CN108199383A - 一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法，包括如下步骤：(1)建立无功优化模型，包括：目标函数的建立；约束条件的确定；增广目标函数的确定；(2)求解无功优化模型；包括：输入风机、线路、变压器、动态无功补偿装置的相关参数，当前处于运行状态的风机运行数据以及测得的实时风电潮流数据；设置收敛条件及最大迭代次数；对粒子群维数、位置、速度、个体最优解和全局最优解进行初始化；根据增广函数计算每一粒子的适应度值；与该粒子当前的个体最优解进行适应度值比较并相应操作。联调控制，优化当前电压无功自动调节，降低电网损耗，提高电压质量，降低电压无功优化调节的费用，提高调节设备使用寿命。

Description

一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法 及系统

技术领域

本发明属于电力设备状态评价与检修领域，特别是涉及一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法及系统。

背景技术

目前我国双馈风电场中主要的无功源有SVC、SVG和双馈风力发电机(DFIG)。SVG和SVC具有响应速度快且无功容量较大的特点，故在风电场中常作为动态无功补偿装置使用，但由于其损耗较大，多用于暂态调节或作为无功备用。DFIG本身具有较大的无功容量且能够自由调节，其无功出力受AVC系统的控制，但由于AVC系统需要在通信过程中花费较多时间，因此DFIG的无功调节速度较慢，一般为秒级，而电网的暂态过程为毫秒级，所以DFIG只能用于稳定调节，而无法用于暂态调节。

为了保证风电场经济运行，同时避免多个无功源在完成同一补偿任务时出现相互冲突的情况，需要开发一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法及其运行该方法的系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制，优化当前电压无功自动调节，降低电网损耗，提高电压质量，降低电压无功优化调节的费用，提高调节设备使用寿命。

为此，本发明的目的在于提供一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法，该方法包括如下步骤：

(1)建立无功优化模型；

(2)求解无功优化模型。

优化的，所述步骤(1)包括：

(1-1)目标函数的建立；

(1-2)约束条件的确定；

(1-3)增广目标函数的确定。

优选的，所述步骤(1-1)包括以风电场有功损耗最小作为目标函数，这是为了达到满足电网无功需求的前提下进行的，计算风电场有功损耗时，包括风机损耗、线路损耗、变压器损耗以及动态无功补偿装置的损耗，所述目标函数为：

min∑P_G+P_T+P_L+P_loss (1)

其中，P_G为风电场全部处于运行状态的风机有功损耗；P_T为风电场所有运行中变压器的有功损耗；P_L为风电场输电线路的有功损耗；P_loss为动态无功补偿装置的有功损耗。

优选的，所述步骤(1-2)包括潮流约束条件，不等式约束条件，其中所述潮流约束条件为：

式中，P_Gi、Q_Gi分别为节点i的有功、无功发电功率；P_Li、Q_Li分别为节点i的有功、无功负荷功率；U_i、U_j为节点i、j的电压幅值；G_ij，B_ij，δ_ij分别为支路ij的电导、电纳和节点i、j之间的相角差；所述不等式约束条件为：

式中，P_G、Q_G为机组的有功和无功出力；U_PCC为风电场公共连接点电压；C为并联电容器投切容量；T为有载调压变压器分接头位置；为风机的功率因数。

优化的，所述步骤(2)包括：

(2-1)输入风机、线路、变压器、动态无功补偿装置的相关参数，当前处于运行状态的风机运行数据以及测得的实时风电潮流数据；

(2-2)设置收敛条件及最大迭代次数；

(2-3)对粒子群维数、位置、速度、个体最优解和全局最优解进行初始化；

(2-4)根据增广函数计算每一粒子的适应度值；

(2-5)将每一粒子的适应度值与该粒子当前的个体最优解进行比较，若适应度值小于个体最优解，则将该粒子的适应度值赋值给个体最优解；

(2-6)从整个粒子群中找到最小的个体最优解，将该个体最优解同群体最优解进行比较，若个体最优解小于群体最优解，则将个体最优解的值赋值给群体最优解，反之则保持不变；

(2-7)更新每一粒子的速度与位置，在更新完成后检查粒子位置是否越限，若越限则将越限的粒子位置用其最大(最小)约束值代替；

(2-8)当迭代结果满足误差要求或循环次数达到最大时终止计算，否则跳回步骤(2-4)。

优选的，所述步骤(2-7)的更新算法包括：

x_i,j(t+1)＝x_i,j(t)+v_i,j(t+1) (5)；

其中若当前进化代数小于最大进化代数的一半时，取

其中若当前进化代数大于最大进化代数的一半时，取

本发明的目的还在于提供一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制系统，该系统包括如下子系统：

(1)无功优化模型建立子系统；

(2)无功优化模型求解子系统。

优化的，所述无功优化模型建立子系统包括：

(1-1)目标函数建立子系统；

(1-2)约束条件确定子系统；

(1-3)增广目标函数的确定。

优选的，所述步骤(1-3)增广目标函数采用罚函数的形式对目标函数和无功出力等式约束条件进行处理，处理后的增广目标函数为：

，式中r_k为罚引资，c为缩小系数。

优选的，所述无功优化模型求解子系统包括如下子系统：

(2-1)输入系统以及参数测量子系统：输入风机、线路、变压器、动态无功补偿装置的相关参数，当前处于运行状态的风机运行数据以及测得的实时风电潮流数据；

(2-2)设置子系统：设置收敛条件及最大迭代次数；

(2-3)初始化子系统：对粒子群维数、位置、速度、个体最优解和全局最

优解进行初始化；

(2-4)计算器：根据增广函数计算每一粒子的适应度值；

(2-5)比较器及赋值器：将每一粒子的适应度值与该粒子当前的个体最优解进行比较，若适应度值小于个体最优解，则将该粒子的适应度值赋值给个体最优解；

(2-6)最优解求解器：从整个粒子群中找到最小的个体最优解，将该个体最优解同群体最优解进行比较，若个体最优解小于群体最优解，则将个体最优解的值赋值给群体最优解，反之则保持不变；

(2-7)判断器：更新每一粒子的速度与位置，在更新完成后检查粒子位置是否越限，若越限则将越限的粒子位置用其最大(最小)约束值代替；

(2-8)执行器：当迭代结果满足误差要求或循环次数达到最大时终止计算，否则跳回步骤(2-4)。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本发明的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：

附图1为根据本发明实施例的自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法流程图；

附图2为根据本发明实施例的自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法系统框图。

具体实施方式

参加按附图1为根据本发明实施例的自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法流程图，包括如下步骤：

(1)建立无功优化模型；包括：

(1-1)目标函数的建立，包括以风电场有功损耗最小作为目标函数，这是为了达到满足电网无功需求的前提下进行的，计算风电场有功损耗时，包括风机损耗、线路损耗、变压器损耗以及动态无功补偿装置的损耗，所述目标函数为：

min∑P_G+P_T+P_L+P_loss (1)

其中，P_G为风电场全部处于运行状态的风机有功损耗；P_T为风电场所有运行中变压器的有功损耗；P_L为风电场输电线路的有功损耗；P_loss为动态无功补偿装置的有功损耗；

(1-2)约束条件的确定，包括潮流约束条件，不等式约束条件，其中所述潮流约束条件为：

式中，P_Gi、Q_Gi分别为节点i的有功、无功发电功率；P_Li、Q_Li分别为节点i的有功、无功负荷功率；U_i、U_j为节点i、j的电压幅值；G_ij，B_ij，δ_ij分别为支路ij的电导、电纳和节点i、j之间的相角差；所述不等式约束条件为：

式中，P_G、Q_G为机组的有功和无功出力；U_PCC为风电场公共连接点电压；C为并联电容器投切容量；T为有载调压变压器分接头位置；为风机的功率因数；以及

(1-3)增广目标函数的确定，采用罚函数的形式对目标函数和无功出力等式约束条件进行处理，处理后的增广目标函数为：

式中r^k为罚因子，c为缩小系数。

(2)求解无功优化模型，包括：

(2-1)输入风机、线路、变压器、动态无功补偿装置的相关参数，当前处于运行状态的风机运行数据以及测得的实时风电潮流数据；

(2-2)设置收敛条件及最大迭代次数；

(2-3)对粒子群维数、位置、速度、个体最优解和全局最优解进行初始化；

(2-4)根据增广函数计算每一粒子的适应度值；

(2-5)将每一粒子的适应度值与该粒子当前的个体最优解进行比较，若适应度值小于个体最优解，则将该粒子的适应度值赋值给个体最优解；

(2-6)从整个粒子群中找到最小的个体最优解，将该个体最优解同群体最优解进行比较，若个体最优解小于群体最优解，则将个体最优解的值赋值给群体最优解，反之则保持不变；

(2-7)更新每一粒子的速度与位置，在更新完成后检查粒子位置是否越限，若越限则将越限的粒子位置用其最大(最小)约束值代替，更新算法包括：

x_i,j(t+1)＝x_i,j(t)+v_i,j(t+1) (6)；

其中若当前进化代数小于最大进化代数的一半时，取

其中若当前进化代数大于最大进化代数的一半时，取

(2-8)当迭代结果满足误差要求或循环次数达到最大时终止计算，否则跳回步骤(2-4)。

参见附图2，一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制系统框图，该系统包括如下子系统：

(1)无功优化模型建立子系统，包括：

(1-1)目标函数建立子系统；

(1-2)约束条件确定子系统；

(1-3)增广目标函数的确定，增广目标函数采用罚函数的形式对目标函数和无功出力等式约束条件进行处理，处理后的增广目标函数为：

式中r_k为罚引资，c为缩小系数。

(2)无功优化模型求解子系统，包括如下子系统：

(2-1)输入系统以及参数测量子系统：输入风机、线路、变压器、动态无功补偿装置的相关参数，当前处于运行状态的风机运行数据以及测得的实时风电潮流数据；

(2-2)设置子系统：设置收敛条件及最大迭代次数；

(2-3)初始化子系统：对粒子群维数、位置、速度、个体最优解和全局最

优解进行初始化；

(2-4)计算器：根据增广函数计算每一粒子的适应度值；

(2-5)比较器及赋值器：将每一粒子的适应度值与该粒子当前的个体最优解进行比较，若适应度值小于个体最优解，则将该粒子的适应度值赋值给个体最优解；

(2-6)最优解求解器：从整个粒子群中找到最小的个体最优解，将该个体最优解同群体最优解进行比较，若个体最优解小于群体最优解，则将个体最优解的值赋值给群体最优解，反之则保持不变；

(2-7)判断器：更新每一粒子的速度与位置，在更新完成后检查粒子位置是否越限，若越限则将越限的粒子位置用其最大(最小)约束值代替；

(2-8)执行器：当迭代结果满足误差要求或循环次数达到最大时终止计算，否则跳回步骤(2-4)。

为了验证优化算法能否降低风电场有功损耗提高运行经济性，结合风电场建模方法以及平鲁卧龙洞风电场相关设备的数据，在MATLAB中编写带有罚函数的二阶震荡粒子群法的风电场无功优化程序，并编写等功率因数分配风机无功出力的风电场损耗计算程序与之对比，程序中风电场内的所有风机的有功处理均设定为额定值，功率因数取0.95，计算后得出当风电场无功出力低于75％时，优化后的损耗较未优化时的损耗小很多，而当无功出力大于75％时，，优化效果不明显。在SIMU-LINK中搭建该风电场的离散仿真模型，风电场包括30台1.5MW的风机和1台Mvar的SVG组成，接入66kV电网中，风速设定为11-13m/s，66kV系统短路容量舍维1050MVA，加入该控制策略后的仿真模型看出，在稳态运行过程中风电场运行正常。设置66kV电网电压三相电压跌落至85％来模拟电网故障，故障时间设定为300ms，当电网由于故障出现电压跌落时，系统电压的最低值由之前86％上升到88％，即可以在暂态过程中为电网提供一定的电压支持，能够在一定程度上减轻暂态过程对电网稳定的危害。

虽然本发明已经参考特定的说明性实施例进行了描述，但是不会受到这些实施例的限定而仅仅受到附加权利要求的限定。本领域技术人员应当理解可以在不偏离本发明的保护范围和精神的情况下对本发明的实施例能够进行改动和修改。

Claims (10)

1.一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

(1)建立无功优化模型；

(2)求解无功优化模型。

2.根据权利要求1所述的一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法，其特征在于所述步骤(1)包括：

(1-1)目标函数的建立；

(1-2)约束条件的确定；

(1-3)增广目标函数的确定。

3.根据权利要求2所述的一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法，其特征在于所述步骤(1-1)包括以风电场有功损耗最小作为目标函数，这是为了达到满足电网无功需求的前提下进行的，计算风电场有功损耗时，包括风机损耗、线路损耗、变压器损耗以及动态无功补偿装置的损耗，所述目标函数为：

min∑P_G+P_T+P_L+P_loss (1)

其中，P_G为风电场全部处于运行状态的风机有功损耗；P_T为风电场所有运行中变压器的有功损耗；P_L为风电场输电线路的有功损耗；P_loss为动态无功补偿装置的有功损耗。

4.根据权利要求2所述的一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法，其特征在于所述步骤(1-2)包括潮流约束条件，不等式约束条件，其中所述潮流约束条件为：

式中，P_Gi、Q_Gi分别为节点i的有功、无功发电功率；P_Li、Q_Li分别为节点i的有功、无功负荷功率；U_i、U_j为节点i、j的电压幅值；G_ij，B_ij，δ_ij分别为支路ij的电导、电纳和节点i、j之间的相角差；所述不等式约束条件为：

式中，P_G、Q_G为机组的有功和无功出力；U_PCC为风电场公共连接点电压；C为并联电容器投切容量；T为有载调压变压器分接头位置；为风机的功率因数。

5.根据权利要求1所述的一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法，其特征在于所述步骤(2)包括：

(2-1)输入风机、线路、变压器、动态无功补偿装置的相关参数，当前处于运行状态的风机运行数据以及测得的实时风电潮流数据；

(2-2)设置收敛条件及最大迭代次数；

(2-3)对粒子群维数、位置、速度、个体最优解和全局最优解进行初始化；

(2-4)根据增广函数计算每一粒子的适应度值；

(2-5)将每一粒子的适应度值与该粒子当前的个体最优解进行比较，若适应度值小于个体最优解，则将该粒子的适应度值赋值给个体最优解；

(2-6)从整个粒子群中找到最小的个体最优解，将该个体最优解同群体最优解进行比较，若个体最优解小于群体最优解，则将个体最优解的值赋值给群体最优解，反之则保持不变；

(2-7)更新每一粒子的速度与位置，在更新完成后检查粒子位置是否越限，若越限则将越限的粒子位置用其最大(最小)约束值代替；

(2-8)当迭代结果满足误差要求或循环次数达到最大时终止计算，否则跳回步骤(2-4)。

6.根据权利要求5所述的一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制方法，其特征在于所述步骤(2-7)的更新算法包括：

v_i,j(t+1)＝ωv_i,j(t)+c₁r₁[p_i,j-(1+ξ₁)x_i,j(t)+ξ₁x_i,j(t-1)]+

c₂r₂[p_g,j-(1+ξ₂)x_i,j(t)+ξ₂x_i,j(t-1)] (4)；

x_i,j(t+1)＝x_i,j(t)+v_i,j(t+1) (5)；

其中若当前进化代数小于最大进化代数的一半时，取

其中若当前进化代数大于最大进化代数的一半时，取

7.一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制系统，其特征在于该系统包括如下子系统：

(1)无功优化模型建立子系统；

(2)无功优化模型求解子系统。

8.根据权利要求7所述的一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制系统，其特征在于所述无功优化模型建立子系统包括：

(1-1)目标函数建立子系统；

(1-2)约束条件确定子系统；

(1-3)增广目标函数的确定。

9.根据权利要求8所述的一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制系统，其特征在于所述子系统(1-3)增广目标函数采用罚函数的形式对目标函数和无功出力等式约束条件进行处理，处理后的增广目标函数为：

，

式中r_k为罚引资，c为缩小系数。

10.根据权利要求7所述的一种自动电压控制系统与动态无功补偿系统的联调控制系统，

其特征在于所述无功优化模型求解子系统包括如下子系统：

(2-1)输入系统以及参数测量子系统：输入风机、线路、变压器、动态无功补偿装置的相关参数，当前处于运行状态的风机运行数据以及测得的实时风电潮流数据；

(2-2)设置子系统：设置收敛条件及最大迭代次数；

(2-3)初始化子系统：对粒子群维数、位置、速度、个体最优解和全局最优解进行初始化；

(2-4)计算器：根据增广函数计算每一粒子的适应度值；

(2-5)比较器及赋值器：将每一粒子的适应度值与该粒子当前的个体最优解进行比较，若适应度值小于个体最优解，则将该粒子的适应度值赋值给个体最优解；

(2-6)最优解求解器：从整个粒子群中找到最小的个体最优解，将该个体最优解同群体最优解进行比较，若个体最优解小于群体最优解，则将个体最优解的值赋值给群体最优解，反之则保持不变；

(2-7)判断器：更新每一粒子的速度与位置，在更新完成后检查粒子位置是否越限，若越限则将越限的粒子位置用其最大(最小)约束值代替；

(2-8)执行器：当迭代结果满足误差要求或循环次数达到最大时终止计算，否则跳回步骤(2-4)。