CN110970905B - 一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法及系统，包括：确定风电场的拓扑结构，并根据拓扑结构中每个节点的节点类型进行分类，以获取多个节点集；对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件；确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件；根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件；确定风电场内多电源最优无功出力的目标函数，并确定每台风电机组和SVG的无功出力。本发明能够减小SVG的有功损耗以及风电场内输电线路的有功网损，提升新能源场站的无功电压协调控制能力，提高风电场整体的经济效益。

Description

一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法及系统
技术领域
本发明涉及计量校准领域，并且更具体地，涉及一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法及系统。
背景技术
作为目前成熟和最具发展前景的可再生能源，风力发电近年来保持着强劲的发展势头。截至2018年年底，我国风电装机达1.84亿千瓦，合计占全国发电装机的比例超过9.7％。其中，新疆、青海、宁夏、冀北等16个省级电网的新能源已成为第二大装机电源，新疆、青海等四省新能源装机占本地电源总装机比例超过30％。可以预见，不远的将来某些局部电网新能源扎比可能达到80％甚至更高，超高占比新能源并网运行将成为未来电源结构的重要特征。目前风电场内厂用电中的无功补偿装置(StaticVarGenerator，SVG)占据了很大的一部分，无功补偿装置在零或者接近于零的无功输出时，有功损耗非常低，约占其额定容量的百分之零点一至百分之零点二左右，并且在一般情况下，有功损耗都随着无功输出的增加而增加，并且在额定输出时达到百分之一到百分之二点五左右，SVG的有功损耗占据厂用电很大的一部分。
目前的风电场在接入电网时依靠SVG来达到并网点的电压支撑指标，并未充分调用风电机组自身的无功调压能力。SVG在工作中消耗大量的厂用电，影响经济性，且在大量新能源并网的区域内，多并网点同时采用SVG动作也会带来动态电压支撑的协调配合问题。因此，如何挖掘新能源机组自身的无功调节能力，提升新能源场站的无功电压协调控制能力是急需解决的关键问题。
发明内容
本发明提出一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法及系统，以解决如何调节风电机组和SVG的无功出力的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法，所述方法包括：
确定风电场内电气线路的拓扑结构，并根据拓扑结构中每个节点的节点类型进行节点分类，以获取多个节点集；
对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件；
根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件；
根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件；
确定风电场内多电源最优无功出力的目标函数，并根据所述交流线路的基于无功功率的等式约束条件、风电场并网点的基于有功功率和无功功率的等式约束条件、风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，确定每台风电机组和SVG的无功出力。
优选地，其中所述节点集包括：仅包含风电机组的节点集、仅包含SVG的节点集和既不包含风电机组也不包含SVG的节点集。
优选地，其中所述对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件，包括：
对于仅包含风电机组的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第一等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000021
Figure BDA0002260837380000022
对于仅包含无功补偿装置SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第二等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000023
Figure BDA0002260837380000031
对于既不包含风电机组也不包含SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第三等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000032
Figure BDA0002260837380000033
其中，Pwk表示第k台风电机组向节点i注入的有功功率，Qwk表示第k台风电机组向与其连接的节点i注入的无功功率，K表示风电场内风电机组台数，ΔPi和ΔQi分别表示有功功率误差和无功功率误差，Vi(i＝1,2...N)和Vj(j＝1,2...N)分别表示节点i和节点j的电压，N为节点数，θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差，Gij和Bij分别表示节点导纳矩阵当中第i个电网节点和第j个电网节点之间所在线路的电导参数和电纳参数；PDm(m＝1,2....M)表示第m台SVG由于有功损耗从系统中吸收的有功功率，Qsvg.m表示第m台SVG向与其连接的节点i注入的无功功率，M为风电场内SVG台数。
优选地，其中所述根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件，包括：
Ps＝Pord，
VS＝Vord，
其中，Pord和Vord分别为接收的上级调度下发的有功功率指令和电压指令；PS和VS分别为风电场并网点的有功功率和电压。
优选地，其中所述根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，包括：
Vi.min≤Vi≤Vi.max，
Qwk.min≤Qwk≤Qwk.max，
Qsvg.min≤Qsvg.m≤Qsvg.max，
其中，Vi.min和Vi.max分别为节点i的电压Vi的上下限值；Qwk.min和Qwk..max分别为第k台风电机组无功出力Qpk的上下限值，Qsvg.min和Qsvg.max分别为第m台SVG无功出力Qsvg.m的上下限值。
优选地，其中所述风电场内多电源最优无功出力的目标函数为：
Figure BDA0002260837380000041
α+β＝1，
Figure BDA0002260837380000042
其中，α和β分别为权重因子，Qvsg.m表示第m台SVG向节点i注入的无功功率，M表示风电场内SVG的台数；N为节点数；Ploss.i-j为电网节点i和电网节点j之间的有功损耗；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压；θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差；gij为节点i和节点j之间的等效电导。
根据本发明的另一个方面，提供了一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合系统，所述系统包括：
节点分类模块，用于确定风电场内电气线路的拓扑结构，并根据拓扑结构中每个节点的节点类型进行节点分类，以获取多个节点集；
交流线路的等式约束条件确定模块，用于对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件；
风电场并网点的等式约束条件确定模块，用于根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件；
节点电压和发电单元无功功率的上下限约束条件确定模块，用于根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件；
风电机组和SVG的无功出力确定模块，用于确定风电场内多电源最优无功出力的目标函数，并根据所述交流线路的基于无功功率的等式约束条件、风电场并网点的基于有功功率和无功功率的等式约束条件、风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，确定每台风电机组和SVG的无功出力。
优选地，其中所述节点集包括：仅包含风电机组的节点集、仅包含SVG的节点集和既不包含风电机组也不包含SVG的节点集。
优选地，其中所述交流线路的等式约束条件确定模块，对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件，包括：
对于仅包含风电机组的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第一等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000051
Figure BDA0002260837380000052
对于仅包含无功补偿装置SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第二等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000053
Figure BDA0002260837380000054
对于既不包含风电机组也不包含SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第三等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000055
Figure BDA0002260837380000056
其中，Pwk表示第k台风电机组向节点i注入的有功功率，Qwk表示第k台风电机组向与其连接的节点i注入的无功功率，K表示风电场内风电机组台数，ΔPi和ΔQi分别表示有功功率误差和无功功率误差，Vi(i＝1,2...N)和Vj(j＝1,2...N)分别表示节点i和节点j的电压，N为节点数，θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差，Gij和Bij分别表示节点导纳矩阵当中第i个电网节点和第j个电网节点之间所在线路的电导参数和电纳参数；PDm(m＝1,2....M)表示第m台SVG由于有功损耗从系统中吸收的有功功率，Qsvg.m表示第m台SVG向与其连接的节点i注入的无功功率，M为风电场内SVG台数。
优选地，其中所述风电场并网点的等式约束条件确定模块，根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件，包括：
Ps＝Pord，
VS＝Vord，
其中，Pord和Vord分别为接收的上级调度下发的有功功率指令和电压指令；PS和VS分别为风电场并网点的有功功率和电压。
优选地，其中所述节点电压和发电单元无功功率的上下限约束条件确定模块，根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，包括：
Vi.min≤Vi≤Vi.max，
Qwk.min≤Qwk≤Qwk.max，
Qsvg.min≤Qsvg.m≤Qsvg.max，
其中，Vi.min和Vi.max分别为节点i的电压Vi的上下限值；Qwk.min和Qwk..max分别为第k台风电机组无功出力Qpk的上下限值，Qsvg.min和Qsvg.max分别为第m台SVG无功出力Qsvg.m的上下限值。
优选地，其中所述风电场内多电源最优无功出力的目标函数为：
Figure BDA0002260837380000061
α+β＝1，
Figure BDA0002260837380000062
其中，α和β分别为权重因子，Qsvg.m表示第m台SVG向节点i注入的无功功率，M表示风电场内SVG的台数；N为节点数；Ploss.i-j为电网节点i和电网节点j之间的有功损耗；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压；θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差；gij为节点i和节点j之间的等效电导。
本发明提供了一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法及系统，通过实时计算风电机组的无功可调容量，以及线路的传输能力，用风电机组的无功功率置换出风电场内无功补偿装置SVG的无功功率，能够减小风电场内无功补偿装置的有功损耗以及风电场内输电线路的有功网损，提升新能源场站的无功电压协调控制能力，提高风电场整体的经济效益。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的风电机组无功出力约束条件图；
图3为根据本发明实施方式的SVG无功出力约束条件图；
图4为根据本发明实施方式的有功损耗支路等效示意图；以及
图5为根据本发明实施方式的优化风电场电压控制能力的多电源无功配合系统500的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法100的流程图。如图1所示，本发明的实施方式提供的优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法及系统，通过实时计算风电机组的无功可调容量，以及线路的传输能力，用风电机组的无功功率置换出风电场内无功补偿装置SVG的无功功率，能够减小风电场内无功补偿装置的有功损耗以及风电场内输电线路的有功网损，提升新能源场站的无功电压协调控制能力，提高风电场整体的经济效益。本发明实施方式提供的优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法100从步骤101处开始，在步骤101确定风电场内电气线路的拓扑结构，并根据拓扑结构中每个节点的节点类型进行节点分类，以获取多个节点集。
优选地，其中所述节点集包括：仅包含风电机组的节点集、仅包含SVG的节点集和既不包含风电机组也不包含SVG的节点集。
在步骤102，对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件。
优选地，其中所述对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件，包括：
对于仅包含风电机组的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第一等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000081
Figure BDA0002260837380000082
对于仅包含无功补偿装置SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第二等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000083
Figure BDA0002260837380000084
对于既不包含风电机组也不包含SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第三等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000085
Figure BDA0002260837380000086
其中，Pwk表示第k台风电机组向节点i注入的有功功率，Qwk表示第k台风电机组向与其连接的节点i注入的无功功率，K表示风电场内风电机组台数，ΔPi和ΔQi分别表示有功功率误差和无功功率误差，Vi(i＝1,2...N)和Vj(j＝1,2...N)分别表示节点i和节点j的电压，N为节点数，θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差，Gij和Bij分别表示节点导纳矩阵当中第i个电网节点和第j个电网节点之间所在线路的电导参数和电纳参数；PDm(m＝1,2....M)表示第m台SVG由于有功损耗从系统中吸收的有功功率，Qsvg.m表示第m台SVG向与其连接的节点i注入的无功功率，M为风电场内SVG台数。
在步骤103，根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件。
优选地，其中所述根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件，包括：
Ps＝Pord，
VS＝Vord，
其中，Pord和Vord分别为接收的上级调度下发的有功功率指令和电压指令；PS和VS分别为风电场并网点的有功功率和电压。
在步骤104，根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件。
优选地，其中所述根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，包括：
Vi.min≤Vi≤Vi.max，
Qwk.min≤Qwk≤Qwk.max，
Qsvg.min≤Qsvg.m≤Qsvg.max，
其中，Vi.min和Vi.max分别为节点i的电压Vi的上下限值；Qwk.min和Qwk..max分别为第k台风电机组无功出力Qpk的上下限值，Qsvg.min和Qsvg.max分别为第m台SVG无功出力Qsvg.m的上下限值。
对于只含有风电机组的节点来说，目前国标要求的风电机组持续运行的电压上下限值分别为0.9pu和1.1pu，为了留有一定的裕度，在本发明的实施方式中，风电机组节点电压上下限值可以分别选用0.9pu～0.95pu和1.05pu～1.1pu之间的某个值，例如0.93pu和1.07pu。
对于只含有SVG的节点来说，目前国标要求的动态无功补偿装置持续运行的电压上下限值分别为0.9pu和1.1pu，但是SVG一般经升压变直接接在风电场并网点上，国标要求在公共电网电压处于正常范围时，风电场应当能够控制风电场并网点电压在标称电压的97％～107％之间。因此，在本发明的实施方式中，SVG节点电压上下限值可以分别选用0.97pu～1.0pu和1.0pu～1.07pu之间的某个值，例如0.97pu和1.07pu。
对于既不含有风电机组又不含有SVG的节点来说，节点电压上下限值可以选为0.9pu～1.1pu。
对直驱风电机组来说，由于其视在功率不能超过其额定容量，无功出力约束条件主要由有功功率Pwk决定。风电机组无功出力约束条件如图2所示，对风电机组来说，其有功功率和无功功率受到功率圆的限制，即风电机组机端的视在功率是一定限制的，不能超过其视在功率最大值Swk.max与最小值Swk.min。又由于风电机端视在功率的计算方法为：
Figure BDA0002260837380000101
因此有：
Figure BDA0002260837380000102
对双馈风电机组来说，其定子侧无功功率极限为：
Figure BDA0002260837380000103
其中，Qsmax和Qsmin分别为考虑到转子侧电流限制时定子侧无功功率的最大值和最小值；ωs为定子气隙磁场旋转角速度，Ls为定子绕组电感，Lm为激磁电感，Irmax为转子侧允许的最大电流值，Ps为双馈风电机组定子侧有功功率，Vk为风电机组的机端电压。
同时，考虑到双馈风电机组转子侧无功功率极限为：
Figure BDA0002260837380000104
其中，Scmax为网侧逆变器的最大视在功率；s为发电机转差率。
综上，双馈风电机组向电网输送的无功功率极限为：
Figure BDA0002260837380000111
对SVG来说，其无功功率约束条件主要受其容量限制，SVG无功出力约束条件如图3所示，不论Qsvg为正值或者负值，只要Qsvg的绝对值增大，其有功损耗就增大。
在步骤105，确定风电场内多电源最优无功出力的目标函数，并根据所述交流线路的基于无功功率的等式约束条件、风电场并网点的基于有功功率和无功功率的等式约束条件、风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，确定每台风电机组和SVG的无功出力。
优选地，其中所述风电场内多电源最优无功出力的目标函数为：
Figure BDA0002260837380000112
α+β＝1，
Figure BDA0002260837380000113
其中，α和β分别为权重因子，Qvsg.m表示第m台SVG向节点i注入的无功功率，M表示风电场内SVG的台数；N为节点数；Ploss.i-j为电网节点i和电网节点j之间的有功损耗；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压；θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差；gij为节点i和节点j之间的等效电导。
在本发明的实施方式中，基于交流线路的等式约束条件，以及节点电压和无功电源的出力约束，构建风电场内多电源最优无功出力的目标函数：
Figure BDA0002260837380000114
α+β＝1，
Figure BDA0002260837380000115
其中，α和β分别为权重因子，Qvsg.m表示第m台SVG向节点i注入的无功功率，M表示风电场内SVG的台数；N为节点数；Ploss.i-j为电网节点i和电网节点j之间的有功损耗；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压；θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差；gij为节点i和节点j之间的等效电导。
图4为根据本发明实施方式的有功损耗支路等效示意图。如图4所示，对于一个支路来说，假设节点i和节点j的电压分别为Vi和Vj，节点i和节点j之间的等效导纳Yi-j为gij+jbij，其中gij为节点i和节点j之间的等效电导，bij为节点i和节点j之间的等效电纳，则流经支路的电流为：
Ij-i＝Yi-j(Vj-Vi)，
支路损耗的有功功率为：
Figure BDA0002260837380000121
然后，联立风电场内多电源最优无功出力的目标函数、交流线路的基于无功功率的等式约束条件、风电场并网点的基于有功功率和无功功率的等式约束条件、风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件。根据上述各种等式约束以及不等式约束，构建拉格朗日函数：
Figure BDA0002260837380000122
其中，λ1，λ2和λ3都是拉格朗日乘数。
根据拉格朗日极值求取条件可得：
Figure BDA0002260837380000123
Figure BDA0002260837380000124
Figure BDA0002260837380000125
Figure BDA0002260837380000126
Figure BDA0002260837380000127
风电场中的输电线路一般都为链式结构，每两个节点之间至多只有一条支路，并且不形成回路，因此网络中支路总数为N-1条，因此，在上述拉格朗日极值求取条件中未知变量数目为M+2N。拉格朗日函数中等式方程的数目也为M+2N，方程存在唯一解，即可确定每台风电机组和SVG的无功出力。
另外，在解方程组过程中如果某节点出现超出风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件中约束范围的情况，则该节点的不等式约束条件转化为等式约束，其值取为边界值。
图5为根据本发明实施方式的优化风电场电压控制能力的多电源无功配合系统500的结构示意图。如图5所示，本发明的实施方式提供的优化风电场电压控制能力的多电源无功配合系统500，包括：节点分类模块501、交流线路的等式约束条件确定模块502、风电场并网点的等式约束条件确定模块503、节点电压和发电单元无功功率的上下限约束条件确定模块504以及风电机组和SVG的无功出力确定模块505。
优选地，所述节点分类模块501，用于确定风电场内电气线路的拓扑结构，并根据拓扑结构中每个节点的节点类型进行节点分类，以获取多个节点集。
优选地，其中所述节点集包括：仅包含风电机组的节点集、仅包含SVG的节点集和既不包含风电机组也不包含SVG的节点集。
优选地，所述交流线路的等式约束条件确定模块502，用于对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件。
优选地，其中所述交流线路的等式约束条件确定模块502，对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件，包括：
对于仅包含风电机组的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第一等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000131
Figure BDA0002260837380000132
对于仅包含无功补偿装置SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第二等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000141
Figure BDA0002260837380000142
对于既不包含风电机组也不包含SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第三等式约束条件为：
Figure BDA0002260837380000143
Figure BDA0002260837380000144
其中，Pwk表示第k台风电机组向节点i注入的有功功率，Qwk表示第k台风电机组向与其连接的节点i注入的无功功率，K表示风电场内风电机组台数，ΔPi和ΔQi分别表示有功功率误差和无功功率误差，Vi(i＝1,2...N)和Vj(j＝1,2...N)分别表示节点i和节点j的电压，N为节点数，θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差，Gij和Bij分别表示节点导纳矩阵当中第i个电网节点和第j个电网节点之间所在线路的电导参数和电纳参数；PDm(m＝1,2....M)表示第m台SVG由于有功损耗从系统中吸收的有功功率，Qsvg.m表示第m台SVG向与其连接的节点i注入的无功功率，M为风电场内SVG台数。
优选地，所述风电场并网点的等式约束条件确定模块503，用于根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件。
优选地，其中所述风电场并网点的等式约束条件确定模块，根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件，包括：
Ps＝Pord，
VS＝Vord，
其中，Pord和Vord分别为接收的上级调度下发的有功功率指令和电压指令；PS和VS分别为风电场并网点的有功功率和电压。
优选地，所述节点电压和发电单元无功功率的上下限约束条件确定模块504，用于根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件。
优选地，其中所述节点电压和发电单元无功功率的上下限约束条件确定模块504，根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，包括：
Vi.min≤Vi≤Vi.max，
Qwk.min≤Qwk≤Qwk.max，
Qsvg.min≤Qsvg.m≤Qsvg.max，
其中，Vi.min和Vi.max分别为节点i的电压Vi的上下限值；Qwk.min和Qwk..max分别为第k台风电机组无功出力Qpk的上下限值，Qsvg.min和Qsvg.max分别为第m台SVG无功出力Qsvg.m的上下限值。
优选地，所述风电机组和SVG的无功出力确定模块505，用于确定风电场内多电源最优无功出力的目标函数，并根据所述交流线路的基于无功功率的等式约束条件、风电场并网点的基于有功功率和无功功率的等式约束条件、风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，确定每台风电机组和SVG的无功出力。
优选地，其中所述风电场内多电源最优无功出力的目标函数为：
Figure BDA0002260837380000151
α+β＝1，
Figure BDA0002260837380000152
其中，α和β分别为权重因子，Qsvg.m表示第m台SVG向节点i注入的无功功率，M表示风电场内SVG的台数；N为节点数；Ploss.i-j为电网节点i和电网节点j之间的有功损耗；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压；θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差；gij为节点i和节点j之间的等效电导。
本发明的实施例的优化风电场电压控制能力的多电源无功配合系统500与本发明的另一个实施例的优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合方法，其特征在于，所述方法包括：
确定风电场内电气线路的拓扑结构，并根据拓扑结构中每个节点的节点类型进行节点分类，以获取多个节点集；
对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件；
根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件；
根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件；
确定风电场内多电源最优无功出力的目标函数，并根据所述交流线路的基于无功功率的等式约束条件、风电场并网点的基于有功功率和无功功率的等式约束条件、风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，确定每台风电机组和SVG的无功出力；
其中，所述对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件，包括：
对于仅包含风电机组的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第一等式约束条件为：
Figure FDA0003652990420000011
Figure FDA0003652990420000012
对于仅包含无功补偿装置SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第二等式约束条件为：
Figure FDA0003652990420000013
Figure FDA0003652990420000014
对于既不包含风电机组也不包含SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第三等式约束条件为：
Figure FDA0003652990420000021
Figure FDA0003652990420000022
其中，Pwk表示第k台风电机组向节点i注入的有功功率，Qwk表示第k台风电机组向与其连接的节点i注入的无功功率，K表示风电场内风电机组台数，ΔPi和ΔQi分别表示有功功率误差和无功功率误差，Vi(i＝1,2...N)和Vj(j＝1,2...N)分别表示节点i和节点j的电压，N为节点数，θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差，Gij和Bij分别表示节点导纳矩阵当中第i个电网节点和第j个电网节点之间所在线路的电导参数和电纳参数；PDm(m＝1,2....M)表示第m台SVG由于有功损耗从系统中吸收的有功功率，Qsvg.m表示第m台SVG向与其连接的节点i注入的无功功率，M为风电场内SVG台数；
其中，所述风电场内多电源最优无功出力的目标函数为：
Figure FDA0003652990420000023
α+β＝1，
Figure FDA0003652990420000024
其中，α和β分别为权重因子，Qvsg.m表示第m台SVG向节点i注入的无功功率，M表示风电场内SVG的台数；N为节点数；Ploss.i-j为电网节点i和电网节点j之间的有功损耗；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压；θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差；gij为节点i和节点j之间的等效电导。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点集包括：仅包含风电机组的节点集、仅包含SVG的节点集和既不包含风电机组也不包含SVG的节点集。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件，包括：
Ps＝Pord，
VS＝Vord，
其中，Pord和Vord分别为接收的上级调度下发的有功功率指令和电压指令；PS和VS分别为风电场并网点的有功功率和电压。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，包括：
Vi.min≤Vi≤Vi.max，
Qwk.min≤Qwk≤Qwk.max，
Qsvg.min≤Qsvg.m≤Qsvg.max，
其中，Vi.min和Vi.max分别为节点i的电压Vi的上下限值；Qwk.min和Qwk..max分别为第k台风电机组无功出力Qpk的上下限值，Qsvg.min和Qsvg.max分别为第m台SVG无功出力Qsvg.m的上下限值。
5.一种优化风电场电压控制能力的多电源无功配合系统，其特征在于，所述系统包括：
节点分类模块，用于确定风电场内电气线路的拓扑结构，并根据拓扑结构中每个节点的节点类型进行节点分类，以获取多个节点集；
交流线路的等式约束条件确定模块，用于对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件；
风电场并网点的等式约束条件确定模块，用于根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件；
节点电压和发电单元无功功率的上下限约束条件确定模块，用于根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件；
风电机组和SVG的无功出力确定模块，用于确定风电场内多电源最优无功出力的目标函数，并根据所述交流线路的基于无功功率的等式约束条件、风电场并网点的基于有功功率和无功功率的等式约束条件、风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，确定每台风电机组和SVG的无功出力；
其中，所述交流线路的等式约束条件确定模块，对于每个节点集中的节点，分别确定交流线路的基于无功功率的等式约束条件，包括：
对于仅包含风电机组的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第一等式约束条件为：
Figure FDA0003652990420000041
Figure FDA0003652990420000042
对于仅包含无功补偿装置SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第二等式约束条件为：
Figure FDA0003652990420000043
Figure FDA0003652990420000044
对于既不包含风电机组也不包含SVG的节点集中的节点，确定交流线路的基于无功功率的第三等式约束条件为：
Figure FDA0003652990420000045
Figure FDA0003652990420000046
其中，Pwk表示第k台风电机组向节点i注入的有功功率，Qwk表示第k台风电机组向与其连接的节点i注入的无功功率，K表示风电场内风电机组台数，ΔPi和ΔQi分别表示有功功率误差和无功功率误差，Vi(i＝1,2...N)和Vj(j＝1,2...N)分别表示节点i和节点j的电压，N为节点数，θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差，Gij和Bij分别表示节点导纳矩阵当中第i个电网节点和第j个电网节点之间所在线路的电导参数和电纳参数；PDm(m＝1,2....M)表示第m台SVG由于有功损耗从系统中吸收的有功功率，Qsvg.m表示第m台SVG向与其连接的节点i注入的无功功率，M为风电场内SVG台数；
其中，所述风电场内多电源最优无功出力的目标函数为：
Figure FDA0003652990420000047
α+β＝1，
Figure FDA0003652990420000048
其中，α和β分别为权重因子，Qsvg.m表示第m台SVG向节点i注入的无功功率，M表示风电场内SVG的台数；N为节点数；Ploss.i-j为电网节点i和电网节点j之间的有功损耗；Vi和Vj分别表示节点i和节点j的电压；θij表示电网节点i和电网节点j之间的电压相角差；gij为节点i和节点j之间的等效电导。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述节点集包括：仅包含风电机组的节点集、仅包含SVG的节点集和既不包含风电机组也不包含SVG的节点集。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述风电场并网点的等式约束条件确定模块，根据接收的有功功率和电压指令，确定风电场并网点的基于有功功率和电压的等式约束条件，包括：
Ps＝Pord，
VS＝Vord，
其中，Pord和Vord分别为接收的上级调度下发的有功功率指令和电压指令；PS和VS分别为风电场并网点的有功功率和电压。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述节点电压和发电单元无功功率的上下限约束条件确定模块，根据风电机组及无无功补偿装置SVG的运行需求，分别确定风电场内各节点电压的上下限约束条件和各发电单元无功功率的上下限约束条件，包括：
Vi.min≤Vi≤Vi.max，
Qwk.min≤Qwk≤Qwk.max，
Qsvg.min≤Qsvg.m≤Qsvg.max，
其中，Vi.min和Vi.max分别为节点i的电压Vi的上下限值；Qwk.min和Qwk..max分别为第k台风电机组无功出力Qpk的上下限值，Qsvg.min和Qsvg.max分别为第m台SVG无功出力Qsvg.m的上下限值。
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Granted publication date: 20220902

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Assignor: CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd.

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Denomination of invention: A method and system for optimizing the voltage control capability of wind farms through multi power reactive power coordination

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