CN111799809A - 一种利用svg和双馈感应风电机组协同控制电压的方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于无功分配和电压控制技术领域，是为了解决现有SVG和DFIG进行无功电压调控时没有协同作用合理分配无功，以及在协同作用时未充分利用SVG优越性能的问题。本申请提供一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，加入SVG与DFIG无功协调控制模块率先利用SVG对电压进行支撑，同时检测SVG的工作状态，根据实际情况控制DFIG参与无功调节，提高了电压的快速响应性能和电压的稳定性；并在电网电压稳定后触发无功分配合理性检测和无功功率重分配模块，避免在冲击负荷发生投切事件之后出现DFIG发出无功而SVG吸收无功的现象，消除无效的无功流动，有益于保证电网系统良好的运行状态。

Description

一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法

技术领域

本申请涉及无功分配和电压控制技术领域，尤其涉及一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法。

背景技术

随着全球能源资源和环境问题的日益突出，特别是全球气候变暖的日益明显，风电作为一种清洁能源越来越受到世界各国的高度关注和重视，风电已经成为世界能源的重要组成部分，但同时也面临着发电技术与常规可控能源发电技术的融合问题。

风电机组接入电网是会产生由于风能的间歇性和波动性而引起电网电压的波动，或者，在电网发生故障或者负荷突变的时候，也会引起电网电压的波动。为保证电网的电压的稳定，必须采用相关控制策略对电网电压进行调控。

现有的一种基于静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)和双馈感应风电机组(Doubly-fed wind generator，DFIG)的无功补偿方式，主要是对风电机组并网点电压进行测量计算得到差值，然后整定为无功缺额，由风电机组充分发出无功，无功不足的部分再由SVG补足。该控制策略涉及了风电机组和SVG在电压调节阶段的协调配合问题，但存在以下缺陷，如DFIG的无功调节比较缓慢，不能快速响应电压变化；配备的具有优越无功调节性能的SVG很可能未充分利用；DFIG进行大量的无功输出会使其有功出力受到影响；未考虑电压稳定后的无功功率分配，在冲击负荷发生投切事件之后很可能出现DFIG发出无功功率而SVG却吸收无功功率，这种无效的无功流动不利于系统的无功电压调节。

发明内容

本申请提供了一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，以解决SVG和DFIG进行无功电压调控时没有协同作用合理分配无功，以及在协调配合时未充分利用SVG优越性能的问题。

本申请采用的技术方案如下：

本申请提供一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，所述方法包括：

采集监测点电压U；

对所述监测点电压U进行判断，若所述监测点电压U不处于死区范围，则触发SVG与DFIG无功协调控制模块以调整所述监测点电压U处于所述死区范围；若所述监测点电压U处于所述死区范围内，则触发电压稳定性检测模块；

对ΔU_ref进行判断，若ΔU_ref≠0或/和K_U≠1时，则触发所述SVG与DFIG无功协调控制模块以调整所述监测点电压U，并返回判断所述监测点电压U是否处于所述死区范围；若ΔU_ref＝0且K_U＝1时，则触发无功功率分配合理性检测模块；ΔU_ref表示Δt时间内的所述监测点电压偏差值，K_U表示所述监测点电压的状态；

对K_var进行判断，若K_var＝1时，则触发无功功率重分配模块改变出功方式，并返回所述无功功率分配合理性检测模块；若K_var≠1时，则保持该无功功率分配模式直至电场稳定运行，K_var表示无功重分配标志。

进一步地，所述SVG与DFIG无功协调控制模块对SVG与DFIG无功进行协调控制的步骤包括：

若|Q_svg|>m_fQ_{svg_max}或SVG停机，则K_svg＝1，

若|Q_svg|≤m_fQ_{svg_max}，则K_svg≠1，

其中，Q_svg为SVG的实际无功发生量，Q_{svg_max}为SVG无功容量，系数0<m_f≤1，K_svg表示SVG的工作状态，K_svg＝1表示由DFIG对无功进行补偿，K_svg≠1表示由SVG对无功进行补偿。

进一步地，所述电压稳定性检测模块对电压稳定性进行检测的步骤包括：

若t₁≤t≤t₁+Δt且ΔU_ref(t)＝0时，则K_U＝1，

若t₁≤t≤t₁+Δt且ΔU_ref(t)≠0时，则K_U≠1；

其中，K_U表示所述监测点电压U的状态，K_U＝1表示所述监测点电压U稳定，K_U≠1表示所述监测点电压U不稳定，t表示监测电压的时段，t₁表示监测电压的开始时间，Δt表示监测电压的时长，ΔU_ref表示Δt时间内的所述监测点电压偏差值。

进一步地，所述无功功率分配合理性检测模块对无功功率分配合理性进行检测的步骤包括：

若H(Q_svg)·H(Q_dfig)≤0且H(Q_dfig)≠0时，则K_var＝1，

若H(Q_svg)·H(Q_dfig)>0时，则K_var≠1，

其中，K_var为无功重分配标志，K_var＝1表示需要进行无功重分配，K_var≠1则表示不需要重新进行无功重分配，Q_dfig表示DFIG实际无功发生量，Q_svg表示SVG实际无功发生量，H(x)为符号判断函数，所述符号判断函数H(x)表示为

其中，参数0<Z_eps<0.05，x为变量。

进一步地，所述无功功率重分配模块进行功率重分配的方法为：重设DFIG无功参考值，使SVG随DFIG的状态调整无功输出，返回无功功率分配合理性检测模块判断无功功率分配是否合理。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本申请提供一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，加入SVG与DFIG无功协调控制模块率先利用SVG对电压进行支撑，同时检测SVG的工作状态，根据实际情况控制DFIG参与无功调节，提高了电压的快速响应性能和电压的稳定性；并在电网电压稳定后触发无功分配合理性检测模块和无功功率重分配模块，避免在冲击负荷发生投切事件之后出现DFIG发出无功功率而SVG却吸收无功功率的现象，消除无效的无功流动，有益于保证电网系统良好的运行状态。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的监测点电压协同调节架构示意图；

图2为利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法流程示意图；

图3为本申请实施例提供的接线图搭建仿真模型图；

图4为本申请实施例提供的小负荷突变时监测点电压变化曲线示意图；

图5为本申请实施例提供的大负荷突变时监测点电压变化曲线示意图；

图6为本申请实施例提供的采取无功功率重分配情况下监测点电压变化曲线；

图7-a表示不采取无功功率重分配情况下无功变化曲线，图7-b表示采取无功功率重分配情况下无功变化曲线。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为本申请实施例提供的监测点电压协同调节架构示意图；

如图1所示，其中，U、U_ref、ΔU_ref、分别表示监测点电压、电压参考值、电压偏差值；Q_svg、Q_{svg_ref}、Q_{svg_u}、Q_{svg_l}分别表示SVG无功发生量、SVG无功参考值、SVG无功发生量上限，SVG无功发生量下限；Q_{dfig_ref}、Q_{dfig_u}、Q_{dfig_l}分别表示DFIG无功发生量、DFIG无功参考值、DFIG无功发生量上限、DFIG无功发生量下限。

参见图2为利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法流程示意图。本申请提供一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，具体方法包括：

控制初始阶段，采集监测点电压U。

监测点电压U与电压参考值U_ref对比，根据实际情况指定电压参考值U_ref和电压允许偏差范围U_{ref_dev}，这里提供两种方式：

一种是直接给出电压参考值U_ref及电压偏差范围U_{ref_dev}，此时死区上限为U_{dz_u}＝U_ref+U_{ref_dev}、死区下限为U_{dz_l}＝U_ref-U_{ref_dev}；

另一种是直接给出死区范围，此时电压参考值为

对监测点电压U进行判断，当监测点电压U不处于死区范围即U_{dz_l}＞U或U＞U_{dz_u}时，则触发SVG与DFIG无功协调控制模块以调整所述监测点电压U，SVG与DFIG无功协调控制模块对SVG与DFIG无功进行协调控制的步骤包括：

若|Q_svg|>m_fQ_{svg_max}或SVG停机，则K_svg＝1，

若|Q_svg|≤m_fQ_{svg_max}，则K_svg≠1，

其中，Q_svg为SVG的实际无功发生量，Q_{svg_max}为SVG无功容量，系数0<m_f≤1，本实例中m_f取值为0.96，K_svg表示SVG的工作状态，K_svg＝1表示由DFIG对无功进行补偿，K_svg≠1表示由SVG对无功进行补偿；

由此SVG与DFIG无功协调控制模块调整所述监测点电压U，再用判断调整后的监测点电压U是否处于死区范围；若调整后的监测点电压U已处于死区范围则触发电压稳定性检测模块。

电压稳定性检测模块对电压稳定性进行检测的步骤包括：

对ΔU_ref进行判断，在t₁≤t≤t₁+Δt时间内，当ΔU_ref(t)＝0时，则K_U＝1，表示从t₁时刻开始的持续时长为Δt的时间跨度内，电压波动始终保持在允许的范围内，可确定监测点电压在Δt时间内维持在稳定状态，触发无功功率分配合理性检测模块；

在t₁≤t≤t₁+Δt时间内，若ΔU_ref(t)≠0时，则K_U≠1，即监测点电压在Δt内不稳定，其中K_U表示监测点电压持续稳定的标志，t表示监测电压的时段，t₁表示监测电压的开始时间，Δt表示监测电压的时长，ΔU_ref表示Δt时间内的所述监测点电压偏差值，ΔU_ref＝U-U_ref。

由电压稳定性检测模块检测可知，若ΔU_ref≠0或/和K_U≠1时，表示在一定时间内监测点电压U存在一定波动，则触发SVG与DFIG无功功率协调控制模块以控制无功设备调节无功功率对电压进行调控，SVG与DFIG无功功率协调控制模块对SVG与DFIG无功进行协调控制的步骤包括：

若|Q_svg|>m_fQ_{svg_max}或SVG停机，则K_svg＝1，

若|Q_svg|≤m_fQ_{svg_max}，则K_svg≠1，

其中，Q_svg为SVG的实际无功发生量，Q_{svg_max}为SVG无功容量，系数0<m_f≤1，本实例中m_f取值为0.96，K_svg表示SVG的工作状态，K_svg＝1表示由DFIG对无功进行补偿，K_svg≠1表示由SVG对无功进行补偿。

协调SVG和DFIG无功出力，判断SVG是否满载或停机，若|Q_svg|>m_fQ_{svg_max}(即SVG满载)或SVG停机，则K_svg＝1，即调节控制DFIG进行无功支撑，若|Q_svg|≤m_fQ_{svg_max}(即SVG无功余量充足)，则K_svg≠1即优先调节SVG补偿无功，在协调SVG和DFIG无功出力期间持续采集监测点电压，并返回判断监测点电压是否处于死区范围，若监测点电压处于死区范围，再触发电压稳定性检测模块，若监测点电压在Δt时间内处于稳定状态，则触发无功功率分配分配合理性检测模块。

通过无功调整之后，电压趋于稳定，但是存在一种不利的情况：故障时SVG和DFIG参与电压调节，同时吸收或发出无功功率；当故障切除后，由于SVG优先动作而进行反向无功调节，以致SVG和DFIG两者之一吸收无功，而另一个发出无功。为避免此类无效的无功交换，需要对无功分配情况进行检测以确定无功功率是否需要重新分配，即触发无功功率分配合理性检测模块，当所述监测点电压处于稳定状态时，无功功率分配合理性检测模块对无功功率分配合理性进行检测的步骤包括：

若H(Q_svg)·H(Q_Qdfig)≤0且H(Q_dfig)≠0时，则K_var＝1，

若H(Q_svg)·H(Q_dfig)>0时，则K_var≠1，

其中，K_var为无功重分配标志，K_var＝1表示需要进行无功重分配，K_var≠1则表示不需要重新进行无功重分配，Q_dfig表示DFIG实际无功发生量，Q_svg表示SVG实际无功发生量，H(x)为符号判断函数，则所述符号判断函数H(x)表示为

其中，参数0<Z_eps<0.05，本实例中Z_eps取值为0.01，x为变量。

当所述监测点电压处于稳定状态时，若H(Q_svg)*H(Q_dfig)≤0且H(Q_dfig)≠0时，即SVG发出的无功功率Q_svg和DFIG发出的无功功率Q_dfig符号相反，可以理解为SVG与DFIG两者中的一个发出无功功率，另一个吸收无功功率，也可以包括DFIG发出无功功率而SVG未处于工作状态，则无功功率分配不合理，有无效的无功流动的情况出现，需要对无功设备重新进行分配，即K_var＝1时触发无功功率重分配模块。

触发无功功率重分配模块进行功率重分配的方法包括：通过重设DFIG无功参考值Q_{dfig_ref}＝0使DFIG逐渐过渡到新的工作状态，监测点电压也随之缓慢改变，而SVG将跟随电压的改变进行自动调节输出无功功率，最终以监测点电压稳定为前提进行无功功率的重新分配后，返回无功功率分配合理性检测模块检测重新分配后的无功功率分配时候否合理，若K_var＝1，则无功功率分配合理，电网系统稳定运行。

通过模拟仿真来验证控制策略设计的正确性。在Matlab/Simulink中按照图3所示的接线图搭建仿真模型。

图3中T为变压器，SVG接在35kV母线上，经由传输线接入电网。Grid为丽江电网东部地区某支线，DFIG为风电场，容量为9MW，包含6台1.5MW风电机组，机组通过机端箱式变压器T1升压到35kV，配备SVG容量为4MVA。在系统中有可突变负荷(Variable Load)，用于研究在负荷突变时观测监测点电压波动情况以及在SVG和DFIG作用下的改善效果。

若突变负荷为感性负荷3MVar的情况，则在仿真时间t＝20s时接入网络。如图4所示为小负荷突变时SVG和DFIG均不动作、SVG单独动作和DFIG单独动作的3种补偿动作下的监测点电压曲线变化示意图；

若突变负荷为感性负荷6MVar的情况，则在仿真时间t＝20s时接入网络。如图5所示为大负荷突变时SVG和DFIG均不动作、SVG单独动作、DFIG单独动作和SVG和DFIG协同动作的4种补偿方式下的监测点电压变化曲线；

若在20s接入网络的6MVar感性负荷在21s被切除，如图6所示为负荷投切时，采取无功功率重分配情况下监测点电压变化曲线；图7所示为负荷投切时无功变化曲线。

图4及图5均可表明，采用SVG进行无功补偿比DFIG更加迅速，稳定时间短；由图5可以看出，优先采取SVG进行无功补偿，可以快速响应电压变化，减小电压瞬间跌落量，而且通过SVG和DFIG的协同作用可以在大负荷变动时对电压进行稳定。

图6表明，在电压稳定后，在进行无功功率重分配的过程中，电压有细微的波动但其波动可以忽略，说明采取无功功率重分配对电压稳定性没有影响。

图7-a表明，不采取无功功率重分配情况下，在电压稳定之后，DFIG发出约2MVar的无功，而SVG却吸收了约2MVar的无功，这部分无功并不起作用，是无效的无功流动。图7-b表明，进行无功功率重分配之后，DFIG和SVG几乎都不吸收无功也不发出无功，系统依然处于和调节前接近的稳定状态，但此时系统无功余量未被消耗，可以很好地应对可能出现的电压波动事件。因此消除无效的无功流动对系统无疑是有利的。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，其特征在于，所述方法包括：

采集监测点电压U；

对所述监测点电压U进行判断，若所述监测点电压U不处于死区范围，则触发SVG与DFIG无功协调控制模块以调整所述监测点电压U处于所述死区范围；若所述监测点电压U处于所述死区范围内，则触发电压稳定性检测模块；

对ΔU_ref进行判断，若ΔU_ref≠0或/和K_U≠1时，则触发所述SVG与DFIG无功协调控制模块以调整所述监测点电压U，并返回判断所述监测点电压U是否处于所述死区范围；若ΔU_ref＝0且K_U＝1，则触发无功功率分配合理性检测模块；ΔU_ref表示Δt时间内的所述监测点电压偏差值，K_U表示所述监测点电压的状态；

对K_var进行判断，若K_var＝1时，则触发无功功率重分配模块改变出功方式，并返回所述无功功率分配合理性检测模块；若K_var≠1时，则保持该无功功率分配模式直至电场稳定运行，K_var表示无功重分配标志。

2.根据权利要求1所述的一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，其特征在于，所述SVG与DFIG无功协调控制模块对SVG与DFIG无功进行协调控制的步骤包括：

若|Q_svg|>m_fQ_{svg_max}或SVG停机，则K_svg＝1，

若|Q_svg|≤m_fQ_{svg_max}，则K_svg≠1，

其中，Q_svg为SVG的实际无功发生量，Q_{svg_max}为SVG无功容量，系数0<m_f≤1，K_svg表示SVG的工作状态，K_svg＝1表示由DFIG对无功进行补偿，K_svg≠1表示由SVG对无功进行补偿。

3.根据权利要求1所述的一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，其特征在于，所述电压稳定性检测模块对电压稳定性进行检测的步骤包括：

若t₁≤t≤t₁+Δt且ΔU_ref(t)＝0时，则K_U＝1，

若时间t₁≤t≤t₁+Δt且ΔU_ref(t)≠0时，则K_U≠1；

其中，K_U表示所述监测点电压U的状态，K_U＝1表示所述监测点电压U稳定，K_U≠1表示所述监测点电压U不稳定，t表示监测电压的时段，t₁表示监测电压的开始时间，Δt表示监测电压的时长，ΔU_ref表示Δt时间内的所述监测点电压偏差值。

4.根据权利要求1所述的一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，其特征在于，所述无功功率分配合理性检测模块对无功功率分配合理性进行检测的步骤包括：

若H(Q_svg)·H(Q_dfig)≤0且H(Q_dfig)≠0时，则K_var＝1，

若H(Q_svg)·H(Q_dfig)>0时，则K_var≠1，

其中，K_var为无功重分配标志，K_var＝1表示需要进行无功重分配，K_var≠1则表示不需要重新进行无功重分配，Q_dfig表示DFIG实际无功发生量，Q_svg表示SVG实际无功发生量，H(x)为符号判断函数，所述符号判断函数H(x)表示为

其中，参数0<Z_eps<0.05，x为变量。

5.根据权利要求1所述的一种利用SVG和双馈感应风电机组协同控制电压的方法，其特征在于，所述无功功率重分配模块进行功率重分配的方法包括：重设DFIG无功参考值，使SVG随DFIG的状态调整无功输出，再返回所述无功功率分配合理性检测模块判断无功功率分配是否合理。

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