CN112134291B - 一种大型风电场的无功调压控制方法 - Google Patents

一种大型风电场的无功调压控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及的是一种大型风电场的无功调压控制方法。解决了一般风电场无法实现电压的快速平稳控制和动态紧急支撑控制的问题。包括以下步骤：S1：检测风电场并网点三相电压和三相电流并计算反馈功率；S2：根据风电场并网点三相电压和三相电流得到风电场的故障状态位S，若S=0则转至步骤S3；若S=1则转至步骤S4；S3：进行快速电压控制；S4：进行快速紧急支撑控制。本发明的有益效果是：通过风电场的故障和非故障运行状态，将风电场整场控制和场内各台机组的控制有机结合实现了电压的快速平稳控制和动态紧急支撑控制；充分利用了风电机组的无功功率调节能力尤其是非故障状态及故障前后的无功调压能力，大大提高了电力系统的稳定性和可靠性。

Description

一种大型风电场的无功调压控制方法
技术领域
本发明涉及风电场控制领域，尤其涉及一种大型风电场的无功调压控制方法。
背景技术
双馈风电机组无功电压控制问题研究主要集中在功率特性分析、接入电网的无功电压协调控制策略研究低电压穿越过程中无功支撑调控策略等方面。其中，双馈风电机组的无功特性分析研究已较为成熟，使得充分利用风电机组的无功调节能力实现风电场与电网之间的无功协调控制成为可能。风电场与电网之间的协调控制不仅需要考虑正常运行条件下，同时需要考虑故障时的无功电压调节问题，以充分利用机组的无功能力实现风电场的无功调压。但在目前，双馈风电机组的无功功率调节能力尤其是非故障状态及故障前后的的无功调压能力并未充分使用。
发明内容
本发明解决一般风电场无法实现电压的快速平稳控制和动态紧急支撑控制的问题，提供了一种大型风电场的无功调压控制方法。
为了解决上述存在的技术问题，本发明的技术方案是：一种大型风电场的无功调压控制方法，包括以下步骤：
S1：检测风电场并网点三相电压和三相电流并计算反馈功率；
S2：根据风电场并网点三相电压和三相电流得到风电场的故障状态位S，若S＝0则转至步骤S3；若S＝1则转至步骤S4；
S3：进行快速电压控制；
S4：进行快速紧急支撑控制。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S2中根据原始数据得到风电场的故障状态位的函数如下：
Figure GDA0003555583690000011
其中，Upcc是风电场并网点电压，S是风电场故障状态位，B是风电场稳定指标；S＝0时，风电场为非故障状态；S＝1时，风电场为故障状态。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S3中的快速电压控制包括以下步骤：
S21：通过风电机组出口电压进行初步无功调压控制；
S22：根据风电场并网点电压和反馈的无功功率值进行二次纠偏控制；
S23：下发风电场内各台机组的无功指令参考值。
步骤S22中反馈的无功功率值由步骤S1中的反馈功率转换得到，二次纠偏控制用以实现整个风电场并网点的电压平稳以及补充风电场内的无功损耗。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S21中的初步无功调压控制的目标函数如下：Qj＝(1-Uj)*Ssc_j
其中，Qj是风电场内第j台机组的无功功率，Uj是风电场内第j台机组出口端电压值，Ssc_j是风电场内第j台机组出口端短路容量。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S4中的快速紧急支撑控制包括以下步骤：
S31：根据风电场并网点电压计算无功紧急支撑所需的无功调节量；
S32：根据各台机组的无功功率参考值将无功调节量分配至各台机组；
S33：对各台机组进行超限判断处理；
S34：对风电场中各台机组进行重整处理。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S31中无功调节量的计算公式如下：
Qf_ref＝-k(Upcc-Ud)Ppcc
其中，Qf_ref是风电场无功功率目标值，Ppcc是风电场总有功功率，Ud是无功调压控制死区，Upcc是风电场并网点电压，k是无功调压比例系数。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S32中无功功率参考值的计算公式如下：
Figure GDA0003555583690000021
其中，Qj_ref是风电场内第j台机组的无功功率参考值，Pj是风电场内第j台机组的有功功率，Qf_ref是风电场无功功率目标值，Ppcc是风电场总有功功率。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S33中超限判断处理包括以下步骤：
S41：判断各台机组无功响应是否超过限度，若是，则转至步骤S42，若否，则转至步骤S43；
S42：选取出口并网点电压低且有功功率值大的风电机组进行降功率的无功紧急支撑；
S43：下发各台机组的无功指令值。无功指令值的计算公式如下：
Figure GDA0003555583690000022
其中，Qj_ref是风电场内第j台机组的无功功率参考值，Qj_max是风电场内第j台机组的无功功率最大值，Qj_min是风电场内第j台机组的无功功率最小值。
步骤S41中各台机组无功响应是否超过限度是判断机组的无功功率是否满足条件：-0.95Pj＜Qj＜0.95Pj，若满足，则未超过限度，若不满足，则是超过限度。此外，步骤S42结束后，亦是继续进行步骤S43。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S34中的重整处理包括以下步骤：
S51：计算各台机组的运行状态值L；
S52：若L＝0，则机组进行无功功率优先的控制策略，若L＝1，则机组保持有功功率优先的控制策略；
S53：除去运行状态值L为0的风电机组；
S54：判断故障状态位S是否为0，若是，则将风电场内各台机组的运行状态值L均置为1，若否，则重复步骤S4。
作为上述方案的一种优选方案，所述步骤S51中运行状态值L的计算公式如下：
Figure GDA0003555583690000031
其中，Qj_ref是风电场内第j台机组的无功功率参考值，Qj_max是风电场内第j台机组的无功功率最大值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.通过风电场的故障和非故障运行状态，将风电场整场控制和场内各台机组的控制有机结合实现了电压的快速平稳控制和动态紧急支撑控制；
2.充分利用了风电机组的无功功率调节能力尤其是非故障状态及故障前后的无功调压能力，大大提高了电力系统的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的流程框图；
图2是本发明的快速电压控制的流程框图；
图3是本发明的快速紧急支撑控制的流程框图；
图4是本发明的超限判断处理的流程框图；
图5是本发明的重整处理的流程框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例：本实施例一种大型风电场的无功调压控制方法，如图1～所示，包括以下步骤：
S1：检测风电场并网点三相电压和三相电流并计算反馈功率；
S2：根据风电场并网点三相电压和三相电流得到风电场的故障状态位S，若S＝0则转至步骤S3；若S＝1则转至步骤S4；
S3：进行快速电压控制；
S4：进行快速紧急支撑控制。
其中，步骤S2中根据原始数据得到风电场的故障状态位的函数如下：
Figure GDA0003555583690000041
其中，Upcc是风电场并网点电压，S是风电场故障状态位，B是风电场稳定指标；S＝0时，风电场为非故障状态；S＝1时，风电场为故障状态。
其中，步骤S3中的快速电压控制包括以下步骤：
S21：通过风电机组出口电压进行初步无功调压控制；
S22：根据风电场并网点电压和反馈的无功功率值进行二次纠偏控制；
S23：下发风电场内各台机组的无功指令参考值。
步骤S22中反馈的无功功率值由步骤S1中的反馈功率转换得到，二次纠偏控制用以实现整个风电场并网点的电压平稳以及补充风电场内的无功损耗。
其中，步骤S21中的初步无功调压控制的目标函数如下：
Qj＝(1-Uj)*Ssc_j
其中，Qj是风电场内第j台机组的无功功率，Uj是风电场内第j台机组出口端电压值，Ssc_j是风电场内第j台机组出口端短路容量。
此外，快速电压控制的目标函数如下：
f1＝min(α|1∠0°-Upcc|+bPLoss)
其中，Upcc是风电场并网点电压，PLoss是风电场内有功功率损耗，a、b均为比重系数。这里的控制采用自寻优控制策略实现。(此外，还应满足电压约束，电压约束的公式如下：
Ujmin＜Uj＜Ujmax
其中，Uj是风电场内机组出口电压，Ujmin是风电场内机组出口电压最小值，取0.95pu，Ujmax是风电场内机组出口电压最大值，取1.05pu。)
其中，步骤S4中的快速紧急支撑控制包括以下步骤：
S31：根据风电场并网点电压计算无功紧急支撑所需的无功调节量；
S32：根据各台机组的无功功率参考值将无功调节量分配至各台机组；
S33：对各台机组进行超限判断处理；
S34：对风电场中各台机组进行重整处理。
其中，步骤S31中无功调节量的计算公式如下：
Qf_ref＝-k(Upcc-Ud)Ppcc
其中，Qf_ref是风电场无功功率目标值，Ppcc是风电场总有功功率，Ud是无功调压控制死区，Upcc是风电场并网点电压，k是无功调压比例系数。
其中，步骤S32中无功功率参考值的计算公式如下：
Figure GDA0003555583690000051
其中，Qj_ref是风电场内第j台机组的无功功率参考值，Pj是风电场内第j台机组的有功功率，Qf_ref是风电场无功功率目标值，Ppcc是风电场总有功功率。
其中，步骤S33中超限判断处理包括以下步骤：
S41：判断各台机组无功响应是否超过限度，若是，则转至步骤S42，若否，则转至步骤S43；
S42：选取出口并网点电压低且有功功率值大的风电机组进行降功率的无功紧急支撑；
S43：下发各台机组的无功指令值。无功指令值的计算公式如下：
Figure GDA0003555583690000052
其中，Qj_ref是风电场内第j台机组的无功功率参考值，Qj_max是风电场内第j台机组的无功功率最大值，Qj_min是风电场内第j台机组的无功功率最小值。
步骤S41中各台机组无功响应是否超过限度是判断机组的无功功率是否满足条件：-0.95Pj＜Qj＜0.95Pj，若满足，则未超过限度，若不满足，则是超过限度。此外，步骤S42结束后，亦是继续进行步骤S43。
其中，步骤S34中的重整处理包括以下步骤：
S51：计算各台机组的运行状态值L；
S52：若L＝0，则机组进行无功功率优先的控制策略，若L＝1，则机组保持有功功率优先的控制策略；
S53：除去运行状态值L为0的风电机组；
S54：判断故障状态位S是否为0，若是，则将风电场内各台机组的运行状态值L均置为1，若否，则重复步骤S4。
其中，步骤S51中运行状态值L的计算公式如下：
Figure GDA0003555583690000061
其中，Qj_ref是风电场内第j台机组的无功功率参考值，Qj_max是风电场内第j台机组的无功功率最大值。
此外，快速紧急支撑控制的目标函数如下：
f2＝min(α|1∠0°-Upcc|+bQLoss)
其中，Upcc是风电场并网点电压，QLoss是风电场内无功功率损耗、a、b均为比重系数。这里的控制采用自寻优控制策略实现。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种大型风电场的无功调压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：检测风电场并网点三相电压和三相电流并计算反馈功率；
S2：根据风电场并网点三相电压和三相电流得到风电场的故障状态位S，若S＝0则转至步骤S3；若S＝1则转至步骤S4；
S3：进行快速电压控制；
S4：进行快速紧急支撑控制；
所述步骤S2中根据原始数据得到风电场的故障状态位的函数如下：
Figure FDA0003555583680000011
其中，Upcc是风电场并网点电压，S是风电场故障状态位，B是风电场稳定指标；S＝0时，风电场为非故障状态；S＝1时，风电场为故障状态；
所述步骤S3中的快速电压控制包括以下步骤：
S21：通过风电机组出口电压进行初步无功调压控制；
S22：根据风电场并网点电压和反馈的无功功率值进行二次纠偏控制；
S23：下发风电场内各台机组的无功指令参考值；
所述步骤S21中的初步无功调压控制的目标函数如下：
Qj＝(1-Uj)*Ssc_j
其中，Qj是风电场内第j台机组的无功功率，Uj是风电场内第j台机组出口端电压值，Ssc_j是风电场内第j台机组出口端短路容量；
所述步骤S3中快速电压控制的目标函数如下：
f1＝min(a|1∠0°-Upcc|+bPLoss)
其中，Upcc是风电场并网点电压，PLoss是风电场内有功功率损耗，a、b均为比重系数；
所述步骤S4中的快速紧急支撑控制包括以下步骤：
S31：根据风电场并网点电压计算无功紧急支撑所需的无功调节量；
S32：根据各台机组的无功功率参考值将无功调节量分配至各台机组；
S33：对各台机组进行超限判断处理；
S34：对风电场中各台机组进行重整处理；
所述步骤S31中无功调节量的计算公式如下：
Qf_ref＝-k(Upcc-Ud)Ppcc
其中，Qf_ref是风电场无功功率目标值，Ppcc是风电场总有功功率，Ud是无功调压控制死区，Upcc是风电场并网点电压，k是无功调压比例系数；
所述步骤S32中无功功率参考值的计算公式如下：
Figure FDA0003555583680000021
其中，Qj_ref是风电场内第j台机组的无功功率参考值，Pj是风电场内第j台机组的有功功率，Qf_ref是风电场无功功率目标值，Ppcc是风电场总有功功率；
所述步骤S33中超限判断处理包括以下步骤：
S41：判断各台机组无功响应是否超过限度，若是，则转至步骤S42，若否，则转至步骤S43；
S42：选取出口并网点电压低且有功功率值大的风电机组进行降功率的无功紧急支撑；
S43：下发各台机组的无功指令值；
步骤S41中各台机组无功响应是否超过限度是判断机组的无功功率是否满足条件：
-0.95Pj＜Qj＜0.95Pj，若满足，则未超过限度，若不满足，则是超过限度；
所述步骤S4中快速紧急支撑控制的目标函数如下：
f2＝min(a|1∠0°-Upcc|+bQLoss)
其中，Upcc是风电场并网点电压，QLoss是风电场内无功功率损耗、a、b均为比重系数。
2.根据权利要求1所述的一种大型风电场的无功调压控制方法，其特征在于，所述步骤S34中的重整处理包括以下步骤：
S51：计算各台机组的运行状态值L；
S52：若L＝0，则机组进行无功功率优先的控制策略，若L＝1，则机组保持有功功率优先的控制策略；
S53：除去运行状态值L为0的风电机组；
S54：判断故障状态位S是否为0，若是，则将风电场内各台机组的运行状态值L均置为1，若否，则重复步骤S4；
所述步骤S51中运行状态值L的计算公式如下：
Figure FDA0003555583680000031
其中，Qj_ref是风电场内第j台机组的无功功率参考值，Qj_max是风电场内第j台机组的无功功率最大值。
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