CN109546667A - 风电场并网点电压的三相不平衡改善方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电场并网点电压的三相不平衡改善方法及系统，其方法包括：建立基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型；根据风电场网络的潮流约束和网络节点的元件约束构造若干约束条件，其中，所述约束条件包括通过风机的负序阻抗模型构造的约束条件；根据所述约束条件将风电场并网点负序电压的最小值作为所述不平衡抑制模型的目标函数进行求解。本发明考虑SVC分相调节，以风电场并网点负序电压最小为目标函数，求解建立的考虑潮流约束的SVC分相调节分相调节的优化模型的最优解，可有效改善风电场并网点电压的三相不平衡现象。

Description

风电场并网点电压的三相不平衡改善方法及系统

技术领域

本发明涉及风电汇集系统技术领域，更具体的，涉及一种风电场并网点电压的三相不平衡改善方法、系统。

背景技术

风力发电有两种不同的类型，即：独立运行的—离网型，和接入电力系统运行的—并网型。离网型的风力发电规模较小，通过蓄电池等储能装置或者与其他能源发电技术相结合(如风电/水电互补系统、风电——柴油机组联合供电系统)可以解决偏远地区的供电问题。并网型的风力发电是规模较大的风力发电场，容量大约为几兆瓦到几百兆瓦，由几十台甚至成百上千台风电机组构成。并网运行的风力发电场可以得到大电网的补偿和支撑，更加充分的开发可利用的风力资源，是国内外风力发电的主要发展方向。

但是目前大规模风电汇集系统的三相电压不平衡问题仍然存在，尚未研究出有效的解决方案，使得电力系统的运行安全性降低，因此，亟需提供一种风电场并网点电压的三相不平衡改善方法。

发明内容

本发明提供一种风电场并网点电压的三相不平衡改善方法及系统，通过建立含SVC(Static Var Compensator，SVC分相调节器)的风电并网区域三相优化潮流模型，通过约束条件进行迭代计算，确定该模型的最优解，从而可有效改善风电场并网点电压的三相不平衡现象，解决了目前由于缺少有效的解决大规模风电汇集系统的三相不平衡的方案的问题，提高了电力系统的运行安全性。

在某些实施例中，一种风电场并网点电压的三相不平衡改善方法，包括：

建立基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型；

根据风电场网络的潮流约束和网络节点的元件约束构造若干约束条件，其中，所述约束条件包括通过风机的负序阻抗模型构造的约束条件；

根据所述约束条件将风电场并网点负序电压的最小值作为所述不平衡抑制模型的目标函数进行求解；

将求解结果输入风电场并网点。

在某些实施例中，所述基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型为：

其中，为节点k的m相电流，为节点k的m相电压，B_mp表示节点k的m相和p相之间的互电纳，j为虚数，p,m∈{a,b,c}表示相编号。

在某些实施例中，所述风机包括双馈风机，通过所述双馈风机的负序阻抗模型构造的约束条件为：

和/或，

所述风机包括直驱风机，通过所述直驱风机的负序阻抗模型构造的约束条件为：

其中，P和Q表示类型节点功率，i表示母线编号，p,m∈{a,b,c}表示相编号，表示给定风速下的双馈风机负序阻抗，表示给定风速下的直驱风机负序阻抗；conj表示取相量的共轭；α＝e^j120°，j为虚数，表示母线i的m相的相电压。

在某些实施例中，所述约束条件还包括：

其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

在某些实施例中，所述根据所述约束条件将风电场并网点负序电压幅值的最小值作为所述不平衡抑制模型的目标函数进行求解，包括：

根据所述约束条件，采用内点法求解所述不平衡抑制模型下风电场并网点负序电压幅值的最小值。

在某些实施例中，一种风电场并网点电压的三相不平衡改善系统，包括：

建立模块，建立基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型；

约束条件构造模块，根据风电场网络的潮流约束和网络节点的元件约束构造若干约束条件，其中，所述约束条件包括通过风机的负序阻抗模型构造的约束条件；

求解模块，根据所述约束条件将风电场并网点负序电压幅值的最小值作为所述不平衡抑制模型的目标函数进行求解；

改善模块，将求解结果输入风电场并网点。

在某些实施例中，所述基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型为：

其中，为节点k的m相电流，为节点k的m相电压，B_mp表示节点k的m相和p相之间的互电纳，j为虚数，p,m∈{a,b,c}表示相编号。

在某些实施例中，所述风机包括双馈风机，通过所述双馈风机的负序阻抗模型构造的约束条件为：

和/或，

所述风机包括直驱风机，通过所述直驱风机的负序阻抗模型构造的约束条件为：

其中，P和Q表示类型节点功率，i表示母线编号，p,m∈{a,b,c}表示相编号，表示给定风速下的双馈风机负序阻抗，表示给定风速下的直驱风机负序阻抗；conj表示取相量的共轭；α＝e^j120°，j为虚数，表示母线i的m相的相电压。

在某些实施例中，所述约束条件还包括：

其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

在某些实施例中，所述求解模块包括：

根据所述约束条件采用信頼域内点法求解所述不平衡抑制模型下风电场并网点负序电压幅值的最小值。

在某些实施例中，一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的风电场并网点电压的三相不平衡改善的步骤。

在某些实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上所述的风电场并网点电压的三相不平衡改善的步骤。

本发明的有益效果

本发明提供的风电场并网点电压的三相不平衡改善方法及系统，考虑SVC分相调节，以风电场并网点负序电压最小为目标函数，求解建立的考虑潮流约束的SVC分相调节的优化模型(即不平衡抑制模型)的最优解，可有效改善风电场并网点电压的三相不平衡现象。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例中的风电场并网点电压的三相不平衡改善方法的流程示意图。

图2示出了本发明实施例基于SVC分相补偿的风电场并网结构示意图。

图3示出了本发明实施例中的风电场并网点电压的三相不平衡改善系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前大规模风电汇集系统的三相电压不平衡问题仍然存在，尚未研究出有效的解决方案，使得电力系统的运行安全性降低，因此，亟需提供一种风电场并网点电压的三相不平衡改善方法。

有鉴于此，本发明提供一种风电场并网点电压的三相不平衡改善方法及系统，通过建立含SVC的风电并网区域三相优化潮流模型，通过约束条件进行迭代计算，确定该模型的最优解，从而可有效改善风电场并网点电压的三相不平衡现象，解决了目前由于缺少有效的解决大规模风电汇集系统的三相不平衡的方案的问题，提高了电力系统的运行安全性。

在本发明提供的风电场并网点电压的三相不平衡改善方法中，如图1所示，包括：

S1:建立基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型；

S2:根据风电场网络的潮流约束和网络节点的元件约束构造若干约束条件，其中，所述约束条件包括通过风机的负序阻抗模型构造的约束条件；

S3:根据所述约束条件将风电场并网点负序电压幅值的最小值作为所述不平衡抑制模型的目标函数进行求解；

S4:将求解结果输入风电场并网点。

如图2所示的基于SVC分相补偿的风电场并网结构示意图。SVC，它是用于SVC分相调节典型的电力电子装置，它是利用晶闸管作为固态开关来控制接入系统的电抗器和电容器的容量，从而改变输电系统的导纳。按控制对象和控制方式不同，分为晶闸管控制电抗器(TCR)和晶闸管投切电容器(FC)配合使用的静止SVC分相调节装置(FC+TCR)和TCR与机械投切电容器(MSC)配合使用的装置。

此外，本领域公知的，本发明中所述的潮流为电力领域的专用词，潮流"特指电网各处电压(包括幅值与相角)、有功功率、无功功率等的分布。电力系统潮流的计算和分析是电力系统运行和规划工作的基础。运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知,随着各种电源和负荷的变化以及网络结构的改变,网络所有母线的电压是否能保持在允许范围内，各种元件是否会出现过负荷而危及系统的安全，从而进一步研究和制订相应的安全措施。规划中的电力系统，通过潮流计算，可以检验所提出的网络规划方案能否满足各种运行方式的要求，以便制定出既满足未来供电负荷增长的需求，又保证安全稳定运行的网络规划方案。

下面进行详细说明，所述基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型为：

其中，为节点k的m相电流，为节点k的m相电压，B_mp表示节点k的m相和p相之间的互电纳，j为虚数，p,m∈{a,b,c}表示相编号。

在风电场中，由于风电场的特性，上述抑制模型受到若干约束条件的约束，一般地，可以将约束分为两类，一类为风电场网络的潮流约束，另一类为网络节点的元件约束。

步骤S2中，对于通过风机的负序阻抗模型构造的约束条件，需要首先获得风机的负序阻抗，并根据负序阻抗建立风机的负序阻抗模型，在风电场中风机一般分为双馈风机和直驱风机，在一个风电场网络中包括有多个风机，每个风机可以择一为双馈风机或直驱风机，即意味着，在一个完整的风电场网络中，可以仅包括双馈风机或直驱风机，也可以同时包括双馈风机和直驱风机。其具体步骤如下：

1)获取双馈风机/直驱风机的负序阻抗

在电力系统仿真软件matlab/simulink建立风电机组-无穷大系统的仿真模型，系统的不平衡源为外部电网，测量风电机组出口的负序电压和负序电流，风机的负序阻抗为负序电压除以负序电流。

2)建立双馈风机/直驱风机的三相稳态模型

给定电力系统的三相节点导纳矩阵后，对于每一相p，PQ类型节点功率方程可写成：

不采用负序抑制时，双馈风机的负序阻抗模型可写为：

不采用负序抑制时，直驱风机的负序阻抗模型可写为：

其中，P和Q表示类型节点功率，i表示母线编号，p,m∈{a,b,c}表示相编号，表示给定风速下的双馈风机负序阻抗，表示给定风速下的直驱风机负序阻抗；conj表示取相量的共轭；α＝e^j120°，j为虚数，表示母线i的m相的相电压。

在一个实施例中，在一个完整风电场中的风机仅包括双馈风机，则其若干约束条件为：

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

在另一个实施例中，在一个完整风电场中的风机仅包括直驱风机，则其若干约束条件为：

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

该实施例中，与上述相同的，其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

在另一个实施例中，在一个完整风电场中的风机包括双馈风机和直驱风机，则约束条件为:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

12)

该实施例中，与上述相同的，其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

通过上述实施例可以知晓，风机的负序阻抗模型以及PQ类型节点功率方程均作为约束条件之一。

基于上述约束条件，通过不断迭代计算，可以获知不平衡抑制模型的目标函数的最小值。

不平衡抑制模型可以通过一般的内点法进行迭代计算。例如信赖域内点法、路径跟踪法等，本发明对于如何计算不平衡抑制模型的目标函数不予赘述，本领域公知的是，上述求解可以通过本领域所熟知的计算技术，内点法只是其中一种在可行域内部寻优的方法，即从初始内点出发，沿着中心路径方向在可行域内部直接走向最优解的方法。

通过上述实施例的详细描述，可以知晓，本发明提供的风电场并网点电压的三相不平衡改善方法，考虑SVC分相调节，以风电场并网点负序电压最小为目标函数，求解建立的考虑潮流约束的SVC分相调节分相调节的优化模型(即不平衡抑制模型)的最优解，可有效改善风电场并网点电压的三相不平衡现象。

基于与上述方法实施例，本发明进一步提供风电场并网点电压的三相不平衡改善系统，结合图3所示，具体包括：

建立模块101，建立基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型；

约束条件构造模块102，根据风电场网络的潮流约束和网络节点的元件约束构造若干约束条件，其中，所述约束条件包括通过风机的负序阻抗模型构造的约束条件；

求解模块103，根据所述约束条件将风电场并网点负序电压幅值的最小值作为所述不平衡抑制模型的目标函数进行求解。

改善模块104，将求解结果输入风电场并网点，以改善所述风电场并网点的三相不平衡。

本发明提供的风电场并网点电压的三相不平衡改善系统，考虑SVC分相调节，以风电场并网点负序电压最小为目标函数，建立的考虑潮流约束的SVC分相调节分相调节的优化模型(即本实施例中的不平衡抑制模型)可有效改善风电场并网点电压的三相不平衡现象。

基于与上述方法实施例相同的描述，在一些实施例中，所述包括SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型为基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型，所述基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型为：

其中，为节点k的m相电流，为节点k的m相电压，B_mp表示节点k的m相和p相之间的互电纳，j为虚数，p,m∈{a,b,c}表示相编号。

基于与上述方法实施例相同的描述，在风电场中，由于风电场的特性，上述抑制模型受到若干约束条件的约束，一般地，可以将约束分为两类，一类为风电场网络的潮流约束，另一类为网络节点的元件约束。

对于通过风机的负序阻抗模型构造的约束条件，需要首先获得风机的负序阻抗，并根据负序阻抗建立风机的负序阻抗模型，在风电场中风机一般分为双馈风机和直驱风机，在一个风电场网络中包括有多个风机，每个风机可以择一为双馈风机或直驱风机，即意味着，在一个完整的风电场网络中，可以仅包括双馈风机或直驱风机，也可以同时包括双馈风机和直驱风机。其具体步骤如下：

1)获取双馈风机/直驱风机的负序阻抗

在电力系统仿真软件matlab/simulink建立风电机组-无穷大系统的仿真模型，系统的不平衡源为外部电网，测量风电机组出口的负序电压和负序电流，风机的负序阻抗为负序电压除以负序电流。

2)建立双馈风机/直驱风机的三相稳态模型

给定电力系统的三相节点导纳矩阵后，对于每一相p，PQ类型节点功率方程可写成：

不采用负序抑制时，双馈风机的负序阻抗模型可写为：

不采用负序抑制时，直驱风机的负序阻抗模型可写为：

其中，P和Q表示类型节点功率，i表示母线编号，p,m∈{a,b,c}表示相编号，表示给定风速下的双馈风机负序阻抗，表示给定风速下的直驱风机负序阻抗；conj表示取相量的共轭；α＝e^j120°，j为虚数，表示母线i的m相的相电压。

在一个实施例中，在一个完整风电场中的风机仅包括双馈风机，则其若干约束条件为：

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

在另一个实施例中，在一个完整风电场中的风机仅包括直驱风机，则其若干约束条件为：

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

该实施例中，与上述相同的，其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

在另一个实施例中，在一个完整风电场中的风机包括双馈风机和直驱风机，则约束条件为:

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

12)

该实施例中，与上述相同的，其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

通过上述实施例可以知晓，风机的负序阻抗模型以及PQ类型节点功率方程均作为约束条件之一。

基于上述约束条件，通过不断迭代计算，可以获知不平衡抑制模型的目标函数的最小值。

不平衡抑制模型可以通过一般的内点法进行迭代计算。例如信赖域内点法、路径跟踪法等，本发明对于如何计算不平衡抑制模型的目标函数不予赘述，本领域公知的是，上述求解可以通过本领域所熟知的计算技术，内点法只是其中一种在可行域内部寻优的方法，即从初始内点出发，沿着中心路径方向在可行域内部直接走向最优解的方法。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种风电场并网点电压的三相不平衡改善方法，其特征在于，包括：

建立基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型；

根据风电场网络的潮流约束和网络节点的元件约束构造若干约束条件，其中，所述约束条件包括通过风机的负序阻抗模型构造的约束条件；

根据所述约束条件将风电场并网点负序电压的最小值作为所述不平衡抑制模型的目标函数进行求解；

将求解结果输入风电场并网点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型为：

其中，为节点k的m相电流，为节点k的m相电压，B_mp表示节点k的m相和p相之间的互电纳，j为虚数，p,m∈{a,b,c}表示相编号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述风机包括双馈风机，通过所述双馈风机的负序阻抗模型构造的约束条件为：

和/或，

所述风机包括直驱风机，通过所述直驱风机的负序阻抗模型构造的约束条件为：

其中，P和Q表示类型节点功率，i表示母线编号，p,m∈{a,b,c}表示相编号，表示给定风速下的双馈风机负序阻抗，表示给定风速下的直驱风机负序阻抗；conj表示取相量的共轭；α＝e^j120°，j为虚数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述约束条件还包括：

其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述约束条件将风电场并网点负序电压幅值的最小值作为所述不平衡抑制模型的目标函数进行求解，包括：

根据所述约束条件，采用内点法求解所述不平衡抑制模型下风电场并网点负序电压幅值的最小值。

6.一种风电场并网点电压的三相不平衡改善系统，其特征在于，包括：

建立模块，建立基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型；

约束条件构造模块，根据风电场网络的潮流约束和网络节点的元件约束构造若干约束条件，其中，所述约束条件包括通过风机的负序阻抗模型构造的约束条件；

求解模块，根据所述约束条件将风电场并网点负序电压幅值的最小值作为所述不平衡抑制模型的目标函数进行求解；

改善模块，将求解结果输入风电场并网点。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述基于SVC分相调节的三相电压不平衡抑制模型为：

其中，为节点k的m相电流，为节点k的m相电压，B_mp表示节点k的m相和p相之间的互电纳，j为虚数，p,m∈{a,b,c}表示相编号。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述风机包括双馈风机，通过所述双馈风机的负序阻抗模型构造的约束条件为：

和/或，

所述风机包括直驱风机，通过所述直驱风机的负序阻抗模型构造的约束条件为：

其中，P和Q表示类型节点功率，i表示母线编号，p,m∈{a,b,c}表示相编号，表示给定风速下的双馈风机负序阻抗，表示给定风速下的直驱风机负序阻抗；conj表示取相量的共轭；α＝e^j120°，j为虚数。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述约束条件还包括：

其中，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电导，表示节点导纳矩阵中节点i和k的p相和m相的互电纳，表示二级电压控制中的SVC单个线电压目标值。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述求解模块包括：

根据所述约束条件采用信頼域内点法求解所述不平衡抑制模型下风电场并网点负序电压幅值的最小值。

11.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至5任一项所述的风电场并网点电压的三相不平衡改善的步骤。

12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述的风电场并网点电压的三相不平衡改善的步骤。