功率闭锁状态、t台风机的机端电压处于过电压危险状态以及u台风机的机端电压处于低电压危险状态;
(2)根据步骤(1)的状态判断结果,若机端电压处于过电压危险状态的t台风机大于或等于1,说明存在至少一台风机的机端电压过高,不能继续增高风电场内电压,因此,使风电场总无功功率增磁闭锁信号值ULK置1,使风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度值为得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向上可调裕度和风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK,并进行步骤(5),若处于过电压危险状态的t台风机等于0,则进行步骤(3);
(3)采用以上背景技术中介绍的准稳态灵敏度计算方法,根据风电场内网络模型和现场电气量测数据,可以计算得到风电场内所有节点间的无功功率对电压的灵敏度矩阵,然后从该灵敏度矩阵中获取风电场并入电网的并网点的无功功率对并网点处电压的灵敏度为,记为设风电场内有p台静态无功补偿装置或静态无功发生器,其中第i台静态无功补偿装置或静态无功发生器的当前无功功率为Qsvc,i、无功功率上限值为无功功率下限值为从风电场内所有节点间的无功功率对电压的灵敏度矩阵中取出第i台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率对风电场并入电网的并网点电压的灵敏度,记为风电场内有n台风机的机端电压处于正常状态、s台风机的机端电压处于减无功功率闭锁状态以及u台风机的机端电压处于低电压危险状态,所有n+s+u台风机中的第j台风机的当前无功功率为Qwtg,j,无功功率上限值为从风电场内所有节点间的无功功率对电压的灵敏度矩阵中取出第j台风机的无功功率对风电场并入电网的并网点电压的灵敏度,记为则由下式计算得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度为:
(4)一般在工程上认为,若风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度小于一定值,就可认为该风场自动电压控制子站不具备上调无功以抬高电压的能力。设Θ为一个无功功率判定阈值,Θ的取值范围为0到30兆乏,对上述风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度进行判断,若则将风电场总无功功率增磁闭锁信号值ULK置1,若则将风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK置0,得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK;
(5)若机端电压处于低电压危险状态的风机数u大于等于1,说明存在至少一台风机的机端电压过低,不能继续降低风电场内电压降,因此,将风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK置1,使风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向下可调裕度得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向下可调裕度和风电场总无功功率减磁闭锁信号,结束计算;若机端电压处于低电压危险状态的风机u等于0,则进行步骤(6);
(6)根据步骤(1)的状态判断结果,风电场内有n台风机的机端电压处于正常状态,r台风机的机端电压处于增无功功率闭锁状态以及t台风机的机端电压处于过电压危险状态,所有n+r+t台风机中的第v台风机的当前无功功率为Qwtg,v,无功功率下限值为从风电场内所有节点间的无功功率对电压的灵敏度矩阵中取出第v台风机的无功功率对风电场并入电网的并网点电压的灵敏度,记为则由下式计算得到风电场并入电网的并网点处等效的无功功率向下可调裕度为:
得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处等效的无功功率向下可调裕度;
(7)一般在工程上认为,若风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向下可调裕度小于一定值,就可认为该风场自动电压控制子站不具备下调无功以降低电压的能力。依照步骤(4)中对Θ的定义,对上述风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向下可调裕度进行判断,若则将风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK置1,若则将风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK置0,得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK,结束计算。
Claims (1)
1.一种风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力的确定方法,其特征在于该方法包括以下步骤:
(1)定义风电场并入电网的并网点总无功功率控制能力包括:风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向上可调裕度风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向下可调裕度风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK以及风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK,设风电场内各风机机端电压值的标幺值为VG,风机机端电压值的安全参考值的标幺值为 设η1、η2为两个判断值,且0<η1<η2<0.1,对风电场内所有风机的电压状态进行判断,若则风机机端电压处于正常状态,若则风机机端电压处于增无功功率闭锁状态,若则风机机端电压处于减无功功率闭锁状态,若则风机机端电压处于过电压危险状态,若则风机机端电压处于低电压危险状态;根据上述风机机端电压状态的判断结果,得到风电场内共有n台风机的机端电压处于正常状态、r台风机的机端电压处于增无功功率闭锁状态、s台风机的机端电压处于减无功功率闭锁状态、t台风机的机端电压处于过电压危险状态以及u台风机的机端电压处于低电压危险状态;
(2)根据步骤(1)的状态判断结果,若机端电压处于过电压危险状态的t台风机大于或等于1,说明存在至少一台风机的机端电压过高,不能继续增高风电场内电压,因此,使风电场总无功功率增磁闭锁信号值ULK置1,使风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度值为得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向上可调裕度和风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK,并进行步骤(5),若处于过电压危险状态的t台风机等于0,则进行步骤(3);
(3)设风电场并入电网的并网点的无功功率对并网点处电压的灵敏度为风电场内有p台静态无功补偿装置或静态无功发生器,其中第i台静态无功补偿装置或静态无功发生器的当前无功功率为Qsvc,i、无功功率上限值为无功功率下限值为第i台静态无功补偿装置或静态无功发生器的无功功率对风电场并入电网的并网点电压的灵敏度为风电场内有n台风机的机端电压处于正常状态、s台风机的机端电压处于减无功功率闭锁状态以及u台风机的机端电压处于低电压危险状态,所有n+s+u台风机中的第j台风机的当前无功功率为Qwtg,j,无功功率上限值为第j台风机的无功功率对风电场并入电网的并网点电压的灵敏度为则由下式计算得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度为:
(4)设Θ为一个无功功率判定阈值,Θ的取值范围为0到30兆乏,对上述风电场并入电网的并网点处的等效无功功率向上可调裕度进行判断,若则将风电场总无功功率增磁闭锁信号值ULK置1,若则将风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK置0,得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场总无功功率增磁闭锁信号ULK;
(5)若机端电压处于低电压危险状态的风机数u大于等于1,将风电场总无功功率减磁闭锁信号DLK置1,使风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向下可调裕度得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处的等效总无功功率向下可调裕度和风电场总无功功率减磁闭锁信号,结束计算;若机端电压处于低电压危险状态的风机u等于0,则进行步骤(6);
(6)根据步骤(1)的状态判断结果,风电场内有n台风机的机端电压处于正常状态,r台风机的机端电压处于增无功功率闭锁状态以及t台风机的机端电压处于过电压危险状态,所有n+r+t台风机中的第v台风机的当前无功功率为Qwtg,v,无功功率下限值为第v台风机的无功功率对风电场并入电网的并网点处电压的灵敏度为则由下式计算得到风电场并入电网的并网点处等效的无功功率向下可调裕度为:
得到表征风电场并入电网的并网点总无功控制能力的风电场并入电网的并网点处等效的无功功率向下可调裕度;
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