CN110601213A - 风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法 - Google Patents

风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法，属于电力系统电压控制技术领域。该方法将经汇集站接入柔性直流的风电场等效为等值风电场，将各个等值风电场和各个直接接入柔性直流的风电场作为独立求解电压控制问题的个体；每次迭代时，各个风电场分别建立各自对应的电压控制优化子问题并求解，将结果上送至控制中心；控制中心建立电压协调优化主问题并求解，对求解结果进行收敛判定；若收敛，则得到柔直控制器及各风电场内部风机和动态无功补偿装置控制器的参考值。本发明将降低了控制问题规模和通信负担，同时保证电压控制优化的最优，实现风电经柔性直流外送近区的安全运行。

Description

风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法
技术领域
本发明涉及一种风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法，属于电力系统电压控制技术领域。
背景技术
由于我国风电资源的地理分布问题，大规模集群风电往往需要远距离外送至负荷地区，柔性直流凭借一系列技术优势成为新兴的输电方式选择，可为风电外送近区(指通过柔性直流并网的大规模风电汇集区域)提供灵活的电压支撑。然而，柔性直流外送近区的风电场达数十个，每一个风电场内部的风机达数十上百台，为实现协调电压控制，需要感知每一台风机的状态参数并上送至控制中心，导致控制问题规模大，通信负担重，因此传统集中式的电压控制方法难以实现实时的协调电压控制。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法。本发明将降低了控制问题规模和通信负担，同时保证电压控制优化的最优，实现风电经柔性直流外送近区的安全运行。
本发明提出的风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将经汇集站接入柔性直流的风电场等效为等值风电场，将各个等值风电场和各个直接接入柔性直流的风电场作为独立求解电压控制问题的个体，控制中心初始化设定分解协调电压控制问题的参数并下发至各个风电场：
l＝1
其中，l表示迭代次数，表示第l次迭代时控制中心下发的柔直电压设定值，和分别表示第l次迭代时第w个风电场的分解协调一次罚系数和二次罚系数；
(2)各个风电场分别建立各自对应的电压控制优化子问题；具体如下：
(2-1)对第w个风电场建立优化子问题的目标函数为：
其中，Vi,w表示第w个风电场中第i个节点的电压值，表示第w个风电场中第i个节点的电压设定值，Nw表示第w个风电场中的节点个数，Vvsc,w表示第w个风电场需求的柔直电压设定值；
(2-2)对第w个风电场确定优化子问题的约束条件为：
(2-2-1)节点电压等式约束：
其中，表示第w个风电场中第i个节点的电压基准值，ΔVi,w表示第w个风电场中第i个节点的电压变化值，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场中的第s个风机输出有功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场需求的柔直电压设定值的灵敏度系数；
(2-2-2)柔直发出的有功功率等式约束：
其中，Pvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率基准值，ΔPvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率变化值；表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出有功功率的灵敏度系数、表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场需求的柔直电压设定值的灵敏度系数；
(2-2-3)柔直发出的无功功率等式约束：
其中，Qvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率基准值，ΔQvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率变化值；表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出有功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场需求的柔直电压设定值的灵敏度系数；
(2-2-4)风电场风机调节约束：
其中，Qs,w 、分别表示第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的下限和上限；
(2-2-5)风电场无功补偿装置调节约束：
其中，Qc,w 、分别表示第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的下限和上限；
(2-2-6)柔直电压调节约束：
其中，Vvsc 、分别表示柔直电压设定值的下限和上限；
(2-2-6)节点电压安全约束：
其中，Vi,w 、分别表示第w个风电场中第i个节点的电压值下限和上限；
(3)各个风电场独立并行求解步骤(2)中建立的对应子问题，得到每个风电场分别对应的最优解并上送至控制中心，其中表示第w个风电场需求的柔直电压设定最优值，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率最优值，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率最优值；
(4)控制中心建立电压协调优化主问题；具体步骤如下：
(4-1)建立优化主问题的目标函数为：
其中，N表示独立求解子问题的风电场个数，Vvsc表示控制中心确定的柔直电压设定值；
(4-2)确定优化主问题的约束条件，具体如下：
(4-2-1)柔直电压调节约束：
(4-2-2)柔直有功功率调节约束：
其中，Pvsc 、分别表示柔直发出有功功率值的下限和上限；
(4-2-3)柔直无功功率调节约束：
其中，Qvsc 、分别表示柔直发出无功功率值的下限和上限；
(5)控制中心求解步骤(4)中建立的优化主问题，得到最优解表示控制中心确定的柔直电压设定最优值；
(6)控制中心进行协调电压控制优化问题的收敛判定，判定指标ε按下式计算：
其中，εtol为控制中心设定的判定指标容许值；
若ε＞εtol，表示还未达到收敛，则进入步骤(7)，；若ε≤εtol，表示达到收敛，则步骤(5)得到的柔直电压设定最优值为最终下发给柔直控制器的参考值，各个风电场取步骤(3)得到的对应子问题的优化结果为该风电场内部风机和动态无功补偿装置控制器的参考值，方法结束；
(7)控制中心更新参数，并下发至各个风电场：
l＝l+1
其中，和分别表示第l-1次迭代中第w个风电场的分解协调一次罚系数和二次罚系数，γ表示分解协调加速因子；
然后重新返回步骤(2)，开始下一次迭代。
本发明提出的风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法，其优点是：
本发明将风电经柔性直流外送近区的协调电压控制问题转化为风电场级的独立子问题和控制中心级的协调主问题，各个风电场可以独立并行求解，并且各个风电场与控制中心仅迭代交互柔直相关的电气量，从而降低了协调控制的优化问题规模和通信负担，当迭代过程达到收敛，可给出协调电压控制问题的最优解，即充分协调各个风电场的无功电压设定值，保证了风电经柔性直流外送近区的安全运行。
具体实施方式
本发明提出的风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法，下面结合具体实施例对本发明进一步详细说明如下。
本发明提出的风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法，包括以下步骤：
(1)将经汇集站接入柔性直流(以下简称柔直)的风电场等效为等值风电场，各个等值风电场和各个直接接入柔性直流的风电场为独立求解电压控制问题的个体，控制中心初始化设定分解协调电压控制问题中的参数并下发至各个风电场：
l＝1
其中，l表示迭代次数，表示第l次迭代中的控制中心下发的柔直电压设定值，和分别表示第l次迭代中第w个风电场的分解协调一次罚系数和二次罚系数，可取0.02；
(2)各个风电场(包括等值风电场和直接接入柔性直流的风电场)分别建立各自对应的电压控制优化子问题；具体如下：
(2-1)对第w个风电场建立优化子问题的目标函数为：
该目标函数为使得风电场中各节点电压值离设定值的偏差最小和风电场需求的柔直电压设定值离控制中心下发的设定值的偏差最小。
其中，Vi,w表示第w个风电场中第i个节点的电压值，表示第w个风电场中第i个节点的电压设定值，由各风电场运行人员设定，Nw表示第w个风电场中的节点个数，Vvsc,w表示第w个风电场需求的柔直电压设定值；
(2-2)对第w个风电场确定优化子问题的约束条件为：
(2-2-1)节点电压等式约束：
其中，表示第w个风电场中第i个节点的电压基准值，ΔVi,w表示第w个风电场中第i个节点的电压变化值。表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场中的第s个风机输出有功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场需求的柔直电压设定值的灵敏度系数，由各风电场计算得到。
(2-2-2)柔直发出的有功功率等式约束：
其中，Pvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率基准值，ΔPvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率变化值。表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出有功功率的灵敏度系数、表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场需求的柔直电压设定值的灵敏度系数，由各风电场计算得到。
(2-2-3)柔直发出的无功功率等式约束：
其中，Qvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率基准值，ΔQvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率变化值。表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出有功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场需求的柔直电压设定值的灵敏度系数，由各风电场计算得到。
(2-2-4)风电场风机调节约束：
其中，Qs,w 、分别表示第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的下限和上限；
(2-2-5)风电场无功补偿装置调节约束：
其中，Qc,w 、分别表示第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的下限和上限；
(2-2-6)柔直电压调节约束：
其中，Vvsc 、分别表示柔直电压设定值的下限和上限；
(2-2-6)节点电压安全约束：
其中，Vi,w 、分别表示第w个风电场中第i个节点的电压值下限和上限；
(3)各个风电场独立并行求解步骤(2)中建立的对应子问题，得到每个风电场分别对应的最优解并上送至控制中心，其中表示第w个风电场需求的柔直电压设定最优值，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率最优值，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率最优值；
(4)控制中心建立电压协调优化主问题；具体步骤如下：
(4-1)建立优化主问题的目标函数为：
该目标函数为使得控制中心确定的柔直电压设定值离各风场需求的设定值偏差最小；
其中，N表示独立求解子问题的风电场个数，Vvsc表示控制中心确定的柔直电压设定值；
(4-2)确定优化主问题的约束条件，具体如下：
(4-2-1)柔直电压调节约束：
(4-2-2)柔直有功功率调节约束：
其中，Pvsc 、分别表示柔直发出有功功率值的下限和上限；
(4-2-3)柔直无功功率调节约束：
其中，Qvsc 、分别表示柔直发出无功功率值的下限和上限；
(5)控制中心求解步骤(4)中建立的优化主问题，得到最优解表示控制中心确定的柔直电压设定最优值；
(6)控制中心进行协调电压控制优化问题的收敛判定，判定指标ε按下式计算：
其中εtol为控制中心设定的判定指标容许值，可取0.001；
若ε＞εtol，表示还未达到收敛，则进入步骤(7)，；若ε≤εtol，表示达到收敛，则当前的柔直电压设定最优值为最终下发给柔直控制器的参考值，同时控制中心通知各个风电场计算达到收敛，各个风电场取当前的子问题优化结果为风电场内部风机和动态无功补偿装置控制器的参考值，方法结束。
(7)控制中心更新参数，并下发至各个风电场：
l＝l+1
其中，和分别表示第l-1次迭代中第w个风电场的分解协调一次罚系数和二次罚系数，γ表示分解协调加速因子，由控制中心统一设定，为大于1的值；
然后重新返回步骤(2)，开始下一次迭代。

Claims (1)

1.一种风电经柔性直流外送近区的分解协调电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将经汇集站接入柔性直流的风电场等效为等值风电场，将各个等值风电场和各个直接接入柔性直流的风电场作为独立求解电压控制问题的个体，控制中心初始化设定分解协调电压控制问题的参数并下发至各个风电场：
l＝1
其中，l表示迭代次数，表示第l次迭代时控制中心下发的柔直电压设定值，和分别表示第l次迭代时第w个风电场的分解协调一次罚系数和二次罚系数；
(2)各个风电场分别建立各自对应的电压控制优化子问题；具体如下：
(2-1)对第w个风电场建立优化子问题的目标函数为：
其中，Vi,w表示第w个风电场中第i个节点的电压值，表示第w个风电场中第i个节点的电压设定值，Nw表示第w个风电场中的节点个数，Vvsc,w表示第w个风电场需求的柔直电压设定值；
(2-2)对第w个风电场确定优化子问题的约束条件为：
(2-2-1)节点电压等式约束：
其中，表示第w个风电场中第i个节点的电压基准值，ΔVi,w表示第w个风电场中第i个节点的电压变化值，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场中的第s个风机输出有功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场中第i个节点的电压值对第w个风电场需求的柔直电压设定值的灵敏度系数；
(2-2-2)柔直发出的有功功率等式约束：
其中，Pvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率基准值，ΔPvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率变化值；表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出有功功率的灵敏度系数、表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率值对第w个风电场需求的柔直电压设定值的灵敏度系数；
(2-2-3)柔直发出的无功功率等式约束：
其中，Qvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率基准值，ΔQvsc,w表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率变化值；表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出有功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的灵敏度系数，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率值对第w个风电场需求的柔直电压设定值的灵敏度系数；
(2-2-4)风电场风机调节约束：
其中，Qs,w 、分别表示第w个风电场中的第s个风机输出无功功率的下限和上限；
(2-2-5)风电场无功补偿装置调节约束：
其中，Qc,w 、分别表示第w个风电场中的第c个无功补偿装置输出无功功率的下限和上限；
(2-2-6)柔直电压调节约束：
其中，Vvsc 、分别表示柔直电压设定值的下限和上限；
(2-2-6)节点电压安全约束：
其中，Vi,w 、分别表示第w个风电场中第i个节点的电压值下限和上限；
(3)各个风电场独立并行求解步骤(2)中建立的对应子问题，得到每个风电场分别对应的最优解并上送至控制中心，其中表示第w个风电场需求的柔直电压设定最优值，表示第w个风电场需求的柔直发出有功功率最优值，表示第w个风电场需求的柔直发出无功功率最优值；
(4)控制中心建立电压协调优化主问题；具体步骤如下：
(4-1)建立优化主问题的目标函数为：
其中，N表示独立求解子问题的风电场个数，Vvsc表示控制中心确定的柔直电压设定值；
(4-2)确定优化主问题的约束条件，具体如下：
(4-2-1)柔直电压调节约束：
(4-2-2)柔直有功功率调节约束：
其中，Pvsc 、分别表示柔直发出有功功率值的下限和上限；
(4-2-3)柔直无功功率调节约束：
其中，Qvsc 、分别表示柔直发出无功功率值的下限和上限；
(5)控制中心求解步骤(4)中建立的优化主问题，得到最优解表示控制中心确定的柔直电压设定最优值；
(6)控制中心进行协调电压控制优化问题的收敛判定，判定指标ε按下式计算：
其中，εtol为控制中心设定的判定指标容许值；
若ε＞εtol，表示还未达到收敛，则进入步骤(7)，；若ε≤εtol，表示达到收敛，则步骤(5)得到的柔直电压设定最优值为最终下发给柔直控制器的参考值，各个风电场取步骤(3)得到的对应子问题的优化结果为该风电场内部风机和动态无功补偿装置控制器的参考值，方法结束；
(7)控制中心更新参数，并下发至各个风电场：
l＝l+1
其中，和分别表示第l-1次迭代中第w个风电场的分解协调一次罚系数和二次罚系数，γ表示分解协调加速因子；
然后重新返回步骤(2)，开始下一次迭代。
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