CN107370161B - 一种风电场无功控制系统用的电压控制方法 - Google Patents

一种风电场无功控制系统用的电压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电场无功控制系统用的电压控制方法，包括步骤：1)数据采集；2)计算以主变高压侧电压稳定为控制目标的无功补偿值；3)根据主变低压侧的电压值来判断控制目标是否需要进行转换；4)无功控制系统将计算出来的Q(n)值，分配给风电场的风机机组和无功补偿装置，以使整个风电场能够足量实现全场无功需求。本发明方法在以主变高压侧为控制点的基础上增加了主变低压侧电压越线目标转换功能，以保障风电场110kV侧(主变高压侧)母线电压的合格范围及35KV侧(主变低压侧)母线电压的稳定，在满足调度对区域无功电压的控制需求的同时，考虑到升压站安全运行的电压水平需求。

Description

一种风电场无功控制系统用的电压控制方法
技术领域
本发明涉及风电场电压控制的技术领域，尤其是指一种风电场无功控制系统用的电压控制方法。
背景技术
风力发电技术日趋成熟，已经成为重要的新能源发电方式。随着风电并网比例的增大，风电场的无功和电压问题日益受到风电企业和电网公司的关注和重视。在风力发电技术领域，无功补偿与电压控制是保证风电健康发展的重要技术内容。
目前，风电场的电压控制系统都只以并网点即主变高压侧的电压为控制目标，而未考虑到极端情况下，调度下发的无功指令与风电场电压水平不匹配的话，可能会引起风电场电压越限的问题。参见图3所示，为风电场的拓扑结构图，图中的风机输出电压一般为690V，每台风机有一箱式变压器将电压升至35kV，几台箱式变压器并联接入35kV母线为一条线路，35kV母线装设无功补偿设备，一般默认选择风电场并网主变高压侧作为控制点，但是在极端情况下，以主变高压侧为控制目标时，可能引起低压侧电压越限的问题。例如：当主变低压侧本身处于较低水平，此时如果高压侧需要从35kV母线吸收无功功率以提高主变高压侧电压，则主变低压侧电压会进一步降低，可能使得35kV母线电压过低，导致风机进入低电压穿越状态，故此时无功管理系统不再执行吸无功指令，应转换控制目标，按照主变低压侧电压设置值为控制目标，进行无功补偿计算，从而防止低压侧电压过低；当主变低压侧本身处于较高水平，此时如果高压侧需要对35kV母线注入无功功率以提高主变高压侧电压，则主变低压侧电压会进一步升高，可能使得35kV母线电压过高，导致风机进入高电压穿越状态。
因此，为了尽可能的避免电压水平越限，本发明方法在以主变高压侧为控制点的基础上增加了主变低压侧电压越线目标转换功能，以保障风电场110kV侧(主变高压侧)母线电压的合格范围及35KV侧(主变低压侧)母线电压的稳定，在满足调度对区域无功电压的控制需求的同时，考虑到升压站安全运行的电压水平需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种风电场无功控制系统用的电压控制方法，既能根据调度要求控制主变高压侧电压或无功水平，同时又可以兼顾主变低压侧即场站内的电压，以保证风电场安全稳定运行。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风电场无功控制系统用的电压控制方法，包括以下步骤：
1)获取主变高、低压侧的电压有效值Uhigh、Ulow，单位为kV；
2)计算以主变高压侧电压稳定为控制目标的无功补偿值Qhigh，具体如下：
2.1)计算电压差值ΔU
ΔU＝Urefhigh-Uhigh
式中，Urefhigh表示主变高压侧的电压参考值，取0.9～1.1倍的U0high，U0high表示平均额定电压，单位为kV，对应不同电压等级U0high取值不同：电压等级0.38、0.62、0.66、1、1.14、2.3、3、6、10、35、110、220、330、500对应的U0high取值为0.4、0.62、0.69、1.05、1.2、2.4、3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525；Uhigh为获取的主变高压侧的电压有效值；ΔU为电压偏差值；
2.2)计算无功补偿值
当-a＜ΔU＜a时，Qhigh(n)＝Qhigh(n-1)，在电压死区范围内，本周期的无功补偿值为上周期计算无功值；
当ΔU≤-a或ΔU≥a时，
式中，ΔU表示电压偏差值；Sschigh表示主变高压侧接入系统的短路容量，单位为MVA，由接入系统参数决定；Qhigh(n)表示以主变高压侧电压为控制目标的无功补偿值；a为设定阀值，需根据实际系统参数进行设计；
3)根据主变低压侧的电压值来判断控制目标是否需要进行转换，具体如下：
3.1)增加4个参量：电压下限转换值A、电压下限闭锁值B、电压上限闭锁值C、电压上限转换D；
3.2)当B＜Ulow＜C时，根据主变高压侧电压控制系统无功功率，稳定主变高压侧电压在目标值的死区范围内，即控制目标仍为高压侧，Q(n)＝Qhigh(n)；
当A＜Ulow≤B，且Qhigh≥0时，控制目标仍为高压侧，即Q(n)＝Qhigh(n)；
当A＜Ulow≤B，且Qhigh＜0时，为了防止风机进入低电压穿越，无功控制系统不再执行吸收无功指令，控制目标转为低压侧，即Q(n)＝Qlow(n)；
当C≤Ulow＜D，且Qhigh≤0时，控制目标仍为高压侧，即Q(n)＝Qhigh(n)；
当C≤Ulow＜D，且Qhigh＞0时，为了防止风机进入高电压穿越，无功控制系统不再执行注入无功指令，控制目标转为低压侧，即Q(n)＝Qlow(n)；
当Ulow≤A或者Ulow≥D时，转换控制目标，将主变低压侧作为控制目标，即Q(n)＝Qlow(n)；
上式中，Ulow为主变低压侧的电压测量值；Qhigh为以主变高压侧电压为控制目标计算得到的无功补偿量；
其中，Qlow(n)值的计算方法如下：
式中，Ureflow表示主变低压侧的参考电压值0.9～1.1倍的U0low，U0low表示平均额定电压，单位为kV，对应不同电压等级U0low取值不同，电压等级0.38、0.62、0.66、1、1.14、2.3、3、6、10、35、110、220、330、500对应的U0low取值为0.4、0.62、0.69、1.05、1.2、2.4、3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525；Ssclow表示接入系统的短路容量，单位为MVA，由接入系统参数决定；Qlow(n)表示以主变低压侧电压为控制目标的无功补偿值；
4)无功控制系统将计算出来的Q(n)值，分配给风电场的风机机组和无功补偿装置，以使整个风电场能够足量实现全场无功需求。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
对于接入较高等级电网的大型风电场，无功功率补偿是稳定系统电压的重要手段，传统的无功电压控制往往只以并网点的电压稳定为控制目标。本发明在传统的无功电压控制基础上，增加了电压越线闭锁功能，既可以根据调度要求控制主变高压侧电压，同时考虑到极端情况下，风电场电压越限的问题，防止风机由于调度下发的无功指令与风电场电压水平不匹配引起的低电压穿越或高电压穿越问题，以保证风场的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
图2为主变低压侧电压越线目标转换原理框图。
图3为风电场的拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1所示，本实施例所提供的风电场无功控制系统用的电压控制方法，主要是在以主变高压侧为控制点的基础上增加了主变低压侧电压越线目标转换功能，以保障风电场110kV侧(主变高压侧)母线电压的合格范围及35KV侧(主变低压侧)母线电压的稳定，在满足调度对区域无功电压的控制需求的同时，考虑到升压站安全运行的电压水平需求；其具体包括以下步骤：
1)获取主变高、低压侧的电压有效值Uhigh、Ulow，单位为kV。
2)计算以主变高压侧电压稳定为控制目标的无功补偿值Qhigh，具体如下：
2.1)计算电压差值ΔU
ΔU＝Urefhigh-Uhigh
式中，Urefhigh表示主变高压侧的电压参考值，取0.9～1.1倍的U0high，U0high表示平均额定电压，单位为kV，对应不同电压等级U0high取值不同，参见下表1所示；Uhigh为获取的主变高压侧的电压有效值；ΔU为电压偏差值。
表1电压等级对应U0high取值
电压等级 0.38 0.62 0.66 1 1.14 2.3 3
U<sub>0high</sub>取值 0.4 0.62 0.69 1.05 1.2 2.4 3.15
电压等级 6 10 35 110 220 330 500
U<sub>0high</sub>取值 6.3 10.5 37 115 230 345 525
2.2)计算无功补偿值
当-a＜ΔU＜a时，Qhigh(n)＝Qhigh(n-1)，在电压死区范围内，本周期的无功补偿值为上周期计算无功值；
当ΔU≤-a或ΔU≥a时，
式中，ΔU表示电压偏差值；Sschigh表示主变高压侧接入系统的短路容量，单位为MVA，由接入系统参数决定；Qhigh(n)表示以主变高压侧电压为控制目标的无功补偿值；a为设定阀值，需根据实际系统参数进行设计。
3)根据主变低压侧的电压值来判断控制目标是否需要进行转换，参见图2所示，具体如下：
3.1)增加4个参量：电压下限转换值A、电压下限闭锁值B、电压上限闭锁值C、电压上限转换D；通常，B值建议为37.5kV，C值建议为38.5kV，A值建议为B-0.005×35kV＝37.325kV，D值建议为C+0.005×35kV＝38.675kV。
3.2)当B＜Ulow＜C时，根据主变高压侧电压控制系统无功功率，稳定主变高压侧电压在目标值的死区范围内，即控制目标仍为高压侧，Q(n)＝Qhigh(n)；
当A＜Ulow≤B，且Qhigh≥0时，控制目标仍为高压侧，即Q(n)＝Qhigh(n)；
当A＜Ulow≤B，且Qhigh＜0时，为了防止风机进入低电压穿越，无功控制系统不再执行吸收无功指令，控制目标转为低压侧，即Q(n)＝Qlow(n)；
当C≤Ulow＜D，且Qhigh≤0时，控制目标仍为高压侧，即Q(n)＝Qhigh(n)；
当C≤Ulow＜D，且Qhigh＞0时，为了防止风机进入高电压穿越，无功控制系统不再执行注入无功指令，控制目标转为低压侧，即Q(n)＝Qlow(n)；
当Ulow≤A或者Ulow≥D时，转换控制目标，将主变低压侧作为控制目标，即Q(n)＝Qlow(n)；
在上式中，Ulow为主变低压侧的电压测量值；Qhigh为以主变高压侧电压为控制目标计算得到的无功补偿量；
其中，Qlow(n)值的计算方法如下：
式中，Ureflow表示主变低压侧的参考电压值0.9～1.1倍的U0low，U0low表示平均额定电压，单位为kV，对应不同电压等级U0low取值不同，参见下表2所示；Ssclow表示接入系统的短路容量，单位为MVA，由接入系统参数决定；Qlow(n)表示以主变低压侧电压为控制目标的无功补偿值。
表2电压等级对应U0low取值
电压等级 0.38 0.62 0.66 1 1.14 2.3 3
U<sub>0low</sub>取值 0.4 0.62 0.69 1.05 1.2 2.4 3.15
电压等级 6 10 35 110 220 330 500
U<sub>0low</sub>取值 6.3 10.5 37 115 230 345 525
4)无功控制系统将计算出来的Q(n)值，分配给风电场的风机机组和无功补偿装置，以使整个风电场能够足量实现全场无功需求。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种风电场无功控制系统用的电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)获取主变高、低压侧的电压有效值Uhigh、Ulow，单位为kV；
2)计算以主变高压侧电压稳定为控制目标的无功补偿值Qhigh，具体如下：
2.1)计算电压偏差值ΔU
ΔU＝Urefhigh-Uhigh
式中，Urefhigh表示主变高压侧的电压参考值，取0.9～1.1倍的U0high，U0high表示平均额定电压，单位为kV，对应不同电压等级U0high取值不同：电压等级0.38、0.62、0.66、1、1.14、2.3、3、6、10、35、110、220、330、500对应的U0high取值为0.4、0.62、0.69、1.05、1.2、2.4、3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525；Uhigh为获取的主变高压侧的电压有效值；ΔU为电压偏差值；
2.2)计算无功补偿值
当-a＜ΔU＜a时，Qhigh(n)＝Qhigh(n-1)，在电压死区范围内，本周期的无功补偿值为上周期计算无功值；
当ΔU≤-a或ΔU≥a时，
式中，ΔU表示电压偏差值；Sschigh表示主变高压侧接入系统的短路容量，单位为MVA，由接入系统参数决定；Qhigh(n)表示以主变高压侧电压为控制目标的无功补偿值；a为设定阀值，需根据实际系统参数进行设计；
3)根据主变低压侧的电压值来判断控制目标是否需要进行转换，具体如下：
3.1)增加4个参量：电压下限转换值A、电压下限闭锁值B、电压上限闭锁值C、电压上限转换D；
3.2)当B＜Ulow＜C时，根据主变高压侧电压控制系统无功功率，稳定主变高压侧电压在目标值的死区范围内，即控制目标仍为高压侧，Q(n)＝Qhigh(n)；
当A＜Ulow≤B，且Qhigh≥0时，控制目标仍为高压侧，即Q(n)＝Qhigh(n)；
当A＜Ulow≤B，且Qhigh＜0时，为了防止风机进入低电压穿越，无功控制系统不再执行吸收无功指令，控制目标转为低压侧，即Q(n)＝Qlow(n)；
当C≤Ulow＜D，且Qhigh≤0时，控制目标仍为高压侧，即Q(n)＝Qhigh(n)；
当C≤Ulow＜D，且Qhigh＞0时，为了防止风机进入高电压穿越，无功控制系统不再执行注入无功指令，控制目标转为低压侧，即Q(n)＝Qlow(n)；
当Ulow≤A或者Ulow≥D时，转换控制目标，将主变低压侧作为控制目标，即Q(n)＝Qlow(n)；
上式中，Ulow为主变低压侧的电压测量值；Qhigh为以主变高压侧电压为控制目标计算得到的无功补偿量；
其中，Qlow(n)值的计算方法如下：
式中，Ureflow表示主变低压侧的参考电压值0.9～1.1倍的U0low，U0low表示平均额定电压，单位为kV，对应不同电压等级U0low取值不同，电压等级0.38、0.62、0.66、1、1.14、2.3、3、6、10、35、110、220、330、500对应的U0low取值为0.4、0.62、0.69、1.05、1.2、2.4、3.15、6.3、10.5、37、115、230、345、525；Ssclow表示接入系统的短路容量，单位为MVA，由接入系统参数决定；Qlow(n)表示以主变低压侧电压为控制目标的无功补偿值；
4)无功控制系统将计算出来的Q(n)值，分配给风电场的风机机组和无功补偿装置，以使整个风电场能够足量实现全场无功需求。
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