CN103219732A - 一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，包括以下步骤：1)计算风电机组无功输出调节范围；2)计算风电场t时段实际输出最大有功功率P_WFt，max和最小有功功率P_WFt，min；3)基于风电机组无功输出的调节范围，计算与P_WFt，max、P_WFt，min相对应的无功功率Q_WFt″、Q_WFt′；4)建立以接入配电网有功网损与节点电压偏差和最小的含变速恒频风电场配电网的无功目标函数；5)设置配电网无功优化约束条件；6)执行基于粒子群优化算法的含变速恒频风电场的配电网无功优化计算，并输出风电场并网点电压和无功优化结果。与现有技术相比，本发明解决了传统配电网无功调压手段调节离散化、调节速度慢、难以实现电压连续调节问题，提高风电场接入地区电网的电压稳定水平，同时降低了成本。

Description

一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法

技术领域

本发明涉及一种风电场并网技术中的电压协调控制方法，尤其是涉及一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法。

背景技术

近年来，风力发电作为最具发展潜力的可再生能源发电技术在我国得到了快速发展。由于风能随机性和间歇性的特点，大规模风电场并网后对接入电网的安全运行与经济调度产生一系列深远的影响。风电场并网后的有功功率控制、无功电压调节以及低电压穿越等问题成为目前研究的热点。其中，高风电穿透功率下的无功电压问题是目前风电场并网运行中最为突出的问题之一。

随着电力电子技术的快速发展和在风力发电机组上的应用，变速恒频风电机组成为目前中国新建风电场的主流机型。并网型风力发电机主要包括恒速恒频风电机组(如鼠笼异步发电机)和变速恒频风电机组(如双馈感应发电机和直驱式永磁同步发电机)两种类型。变速恒频风电机组通过四象限大功率电力电子变流器与电网连接，通过变流器的控制可实现有功功率和无功功率的解耦控制，具备动态调节无功输出的能力。

变速恒频风电机组主要有恒功率因数和恒电压两种控制方式。国内风电场普遍采用恒功率因数控制方式，该控制方式控制简单，但无法解决风速变化引起的风电场母线和并网点电压的波动问题。为解决风电场并网点的电压波动问题，通常采用在风电场出口母线上安装大容量的电容器组或SVC等无功补偿装置来调节并网点电压。该方法不但没有充分发挥变速恒频风电机组快速灵活的无功调节能力，而且还会因其高昂的配置费用而大大增加风电场建设成本。

为充分利用变速恒频风电机组自身灵活的无功调节能力，国内外研究机构提出了多种变速恒频风电场电压控制方法，这些方法较好解决了风电场并网点的电压波动问题，且具有调节范围大且响应迅速的优点，但研究内容主要集中在风电场内部无功电压控制方面，没有从接入电网的角度研究风电场内部无功电压控制与接入电网中无功电压控制手段间的协调控制问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，解决传统配电网无功调压手段调节离散化、调节速度慢、难以实现电压连续调节的问题，提高风电场接入地区电网的电压稳定水平，同时降低了成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，所述的风电场包括多台风电机组，该控制方法包括以下步骤：

1)根据风电机组定子绕组最大电流I_S，max和转子侧变流器最大电流I_R，max计算风电机组无功输出调节范围；

2)根据风力发电机风速-功率曲线计算t时段风电场预测平均输出有功功率P_WFt，根据设定的风电场短期风速预测误差计算风电场有功功率最大变化量ΔP_WFmax，并计算风电场t时段实际输出最大有功功率P_WFt，max和最小有功功率P_WFt，min：

P_WFt，max＝min{P_WFrate，P_WFt+ΔP_WFmax}    (1)

P_WFt，min＝P_WFt-ΔP_WFmax                  (2)

式中，P_WFrate为风电场额定输出功率；

3)基于风电机组无功输出的调节范围，计算与P_WFt，max、P_WFt，min相对应的无功功率Q_WFt″、Q_WFt′；

4)以可调变压器分接头位置T_ap、并联电容器组数S_c和风电场无功输出Q_WF为控制变量x，即x＝[T_ap，S_c，Q_WF]，建立以接入配电网有功网损与节点电压偏差和最小的含变速恒频风电场配电网的无功目标函数：

$\min f\left(x\right)={\mathrm{\λ}}_1\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Nl}}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i\frac{P_i^2+Q_i^2}{{\left|U_i\right|}^2}+{\mathrm{\λ}}_2\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Nn}}{\mathrm{\Σ}}}|U_j-U_{\mathrm{ratj}}|---\left(3\right)$

其中， $T_{\mathrm{ap}}=[T_{{\mathrm{ap}}_1},T_{{\mathrm{ap}}_2},...T_{{\mathrm{ap}}_{\mathrm{Nt}}}],$ N_t为可调变压器台数， $S_c=[S_{c_1},S_{c_2}\·\·\·S_{c_{\mathrm{Nc}}}],$ N_C为并联电容器组数，N_l为系统支路数，N_n为系统节点数，R_i为支路i的电阻，P_i、Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率，U_j为节点j的电压幅值，U_ratj为节点j上指定电压幅值，λ₁和λ₂为权重因素；

5)设置配电网无功优化约束条件；

6)根据步骤4)的无功目标函数和步骤5)的无功优化约束条件执行基于粒子群优化算法的含变速恒频风电场的配电网无功优化计算，得到风电场并网点电压和无功优化结果，并将计算结果作为风电场本地无功电压控制系统的输入参考值，控制配电网无功电压。

所述的步骤1)具体为：

11)将风电机组定子绕组最大电流I_S，max和转子侧变流器最大电流I_R，max分别代入式(4)和式(5)获得风电机组P-Q曲线：

${\left(\frac{P_T}{1-s}\right)}^2+Q_T^2={\left({3U}_S{I}_S\right)}^2---\left(4\right)$

${\left(\frac{P_T}{1-s}\right)}^2+{(Q_T+3\frac{U_S^2}{X_S})}^2={\left(3\frac{X_M}{X_S}{U}_S{I}_R\right)}^2---\left(5\right)$

式中，P_T为风电机组输出有功功率，Q_T为风电机组输出无功功率，s为转差率，U_S为定子侧电压，I_S为定子绕组电流，I_R为转子侧变换器电流，X_S为定子漏抗，X_M为励磁电抗；

12)根据式(6)计算风电机组的静稳极限Q_TL：

$Q_{\mathrm{TL}}=-3U_S^2/X_S---\left(6\right)$

13)根据步骤11)和步骤12)获得风电机组无功输出调节范围。

所述的步骤5)中无功优化约束条件包括：

a)系统潮流方程满足等式(7)和(8)的约束条件：

$P_i+P_{\mathrm{WFi}}=P_{\mathrm{Di}}+U_i\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Nn}}{\mathrm{\Σ}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}})---\left(7\right)$

$Q_i+Q_{\mathrm{WFi}}=Q_{\mathrm{Di}}+U_i\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Nn}}{\mathrm{\Σ}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{ij}})---\left(8\right)$

式中，P_WFi、Q_WFi分别为风电场向节点i注入的有功，无功功率，P_Di、Q_Di分别为节点i处负荷的有功功率、无功功率，G_ij、B_ij和θ_ij为节点i、j的电导、电纳和相角差；

b)风电机组运行满足等式(4)和(5)的约束条件；

c)风电机组无功输出满足不等式(9)的约束条件：

Q_Ti，min＜Q_Ti＜Q_Ti，max  (9)

式中，Q_Ti，max和Q_Ti，min分别为第i台风电机组的无功输出最大值与最小值，Q_Ti为第i台风电机组的无功输出；

d)风电场无功输出Q_WF满足不等式(10)的约束条件：

Q_WF，min＜Q_WF＜Q_WF，max    (10)

Q_WF，max和Q_WF，min分别为风电场无功输出的最大值与最小值，且满足

N为风电场中风电机组的台数；

e)风电机组有功输出满足不等式(11)的约束条件：

P_Ti，min＜P_Ti＜P_Ti，max    (11)

式中，P_Ti，max和P_Ti，min分别为第i台风电机组的有功输出最大值与最小值，P_Ti为第i台风电机组的有功输出；

f)风电场有功输出应满足不等式(12)的约束条件：

P_WF，min＜P_WF＜P_WF，max    (12)

P_WF，max和Q_WF，min分别为风电场有功输出的最大值与最小值，且满足

g)并联电容器组数应满足不等式(13)的约束条件：

S_ci，min＜S_ci＜S_ci，max    (13)

式中，S_ci为第i个节点投入的并联电容器组数，S_ci，min、S_ci，max分别为第i个节点投入的并联电容器组数的最小值和最大值；

h)变压器分接头位置应满足不等式(14)的约束条件：

$T_{{\mathrm{ap}}_i,\min }<T_{{\mathrm{ap}}_i}<T_{{\mathrm{ap}}_i,\max }---\left(14\right)$

式中，

为第i台可调变压器分接头位置，

分别为第i台可调变压器分接头位置的最小值和最大值；

i)节点电压幅值应满足不等式(15)的约束条件：

U_i，min≤U_i≤U_i，max    (15)

式中，U_i为节点i的电压幅值，U_i，min、U_i，max为节点i的电压幅值的最小值和最大值。

所述的步骤6)中基于粒子群优化算法的含变速恒频风电场的配电网无功优化计算具体为：

61)设定粒子群优化算法的参数，包括粒子群规模n、惯性权重系数ω、加速系数c、最大迭代次数t、速度变化范围[V_max，V_min]，对控制变量x＝[T_ap，S_c，Q_WF]进行编码；

62)随机初始化粒子群，得到n个初始粒子，根据初始粒子值进行潮流计算，求得第i个粒子的适应度值fitness_i＝f(x_i)，设定每个粒子的当前位置作为粒子当前最优解pBesti＝fitness_i，gBest＝min(fitness)为群体当前最优解；

63)对每个粒子进行速度和位置更新，每次更新后，检查速度是否超出最大值V_max或最小值V_min，若是，则将速度限制为对应的极值；

64)根据更新后的粒子值进行潮流计算，计算粒子更新后的适应度值fitness_i＝f(x_i)；如果粒子i的适应度值优于粒子当前最优解pBesti，则将其值设为pBesti；如果最佳的pBesti优于群体当前最优解gBest，则将其值设为gBest；

65)判断是否达到最大迭代次数，若是，则停止计算，若否，则返回步骤63)。

与现有技术相比，本发明达到的有益效果如下：

(1)本发明适用于并网风电场主流机型变速恒频风电机组的风电场。考虑了风速预测误差对变速恒频风电场无功功率的影响，将变速恒频风电场无功功率极限作为约束条件，将风电场作为连续可控的无功源，使其在外特性上类似配有自动电压调节器的常规电厂参与接入配电网无功电压控制。

(2)本发明综合考虑接入配电网运行安全性指标，协调风电场中风力机组无功出力与接入电网中无功调压装置控制量，发挥风电场对接入配电网无功电压的支撑作用。

(3)本发明以全局优化的观念对风电场接入配电网后的无功优化问题进行了研究，为风电场接入配电网后风电场本地无功电压控制系统的风电场并网点母线电压提供了参考值。

(4)本发明将风电场作为连续无功源参与到接入配电网的无功电压控制中，为配电网提供无功辅助服务，可解决传统配电网无功调压手段因调节离散化、调节速度慢、难以实现电压连续调节的问题，提高风电场接入地区电网的电压稳定水平，并能节省在风电场并网母线安装大容量无功补偿装置产生的费用，降低成本。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为风电机组P-Q曲线示意图；

图3为风力发电机风速-功率曲线示意图；

图4为考虑风速变化的风电场无功功率曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，所述的风电场包括多台风电机组，该控制方法包括以下步骤：

步骤一，根据风电机组定子绕组最大电流I_S，max和转子侧变流器最大电流I_R，max计算风电机组无功输出调节范围，具体为：

11)将风电机组定子绕组最大电流I_S，max和转子侧变流器最大电流I_R，max分别代入式(4)和式(5)获得风电机组P-Q曲线：

${\left(\frac{P_T}{1-s}\right)}^2+Q_T^2={\left({3U}_S{I}_S\right)}^2---\left(1\right)$

${\left(\frac{P_T}{1-s}\right)}^2+{(Q_T+3\frac{U_S^2}{X_S})}^2={\left(3\frac{X_M}{X_S}{U}_S{I}_R\right)}^2---\left(2\right)$

式中，P_T为风电机组输出有功功率，Q_T为风电机组输出无功功率，s为转差率，U_S为定子侧电压，I_S为定子绕组电流，I_R为转子侧变换器电流，X_S为定子漏抗，X_M为励磁电抗；

12)根据式(3)计算风电机组的静稳极限Q_TL：

$Q_{\mathrm{TL}}=-3U_S^2/X_S---\left(3\right)$

13)根据步骤11)和步骤12)获得风电机组无功输出调节范围，如图2所示，实线曲线为与公式(2)相对应的P-Q曲线，虚线曲线为与公式(1)相对应的的P-Q曲线，以静稳极限Q_TL为无功输出最小值，并根据式(1)和(2)的重叠范围确定无功输出最大值，无功输出调节范围为静稳极限右侧的公式(1)曲线与公式(2)曲线重叠部分，如图2中斜线标注所示。

步骤二，根据如图3所示的风力发电机风速-功率曲线计算t时段风电场预测平均输出有功功率P_WFt，根据设定的风电场短期风速预测误差(±20％～±40％)计算风电场有功功率最大变化量ΔP_WFmax，并计算风电场t时段实际输出最大有功功率P_WFt，max和最小有功功率P_WFt，min：

P_WFt，max＝min{P_WFrate，P_WFt+ΔP_WFmax}    (4)

P_WFt，min＝P_WFt-ΔP_WFmax                  (5)

式中，P_WFrate为风电场额定输出功率。

步骤三，基于风电机组无功输出的调节范围，计算与P_WFt，max、P_WFt，min相对应的无功功率Q_WFt″、Q_WFt′，如图4所示，由于Q_WFt″＜Q_WFt＜Q_WFt′，将风电场最大有功功率P_WTt，max对应的无功容量Q_WFt″作为无功容量下限，保证风电场无功调节范围在风电场实际可利用无功容量范围内。

步骤四，以可调变压器分接头位置T_ap、并联电容器组数S_c和风电场无功输出Q_WF为控制变量x，即x＝[T_ap，S_c，Q_WF]，建立以接入配电网有功网损与节点电压偏差和最小的含变速恒频风电场配电网的无功目标函数：

$\min f\left(x\right)={\mathrm{\&lambda;}}_1\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Nl}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i\frac{P_i^2+Q_i^2}{{\left|U_i\right|}^2}+{\mathrm{\&lambda;}}_2\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Nn}}{\mathrm{\&Sigma;}}}|U_j-U_{\mathrm{ratj}}|---\left(6\right)$

其中， $T_{\mathrm{ap}}=[T_{{\mathrm{ap}}_1},T_{{\mathrm{ap}}_2},...T_{{\mathrm{ap}}_{\mathrm{Nt}}}],$ N_t为可调变压器台数， $S_c=[S_{c_1},S_{c_2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;S_{c_{\mathrm{Nc}}}],$ N_C为并联电容器组数，N_l为系统支路数，N_n为系统节点数，R_i为支路i的电阻，P_i、Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率，U_j为节点j的电压幅值，U_ratj为节点j上指定电压幅值，λ₁和λ₂为权重因素。

步骤五，设置配电网无功优化约束条件，包括：

a)系统潮流方程满足等式(7)和(8)的约束条件：

$P_i+P_{\mathrm{WFi}}=P_{\mathrm{Di}}+U_i\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Nn}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}})---\left(7\right)$

$Q_i+Q_{\mathrm{WFi}}=Q_{\mathrm{Di}}+U_i\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Nn}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}})---\left(8\right)$

式中，P_WFi、Q_WFi分别为风电场向节点i注入的有功，无功功率，P_Di、Q_Di分别为节点i处负荷的有功功率、无功功率，G_ij、B_ij和θ_ij为节点i、j的电导、电纳和相角差；

b)风电机组运行满足等式(1)和(2)的约束条件；

c)风电机组无功输出满足不等式(9)的约束条件：

Q_Ti，min＜Q_Ti＜Q_Ti，max    (9)

式中，Q_Ti，max和Q_Ti，min分别为第i台风电机组的无功输出最大值与最小值，Q_Ti为第i台风电机组的无功输出；

d)风电场无功输出Q_WF满足不等式(10)的约束条件：

Q_WF，min＜Q_WF＜Q_WF，max    (10)

Q_WF，max和Q_WF，min分别为风电场无功输出的最大值与最小值，且满足

N为风电场中风电机组的台数；

e)风电机组有功输出满足不等式(11)的约束条件：

P_Ti，min＜P_Ti＜P_Ti，max    (11)

式中，P_Ti，max和P_Ti，min分别为第i台风电机组的有功输出最大值与最小值，P_Ti为第i台风电机组的有功输出；

f)风电场有功输出应满足不等式(12)的约束条件：

P_WF，min＜P_WF＜P_WF，max    (12)

P_WF，max和Q_WF，min分别为风电场有功输出的最大值与最小值，且满足

g)并联电容器组数应满足不等式(13)的约束条件：

S_ci，min＜S_ci＜S_ci，max    (13)

式中，S_ci为第i个节点投入的并联电容器组数，S_ci，min、S_ci，max分别为第i个节点投入的并联电容器组数的最小值和最大值；

h)变压器分接头位置应满足不等式(14)的约束条件：

$T_{{\mathrm{ap}}_i,\min }<T_{{\mathrm{ap}}_i}<T_{{\mathrm{ap}}_i,\max }---\left(14\right)$

式中，

为第i台可调变压器分接头位置，

分别为第i台可调变压器分接头位置的最小值和最大值；

i)节点电压幅值应满足不等式(15)的约束条件：

U_i，min≤U_i≤U_i，max    (15)

式中，U_i为节点i的电压幅值，U_i，min、U_i，max为节点i的电压幅值的最小值和最大值。

步骤六，根据步骤四的无功目标函数和步骤五的无功优化约束条件执行基于粒子群优化算法的含变速恒频风电场的配电网无功优化计算，得到风电场并网点电压和无功优化结果(包括可调变压器分接头位置、并联电容器组数和风电场无功输出)，并将计算结果作为风电场本地无功电压控制系统的输入参考值，控制配电网无功电压。

所述的基于粒子群优化算法的含变速恒频风电场的配电网无功优化计算具体为：

61)设定粒子群优化算法的参数，包括粒子群规模n、惯性权重系数ω、加速系数c、最大迭代次数t、速度变化范围[V_max，V_min]，对控制变量x＝[T_ap，S_c，Q_WF]进行编码；

62)随机初始化粒子群，得到n个初始粒子，根据初始粒子值进行潮流计算(获得各节点电压、有功功率和无功功率等潮流数据)，求得第i个粒子的适应度值fitness_i＝f(x_i)，设定每个粒子的当前位置作为粒子当前最优解pBesti＝fitness_i，gBest＝min(fitness)为群体当前最优解；

63)对每个粒子进行速度和位置更新，每次更新后，检查速度是否超出最大值V_max或最小值V_min，若是，则将速度限制为对应的极值；

64)根据更新后的粒子值进行潮流计算，计算粒子更新后的适应度值fitness_i＝f(x_i)；如果粒子i的适应度值优于粒子当前最优解pBesti，则将其值设为pBesti；如果最佳的pBesti优于群体当前最优解gBest，则将其值设为gBest；

65)判断是否达到最大迭代次数，若是，则停止计算，若否，则返回步骤63)。

采用33节点配电系统为例，系统节点1处有载调压变压器分接头为11档，变比调节范围±5×1％。节点14，30处各安装可投切并联电容器4组、10组，每组容量100kvar。节点33处接入由2台1500kW变速恒频双馈风电机组成的风电场，其总装机容量3MW，风电机组机端额定电压为690V，如图3所示，切入风速为4m/s，额定风速为12m/s，切出风速为25m/s，风速-功率关系表达式采用

式中P为风电机输出功率；v为风速；A为叶片扫风面积；C_P为风机功率系数。系统节点电压幅值限定为U_min＝0.97，U_max＝1.07。在PSO算法中，粒子数n＝20；惯性权重系数ω＝0.8在[0.4，0.9]之间代数线形递减；加速系数c₁＝c₂＝2.0；最大迭代次数t为100；粒子速度最大值为V_max＝2，最小值V_min＝-2。

选取风电场某日每小时平均预测风速中的具有代表性的5个风速点进行分析，假设每时段风速最大变化值为2m/s，其对应的风电场有功功率和无功功率调节范围如表1所示。为简化计算，不考虑风电机组地理位置不同的风速特性，假设各台风电机组具有相同的运行条件。

表1 风电场功率值

根据本方法得到的配电网无功控制优化结果表2所示。由表2可见，风速为4.9m/s～14.6m/s时，采用本发明方法能得到满足配电网约束条件的无功电压控制要求。按本文方法，风电场参与配电网无功优化，即使在风速较高条件下，仍能得到满足配电网约束条件的无功优化结果。当风速较低，风电场输出有功功率较少时，风电场向系统发出无功功率以支撑系统节点电压，而当风速较高，风电场输出有功功率较多时，风电场向系统吸收无功功率以降低系统节点电压。由此可见，在配电网无功优化中，充分发挥双馈风电机组自身的无功容量，并使其参与所连接电网的无功调节，利用双馈风电机组发出或吸收无功功率对并网节点进行无功控制，可起到好的调节电网电压的作用。

表2 考虑风电机组无功调节能力的配电网优化结果

本发明提供的方法将变速恒频风电场作为连续无功源参与到接入配电网的无功电压控制中，为配电网提供无功辅助服务，综合考虑风电场无功出力与传统配电网调压手段，可调变压器分接头、电容器间的协调控制，解决传统配电网无功调压手段调节离散化、调节速度慢、难以实现电压连续调节的问题，提高风电场接入地区电网的电压稳定水平。

最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围中。

Claims (4)

1.一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，所述的风电场包括多台风电机组，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：

1)根据风电机组定子绕组最大电流I_S，max和转子侧变流器最大电流I_R，max计算风电机组无功输出调节范围；

2)根据风力发电机风速-功率曲线计算t时段风电场预测平均输出有功功率P_WFt，根据设定的风电场短期风速预测误差计算风电场有功功率最大变化量ΔP_WFmax，并计算风电场t时段实际输出最大有功功率P_WFt，max和最小有功功率P_WFt，min：

P_WFt，max＝min{P_WFrate，P_WFt+ΔP_WFmax}    (1)

P_WFt，min＝P_WFt-ΔP_WFmax                  (2)

式中，P_WFrate为风电场额定输出功率；

3)基于风电机组无功输出的调节范围，计算与P_WFt，max、P_WFt，min相对应的无功功率Q_WFt″、Q_WFt′；

4)以可调变压器分接头位置T_ap、并联电容器组数S_c和风电场无功输出Q_WF为控制变量x，即x＝[T_ap，S_c，Q_WF]，建立以接入配电网有功网损与节点电压偏差和最小的含变速恒频风电场配电网的无功目标函数：

$\min f\left(x\right)={\mathrm{\&lambda;}}_1\underset{i=1}{\overset{\mathrm{Nl}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{R}_i\frac{P_i^2+Q_i^2}{{\left|U_i\right|}^2}+{\mathrm{\&lambda;}}_2\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Nn}}{\mathrm{\&Sigma;}}}|U_j-U_{\mathrm{ratj}}|---\left(3\right)$

其中， $T_{\mathrm{ap}}=[T_{{\mathrm{ap}}_1},T_{{\mathrm{ap}}_2},...T_{{\mathrm{ap}}_{\mathrm{Nt}}}],$ N_t为可调变压器台数， $S_c=[S_{c_1},S_{c_2}\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;S_{c_{\mathrm{Nc}}}],$ N_C为并联电容器组数，N_l为系统支路数，N_n为系统节点数，R_i为支路i的电阻，P_i、Q_i分别为节点i的有功功率和无功功率，U_j为节点j的电压幅值，U_ratj为节点j上指定电压幅值，λ₁和λ₂为权重因素；

5)设置配电网无功优化约束条件；

6)根据步骤4)的无功目标函数和步骤5)的无功优化约束条件执行基于粒子群优化算法的含变速恒频风电场的配电网无功优化计算，得到风电场并网点电压和无功优化结果，并将计算结果作为风电场本地无功电压控制系统的输入参考值，控制配电网无功电压。

2.根据权利要求1所述的一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，其特征在于，所述的步骤1)具体为：

11)将风电机组定子绕组最大电流I_S，max和转子侧变流器最大电流I_R，max分别代入式(4)和式(5)获得风电机组P-Q曲线：

${\left(\frac{P_T}{1-s}\right)}^2+Q_T^2={\left({3U}_S{I}_S\right)}^2---\left(4\right)$

${\left(\frac{P_T}{1-s}\right)}^2+{(Q_T+3\frac{U_S^2}{X_S})}^2={\left(3\frac{X_M}{X_S}{U}_S{I}_R\right)}^2---\left(5\right)$

式中，P_T为风电机组输出有功功率，Q_T为风电机组输出无功功率，s为转差率，U_S为定子侧电压，I_S为定子绕组电流，I_R为转子侧变换器电流，X_S为定子漏抗，X_M为励磁电抗；

12)根据式(6)计算风电机组的静稳极限Q_TL：

$Q_{\mathrm{TL}}=-3U_S^2/X_S---\left(6\right)$

13)根据步骤11)和步骤12)获得风电机组无功输出调节范围。

3.根据权利要求2所述的一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，其特征在于，所述的步骤5)中无功优化约束条件包括：

a)系统潮流方程满足等式(7)和(8)的约束条件：

$P_i+P_{\mathrm{WFi}}=P_{\mathrm{Di}}+U_i\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Nn}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}+B_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}})---\left(7\right)$

$Q_i+Q_{\mathrm{WFi}}=Q_{\mathrm{Di}}+U_i\underset{j=1}{\overset{\mathrm{Nn}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{U}_j(G_{\mathrm{ij}}\sin {\mathrm{\&delta;}}_{\mathrm{ij}}-B_{\mathrm{ij}}\cos {\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{ij}})---\left(8\right)$

式中，P_WFi、Q_WFi分别为风电场向节点i注入的有功，无功功率，P_Di、Q_Di分别为节点i处负荷的有功功率、无功功率，G_ij、B_ij和θ_ij为节点i、j的电导、电纳和相角差；

b)风电机组运行满足等式(4)和(5)的约束条件；

c)风电机组无功输出满足不等式(9)的约束条件：

Q_Ti，min＜Q_Ti＜Q_Ti，max    (9)

式中，Q_Ti，max和Q_Ti，min分别为第i台风电机组的无功输出最大值与最小值，Q_Ti为第i台风电机组的无功输出；

d)风电场无功输出Q_WF满足不等式(10)的约束条件：

Q_WF，min＜Q_WF＜Q_WF，max    (10)

Q_WF，max和Q_WF，min分别为风电场无功输出的最大值与最小值，且满足

N为风电场中风电机组的台数；

e)风电机组有功输出满足不等式(11)的约束条件：

P_Ti，min＜P_Ti＜P_Ti，max    (11)

式中，P_Ti，max和P_Ti，min分别为第i台风电机组的有功输出最大值与最小值，P_Ti为第i台风电机组的有功输出；

f)风电场有功输出应满足不等式(12)的约束条件：

P_WF，min＜P_WF＜P_WF，max    (12)

P_WF，max和Q_WF，min分别为风电场有功输出的最大值与最小值，且满足

g)并联电容器组数应满足不等式(13)的约束条件：

S_ci，min＜S_ci＜S_ci，max    (13)

式中，S_ci为第i个节点投入的并联电容器组数，S_ci，min、S_ci，max分别为第i个节点投入的并联电容器组数的最小值和最大值；

h)变压器分接头位置应满足不等式(14)的约束条件：

$T_{{\mathrm{ap}}_i,\min }<T_{{\mathrm{ap}}_i}<T_{{\mathrm{ap}}_i,\max }---\left(14\right)$

式中，

为第i台可调变压器分接头位置，

分别为第i台可调变压器分接头位置的最小值和最大值；

i)节点电压幅值应满足不等式(15)的约束条件：

U_i，min≤U_i≤U_i，max    (15)

式中，U_i为节点i的电压幅值，U_i，min、U_i，max为节点i的电压幅值的最小值和最大值。

4.根据权利要求3所述的一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法，其特征在于，所述的步骤6)中基于粒子群优化算法的含变速恒频风电场的配电网无功优化计算具体为：

61)设定粒子群优化算法的参数，包括粒子群规模n、惯性权重系数ω、加速系数c、最大迭代次数t、速度变化范围[V_max，V_min]，对控制变量x＝[T_ap，S_c，Q_WF]进行编码；

62)随机初始化粒子群，得到n个初始粒子，根据初始粒子值进行潮流计算，求得第i个粒子的适应度值fitness_i＝f(x_i)，设定每个粒子的当前位置作为粒子当前最优解pBesti＝fitness_i，gBest＝min(fitness)为群体当前最优解；

63)对每个粒子进行速度和位置更新，每次更新后，检查速度是否超出最大值V_max或最小值V_min，若是，则将速度限制为对应的极值；

64)根据更新后的粒子值进行潮流计算，计算粒子更新后的适应度值fitness_i＝f(x_i)；如果粒子i的适应度值优于粒子当前最优解pBesti，则将其值设为pBesti；如果最佳的pBesti优于群体当前最优解gBest，则将其值设为gBest；

65)判断是否达到最大迭代次数，若是，则停止计算，若否，则返回步骤63)。

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