CN112928760A - 计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法 - Google Patents

计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112928760A
CN112928760A CN202110166380.6A CN202110166380A CN112928760A CN 112928760 A CN112928760 A CN 112928760A CN 202110166380 A CN202110166380 A CN 202110166380A CN 112928760 A CN112928760 A CN 112928760A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power plant
wind power
reactive
wind
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110166380.6A
Other languages
English (en)
Inventor
李美玲
朱子琪
吴忠福
李兴
岳超
王正辉
李洛
张丽娟
李鑫
张舒凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PowerChina Qinghai Electric Power Engineering Co Ltd
Original Assignee
PowerChina Qinghai Electric Power Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PowerChina Qinghai Electric Power Engineering Co Ltd filed Critical PowerChina Qinghai Electric Power Engineering Co Ltd
Priority to CN202110166380.6A priority Critical patent/CN112928760A/zh
Publication of CN112928760A publication Critical patent/CN112928760A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • H02J3/16Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load by adjustment of reactive power
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/381Dispersed generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/466Scheduling the operation of the generators, e.g. connecting or disconnecting generators to meet a given demand
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers
    • H02J3/46Controlling of the sharing of output between the generators, converters, or transformers
    • H02J3/50Controlling the sharing of the out-of-phase component
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/10Power transmission or distribution systems management focussing at grid-level, e.g. load flow analysis, node profile computation, meshed network optimisation, active network management or spinning reserve management
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2203/00Indexing scheme relating to details of circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J2203/20Simulating, e g planning, reliability check, modelling or computer assisted design [CAD]
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/28The renewable source being wind energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/76Power conversion electric or electronic aspects
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明属于风电场无功补偿控制技术领域,具体是一种计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法,包括获取目标风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值;计算风电场无功功率极限;计算风电场负载率和区域电网的负荷率;建立风电场主动参与电网调压的并网点电压控制模型;基于Q(U)无功功率控制策略,建立风电场主动无功补偿模型;以各组电机接入点电压偏差最小及有功损耗最小为目标建立多目标无功优化模型,并通过NSGA‑II算法进行求解;通过模糊隶属度函数对结果进行选择,得到无功补偿最优解。本发明方法利用风电场内部的无功调节能力,主动参与电网电压控制,减小风电出力波动及电网负荷波动对电网电压的影响。

Description

计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法
技术领域
本发明属于风电场无功补偿控制技术领域,尤其涉及一种计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法。
背景技术
为解决日益严峻的能源危机和环境问题,我国的风电产业取得了快速发展。然而随着新能源接入比例的提高,常规电源接入容量逐渐减小,显著削弱了电网的动态调压能力,因此,风电场参与电网无功补偿势在必行。DFIG能通过控制转子励磁电流实现有功功率和无功功率的解耦控制,因此具备参与电网主动无功补偿的条件。
目前针对风电场无功电压控制的研究多集中于子站层级,未考虑风电场参与电网主动调压的潜力。然而,随着风力发电渗透率的增加以及电能质量要求的提高,系统对风电场的要求已经不仅限于完成自身的电压控制,风电场主动参与电网无功补偿问题成为一项重要研究。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题,本发明的目的是提供一种计及电网负荷波动的DFIG风电场主动无功补偿控制方法,旨在充分利用风电场内部的无功调节能力,主动参与电网电压控制,减小风电出力波动及电网负荷波动对电网电压的影响。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法,所述方法包括以下步骤:
步骤1:获取待优化时段目标风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值;
步骤2:结合风电场有功出力预测值及风电场内无功补偿装置SVC的无功补偿量,计算风电场无功功率极限;
步骤3:结合风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值,计算待优化时段风电场负载率和区域电网的负荷率;
步骤4:基于风电场负载率和区域电网的负荷率,建立风电场主动参与电网调压的并网点电压控制模型;
步骤5:基于并网点电压大小的Q(U)无功功率控制策略,建立风电场主动无功补偿模型;
步骤6:以风电场内各组电机接入点电压偏差最小及有功损耗最小为目标建立多目标无功优化模型,并通过NSGA-II算法进行求解;
步骤7:通过模糊隶属度函数对结果进行选择,得到计及电网负荷波动时风电场主动参与电网电压控制的无功补偿最优解。
进一步地,所述步骤1具体包括以下步骤:
步骤101:获取风电场有功出力预测值,包括风电场内N台双馈风电机DFIG有功出力预测值PG_i及风电场总的有功出力预测值PWind_Σ
步骤102:获取待优化时段风电场所在区域电网的有功负荷值PLoad_Σ
进一步地,所述步骤2的具体操作步骤为:
步骤201:在已知有功出力PG_i的基础上,计算获得DFIG无功功率极限,DFIG无功功率极限为其定子侧和网侧变换器无功功率极限之和,具体为:
Figure BDA0002933252850000021
其中,Qs_i_max、Qs_i_min分别为DFIG定子侧无功功率上下限;Qc_i_max、Qc_i_max分别为网侧变换器无功功率上下限;Us为定子电压;ωs为同步转速;Ls、Lm分别为定子电感和激磁电感;Irmax为转子侧变流器最大允许电流;Sc_i为网侧变换器容量;s为转差率;PG_i为发电机定子侧有功功率;
步骤202:获得风电场SVC的无功补偿量QSVC,具体为
QSVC∈[QSVC_min,QSVC_max]
其中,QSVC_max、QSVC_min分别为SVC无功出力上下限;
步骤203:风电场无功功率极限为DFIG无功功率极限与SVC的无功补偿量之和,即:
Figure BDA0002933252850000031
其中,QWind_max、QWind_min分别为DFIG风电场内部总的容性无功和感性无功容量。
进一步地,所述步骤3具体为:
步骤301:结合DFIG风电场有功出力预测值,计算风电场负载率α:
α=PWind_Σ/PWind_max
其中,PWind_Σ为待优化时段风电场总的有功出力;PWind_max为风电场额定有功功率;
步骤302:结合风电场所在区域电网负荷值,计算区域电网负荷率β:
β=PLoad_Σ/PLoad_max
其中,PLoad_Σ为待优化时段区域电网的有功负荷值;PLoad_max为区域电网一年内的最大有功负荷。
进一步地,所述步骤4具体为:
基于风电场负载率α和区域电网负荷率β,建立DFIG风电场主动参与电网调压的并网点电压控制模型,得到风电场并网点电压控制目标Uobj如下:
Figure BDA0002933252850000032
其中,Uobj为风电场并网点电压控制目标;αmax、αmin分别为风电大发和少发时段风电场的负载率阈值;βmax、βmin分别为负荷高峰和低谷时段区域电网的负荷率阈值;m、n为相应的权重系数,且m+n=0.08。
进一步地,所述步骤5具体为:
基于并网点电压大小的Q(U)控制策略,建立DFIG风电场主动无功补偿模型,得到维持风电场主动参与电网调压所需的无功参考量Qref如下:
Figure BDA0002933252850000041
其中,Qref为维持风电场主动参与电网调压所需的无功参考量;U1、U2、U3、U4分别等于0.95Uobj、0.98Uobj、1.02Uobj、1.05Uobj
进一步地,所述步骤6具体为:
步骤601:以风电场内各组DFIG接入点电压偏差最小为目标,建立目标函数如下:
min f1=max|Ui-Un|i=1,2,…,N
其中,N为风电场内DFIG组数;Ui为第i组DFIG接入点电压;Un为接入点额定电压;
步骤602:以风电场内集电线路有功损耗最小为目标,建立目标函数如下:
Figure BDA0002933252850000042
式中:N′为风电场内部相邻DFIG之间集电线路总段数;△Pi,loss为第i段集电线路损耗;Ploss为集电线路总损耗;
步骤603:将风电场主动参与电网调压所需的无功参考量Qset作为已知量下发至多目标无功优化模型,并采用NSGA-II算法进行求解,得到一组Pareto最优解集,即为风电场无功出力参考值Qset在各组DFIG之间的优化分配方案。
进一步地,所述步骤7具体为:
步骤701:引入模糊隶属度函数来表示每个Pareto解中各个目标函数对应的满意度,模糊隶属度函数如下:
Figure BDA0002933252850000051
其中,fi为第i个目标函数值,fi max和fi min分别为该目标函数值的上、下限。当
Figure BDA0002933252850000052
时表示对该目标函数值完全不满意,而当
Figure BDA0002933252850000053
时表示对该目标函数值完全满意;
步骤702:对于Pareto最优解集中的每个解,求解其标准化满意度值,其中满意度值最大的解即为最优折衷解;
标准化满意度函数为:
Figure BDA0002933252850000054
其中,
Figure BDA0002933252850000055
为标准化满意度值;m为目标函数的个数。通过满意度比较,即可选出计及电网负荷波动时,DFIG风电场主动参与电网电压控制的无功补偿最优解。
与现有技术相比,本发明控制方法具有以下优点:充分利用风电场内部的无功调节能力,主动参与电网电压控制,减小风电出力波动及电网负荷波动对电网电压的影响,对于提高系统运行的经济性和稳定性,促进新能源持续健康发展具有重要意义。
附图说明
图1是本发明无功补偿控制方法流程图;
图2是本发明提供的风电场及其接入系统结构示意图;
图3是风电场日前风速预测曲线;
图4是风电场所在区域电网日前负荷预测曲线;
图5是Pareto最优解分布示意图;
图6是不同控制方式下风电场内部集电线路电压分布图;
图7是不同控制方式下风电场内部有功损耗情况示意图。
实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述,以下实施例仅用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
实施例1
图1是计及电网负荷波动的DFIG风电场主动无功补偿控制方法流程图。如图1所示,本发明控制方法包括以下步骤:
步骤1:获取待优化时段目标风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值,具体为:
步骤101:获取风电场有功出力预测值,包括获取风电场内N台DFIG有功出力预测值PG_i及风电场总的有功出力预测值PWind_Σ
步骤102:获取待优化时段风电场所在区域电网的有功负荷值PLoad_Σ
步骤2:结合风电场有功出力预测值及风电场内SVC无功补偿量,计算风电场无功出力上下限,具体为:
步骤201:DFIG无功功率极限为其定子侧和网侧变换器无功功率极限之和,在已知DFIG有功出力PG_i的基础上,计算其无功功率极限为:
Figure BDA0002933252850000061
其中:Qs_i_max、Qs_i_min分别为DFIG定子侧无功功率上下限;Qc_i_max、Qc_i_max分别为网侧变换器无功功率上下限;Us为定子电压;ωs为同步转速;Ls、Lm分别为定子电感和激磁电感;Ir max为转子侧变流器最大允许电流;Sc_i为网侧变换器容量;s为转差率;PG_i为发电机定子侧有功功率。
步骤202:风电场主变低压侧通常装设SVC进行集中无功补偿,SVC的无功补偿量为QSVC∈[QSVC_min,QSVC_max],其中,QSVC_max、QSVC_min分别为SVC无功出力上下限;
步骤203:DFIG风电场无功极限为DFIG与SVC的无功补偿量之和,即:
Figure BDA0002933252850000071
其中,QWind_max、QWind_min分别为DFIG风电场内部总的容性无功和感性无功容量。
步骤3:结合风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值,计算待优化时段风电场负载率和区域电网的负荷率,具体为:
步骤301:结合DFIG风电场有功出力预测值,计算风电场负载率α:
α=PWind_Σ/PWind_max
其中,PWind_Σ为待优化时段风电场总的有功出力;PWind_max为风电场额定有功功率;
步骤302:结合风电场所在区域电网负荷值,计算区域电网负荷率β:
β=PLoad_Σ/PLoad_max
其中,PLoad_Σ为待优化时段区域电网的有功负荷值;PLoad_max为区域电网一年内的最大有功负荷。
步骤4:基于风电场负载率和区域电网的负荷率,建立DFIG风电场主动参与电网调压的并网点电压控制模型,具体为:
基于DFIG风电场负载率α和区域电网负荷率β,建立DFIG风电场主动参与电网调压的并网点电压控制模型,得到风电场并网点电压控制目标Uobj如下:
Figure BDA0002933252850000072
其中,Uobj为风电场并网点电压控制目标;αmax、αmin分别为风电大发和少发时段风电场的负载率阈值;βmax、βmin分别为负荷高峰和低谷时段区域电网的负荷率阈值;m、n为相应的权重系数,且m+n=0.08。
步骤5:基于并网点电压大小的Q(U)控制策略,建立DFIG风电场主动无功补偿模型,具体为:
基于并网点电压大小的Q(U)控制策略,建立DFIG风电场主动无功补偿模型,得到维持风电场主动参与电网调压所需的无功参考量Qref如下:
Figure BDA0002933252850000081
其中,Qref为维持风电场主动参与电网调压所需的无功参考量;U1、U2、U3、U4分别等于0.95Uobj、0.98Uobj、1.02Uobj、1.05Uobj
步骤6:以风电场内各组DFIG接入点电压偏差最小及有功损耗最小为目标建立多目标无功优化模型,并通过NSGA-II算法进行求解,具体为:
步骤601:以风电场内各组DFIG接入点电压偏差最小为目标,建立目标函数如下:
min f1=max|Ui-Un|i=1,2,…,N
其中,N为风电场内DFIG组数;Ui为第i组DFIG接入点电压;Un为接入点额定电压。
步骤602:以风电场内集电线路有功损耗最小为目标,建立目标函数如下:
Figure BDA0002933252850000082
式中:N′为风电场内部相邻DFIG之间集电线路总段数;△Pi,loss为第i段集电线路损耗;Ploss为集电线路总损耗。
步骤603:将风电场主动参与电网调压所需的无功参考量Qset作为已知量下发至多目标无功优化模型,并采用NSGA-II算法进行求解,得到一组Pareto最优解集,即为风电场无功出力参考值Qset在各组DFIG之间的优化分配方案。
步骤7:通过模糊隶属度函数对优化结果进行选择,得到计及电网负荷波动时,DFIG风电场主动参与电网电压控制的无功补偿最优解,具体为:
步骤701:引入模糊隶属度函数来表示每个Pareto解中各个目标函数对应的满意度,模糊隶属度函数如下:
Figure BDA0002933252850000091
其中,fi为第i个目标函数值,fi max和fi min分别为该目标函数值的上、下限。当
Figure BDA0002933252850000092
时表示对该目标函数值完全不满意,而当
Figure BDA0002933252850000093
时表示对该目标函数值完全满意。
步骤702:对于Pareto最优解集中的每个解,求解其标准化满意度值,其中满意度值最大的解即为最优折衷解。
标准化满意度函数为:
Figure BDA0002933252850000094
其中,
Figure BDA0002933252850000095
为标准化满意度值;m为目标函数的个数。通过满意度比较,即可选出计及电网负荷波动时,DFIG风电场主动参与电网电压控制的无功补偿最优解。
实施例2
以下结合附图2对本发明做进一步详细说明。
参数说明:本实施例中,DFIG风电场总装机容量为60MW,装设40台额定容量为1.5MW的DFIG,经机端变压器升压后接入10kV集电线路。其中,每条集电线路采用地下馈线形式串联10台DFIG,集电线路母线处装有SVC,无功容量为-15~30Mvar,经10kV/110kV主变压器升压后,经50km远距离输电线路送出。
具体步骤如下:
步骤1:获取待优化时段目标风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值,具体为:
获取风电场所在区域风速预测值,其日前风速预测情况如图3所示。为方便分析,这里选取一日内每相邻4个小时作为采样点进行分析。同时,获取风电场所在区域电网日前有功负荷的预测值如图4所示。相应时刻风电场有功出力预测值及电网负荷预测值如表1所示。
表1风电场有功出力预测值及电网负荷预测值
时刻(h) 0 4 8 12 16 20 24
风速(m/s) 10 17 10 10 12.5 15 17.5
有功出力(MW) 30 60 30 30 60 60 60
电网负荷(MW) 703 658 788 812 786 876 704
步骤2:结合风电场有功出力预测值及风电场内SVC无功补偿量,计算风电场无功出力上下限。
计算公式参考说明书中DFIG无功容量的计算公式,经求解得到DFIG风电场无功出力上下限如表2所示。
表2 DFIG风电场无功出力上下限
Figure BDA0002933252850000101
步骤3:结合风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值,计算待优化时段风电场负载率和区域电网的负荷率。
根据DFIG风电场出力特性可知风电场最大、最小负载率分别为αmax=1、αmin=0;根据风电场所在区域电网全年日最高、最低负荷曲线,计算得到相应的负荷率分别为βmax=0.92、βmin=0.56。结合风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值,计算待优化时段风电场负载率和区域电网的负荷率如表3所示。
表3风电场负载率和区域电网的负荷率
时刻(h) 0 4 8 12 16 20 24
有功出力(MW) 30 60 30 30 60 60 60
负载率α 0.5 1 0.5 0.5 1 1 1
电网负荷(MW) 703 658 788 812 786 876 704
负荷率β 0.670 0.627 0.750 0.773 0.749 0.834 0.670
步骤4:基于风电场负载率和区域电网的负荷率,建立DFIG风电场主动参与电网调压的并网点电压控制模型:
Figure BDA0002933252850000111
将优化时段风电场负载率α和区域电网的负荷率β代入公式,求解得到并网点电压控制目标如表4所示。
步骤5:基于并网点电压大小的Q(U)控制策略,建立DFIG风电场主动无功补偿模型:
Figure BDA0002933252850000112
其中,U1、U2、U3、U4分别等于0.95Uobj、0.98Uobj、1.02Uobj、1.05Uobj。当UPCC>1.02Uobj或UPCC<0.98Uobj时,风电场开始吸收或发出无功功率;当UPCC>1.05Uobj或UPCC<0.95Uobj时,为了将并网点电压控制在允许范围内,风电场按照自身无功容量最大限度地发出或者吸收无功功率。根据风电场并网点电压实际值,求解得到风电场无功出力参考值如表4所示。
表4风电场并网点电压控制目标及无功出力参考量
时刻(h) 0 4 8 12 16 20 24
电压控制目标(kV) 111.51 112.57 112.61 112.93 114.25 115.42 113.16
实际电压(kV) 111.2 108.46 108.35 108.24 108.02 107.58 110.2
无功出力参考值(Mvar) 0 16.52 17.85 21.52 30 30 7.95
实际无功出力(Mvar) 0 -1.36 17.85 21.52 -1.36 -1.36 -1.36
由表2和表4分析可知,当风电场有功出力大发时,DFIG无功容量较小,不具备参与电网主动调压的能力。因此,本发明仅限于解决在风电场无功裕度充足情况下,风电场参与电网主动无功补偿的问题。
步骤6:以风电场内各组DFIG接入点电压偏差最小及有功损耗最小为目标建立多目标无功优化模型如下:
Figure BDA0002933252850000121
为了验证本发明所提DFIG风电场主动参与电网调压的无功补偿控制效果,取其中一回集电线路进行分析,并将12:00时运行数据作为基础数据进行仿真计算,采用NSGA-II进行求解。NSGA-II参数设置如下:种群大小为100,最优个体系数为0.3,最大迭代次数为100,经计算得到一组分布均匀的Pareto最优解,如图5所示。
步骤7:分别以DFIG风电场节点电压偏差最小和有功损耗最小为目标搜索极端解,并通过构建模糊隶属度函数从Pareto最优解集中选出最优折中解,如表5所示。
表5 Pareto最优解集中的极端解和最优解
优化目标 电压偏差/V 有功损耗/kW
电压偏差最小 422.3 271.4
有功损耗最小 547.8 265.1
最优折中解 468.2 266.8
为验证本发明所提方法的有效性,另取DFIG优先出力法、SVC优先出力法、等无功裕度分配法进行仿真计算,并对电压控制效果及降损效果进行比较分析。不同控制方法下DFIG及SVC的无功出力如表6所示。
表6不同控制方法下DFIG及SVC的无功出力
Figure BDA0002933252850000122
Figure BDA0002933252850000131
分别将不同控制方式下SVC和DFIG的无功补偿方案下发执行,得到单条集电线路上DFIG接入点电压变化情况如图6所示,有功损耗情况如图7所示。
由图6分析可知,相比于方法三,采用本发明控制方法后,风电场内部最大节点电压偏差量显著减小;由图7分析可知,相比于方法二和方法四,采用本发明控制方法后,风电场内部有功损耗显著降低。说明本发明无功补偿控制方法能够很好地指导风电场主动参与电网电压控制,对于提高新能源接入系统无功调节能力、促进新能源持续健康发展具有重要意义。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种变换,这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:获取待优化时段目标风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值;
步骤2:结合风电场有功出力预测值及风电场内无功补偿装置SVC的无功补偿量,计算风电场无功功率极限;
步骤3:结合风电场有功出力预测值及风电场所在区域电网的负荷值,计算待优化时段风电场负载率和区域电网的负荷率;
步骤4:基于风电场负载率和区域电网的负荷率,建立风电场主动参与电网调压的并网点电压控制模型;
步骤5:基于并网点电压大小的Q(U)无功功率控制策略,建立风电场主动无功补偿模型;
步骤6:以风电场内各组电机接入点电压偏差最小及有功损耗最小为目标建立多目标无功优化模型,并通过NSGA-II算法进行求解;
步骤7:通过模糊隶属度函数对结果进行选择,得到计及电网负荷波动时风电场主动参与电网电压控制的无功补偿最优解。
2.根据权利要求1所述的控制方法,其特征在于,所述步骤1具体为:
步骤101:获取风电场有功出力预测值,包括风电场内N台双馈风电机DFIG有功出力预测值PG_i及风电场总的有功出力预测值PWind_Σ
步骤102:获取待优化时段风电场所在区域电网的有功负荷值PLoad_Σ
3.根据权利要求2所述的控制方法,其特征在于,所述步骤2的具体操作步骤为:
步骤201:在已知有功出力PG_i的基础上,计算获得DFIG无功功率极限,DFIG无功功率极限为其定子侧和网侧变换器无功功率极限之和,具体为:
Figure FDA0002933252840000021
其中,Qs_i_max、Qs_i_min分别为DFIG定子侧无功功率上下限;Qc_i_max、Qc_i_max分别为网侧变换器无功功率上下限;Us为定子电压;ωs为同步转速;Ls、Lm分别为定子电感和激磁电感;Irmax为转子侧变流器最大允许电流;Sc_i为网侧变换器容量;s为转差率;PG_i为发电机定子侧有功功率;
步骤202:获得风电场SVC的无功补偿量Qsvc,具体为
QSVC∈[QSVC_min,QSVC_max]
其中,QSVC_max、QSVC_min分别为SVC无功出力上下限;
步骤203:风电场无功功率极限为DFIG无功功率极限与SVC的无功补偿量之和,即:
Figure FDA0002933252840000022
其中,QWind_max、QWind_min分别为DFIG风电场内部总的容性无功和感性无功容量。
4.根据权利要求3所述的控制方法,其特征在于,所述步骤3具体为:
步骤301:结合DFIG风电场有功出力预测值,计算风电场负载率α:
α=PWind_Σ/PWind_max
其中,PWind_Σ为待优化时段风电场总的有功出力;PWind_max为风电场额定有功功率;
步骤302:结合风电场所在区域电网负荷值,计算区域电网负荷率β:
β=PLoad_Σ/PLoad_max
其中,PLoad_Σ为待优化时段区域电网的有功负荷值;PLoad_max为区域电网一年内的最大有功负荷。
5.根据权利要求4所述的控制方法,其特征在于,所述步骤4具体为:
基于风电场负载率α和区域电网负荷率β,建立DFIG风电场主动参与电网调压的并网点电压控制模型,得到风电场并网点电压控制目标Uobj如下:
Figure FDA0002933252840000031
其中,Uobj为风电场并网点电压控制目标;αmax、αmin分别为风电大发和少发时段风电场的负载率阈值;βmax、βmin分别为负荷高峰和低谷时段区域电网的负荷率阈值;m、n为相应的权重系数,且m+n=0.08。
6.根据权利要求5所述的控制方法,其特征在于,所述步骤5具体为:
基于并网点电压大小的Q(U)控制策略,建立DFIG风电场主动无功补偿模型,得到维持风电场主动参与电网调压所需的无功参考量Qref如下:
Figure FDA0002933252840000032
其中,Qref为维持风电场主动参与电网调压所需的无功参考量;U1、U2、U3、U4分别等于0.95Uobj、0.98Uobj、1.02Uobj、1.05Uobj
7.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于,所述步骤6具体为:
步骤601:以风电场内各组DFIG接入点电压偏差最小为目标,建立目标函数如下:
min f1=max|Ui-Un| i=1,2,…,N
其中,N为风电场内DFIG组数;Ui为第i组DFIG接入点电压;Un为接入点额定电压;
步骤602:以风电场内集电线路有功损耗最小为目标,建立目标函数如下:
Figure FDA0002933252840000041
式中:N′为风电场内部相邻DFIG之间集电线路总段数;△Pi,loss为第i段集电线路损耗;Ploss为集电线路总损耗;
步骤603:将风电场主动参与电网调压所需的无功参考量Qset作为已知量下发至多目标无功优化模型,并采用NSGA-II算法进行求解,得到一组Pareto最优解集,即为风电场无功出力参考值Qset在各组DFIG之间的优化分配方案。
8.根据权利要求7所述的控制方法,其特征在于,所述步骤7具体为:
步骤701:引入模糊隶属度函数来表示每个Pareto解中各个目标函数对应的满意度,模糊隶属度函数如下:
Figure FDA0002933252840000042
其中,fi为第i个目标函数值,fimax和fimin分别为该目标函数值的上、下限。当
Figure FDA0002933252840000043
时表示对该目标函数值完全不满意,而当
Figure FDA0002933252840000044
时表示对该目标函数值完全满意;
步骤702:对于Pareto最优解集中的每个解,求解其标准化满意度值,其中满意度值最大的解即为最优折衷解;
标准化满意度函数为:
Figure FDA0002933252840000045
其中,
Figure FDA0002933252840000046
为标准化满意度值;m为目标函数的个数。通过满意度比较,即可选出计及电网负荷波动时,DFIG风电场主动参与电网电压控制的无功补偿最优解。
CN202110166380.6A 2021-02-04 2021-02-04 计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法 Pending CN112928760A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110166380.6A CN112928760A (zh) 2021-02-04 2021-02-04 计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110166380.6A CN112928760A (zh) 2021-02-04 2021-02-04 计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112928760A true CN112928760A (zh) 2021-06-08

Family

ID=76170978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110166380.6A Pending CN112928760A (zh) 2021-02-04 2021-02-04 计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112928760A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113629747A (zh) * 2021-09-16 2021-11-09 国网安徽省电力有限公司马鞍山供电公司 一种电动汽车并网无功补偿控制方法
CN116667467A (zh) * 2023-08-01 2023-08-29 齐齐哈尔市君威节能科技有限公司 一种智控磁悬浮微风发电增容䃼偿装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105914758A (zh) * 2016-05-17 2016-08-31 华北电力大学 考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化方法
CN108258699A (zh) * 2017-12-25 2018-07-06 华北电力大学 一种考虑dfig无功出力能力的风电场无功优化控制方法
CN109038654A (zh) * 2018-07-18 2018-12-18 西安理工大学 一种考虑分布式风电高渗透并网的配电系统优化运行方法
CN109327050A (zh) * 2018-10-16 2019-02-12 东北大学 一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法及系统终端
CN111799813A (zh) * 2020-07-17 2020-10-20 广东电网有限责任公司电力科学研究院 计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105914758A (zh) * 2016-05-17 2016-08-31 华北电力大学 考虑分布式电源无功补偿成本的电网无功优化方法
CN108258699A (zh) * 2017-12-25 2018-07-06 华北电力大学 一种考虑dfig无功出力能力的风电场无功优化控制方法
CN109038654A (zh) * 2018-07-18 2018-12-18 西安理工大学 一种考虑分布式风电高渗透并网的配电系统优化运行方法
CN109327050A (zh) * 2018-10-16 2019-02-12 东北大学 一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法及系统终端
CN111799813A (zh) * 2020-07-17 2020-10-20 广东电网有限责任公司电力科学研究院 计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YONGQIAN LIU等: ""Dynamic assessment method for reactive power of DFIG"", 《8TH RENEWABLE POWER GENERATION CONFERENCE》 *
王贤等: ""光伏电站参与电网主动调压的无功优化控制方法"", 《电力自动化设备》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113629747A (zh) * 2021-09-16 2021-11-09 国网安徽省电力有限公司马鞍山供电公司 一种电动汽车并网无功补偿控制方法
CN113629747B (zh) * 2021-09-16 2022-08-12 国网安徽省电力有限公司马鞍山供电公司 一种电动汽车并网无功补偿控制方法
CN116667467A (zh) * 2023-08-01 2023-08-29 齐齐哈尔市君威节能科技有限公司 一种智控磁悬浮微风发电增容䃼偿装置
CN116667467B (zh) * 2023-08-01 2023-10-13 齐齐哈尔市君威节能科技有限公司 一种智控磁悬浮微风发电增容䃼偿装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111799813B (zh) 计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法
CN108258699B (zh) 一种考虑dfig无功出力能力的风电场无功优化控制方法
CN102299527B (zh) 一种风电场无功功率控制方法和系统
CN102354992B (zh) 风电场无功功率控制方法
CN102684201B (zh) 一种基于电压越限概率的含风电场电网无功优化方法
CN109217374B (zh) 一种风电电力系统无功电压事前多时间尺度优化控制方法
CN103219732A (zh) 一种含变速恒频风电场的配电网无功电压控制方法
CN109149593B (zh) 针对低风速分散式风电并入配电网的双层电压优化方法
CN104578086A (zh) 一种风电和光伏发电接入电网的无功电压控制方法
CN112928760A (zh) 计及电网负荷波动的风电场主动无功补偿控制方法
CN108711868A (zh) 一种计及孤岛运行电压安全的配电网无功优化规划方法
CN104269855B (zh) 一种适应多种能源接入的站点无功电压快速调节方法
CN114759620A (zh) 一种风光储场站群无功协同优化调控方法、装置及系统
CN111027179B (zh) 一种计及辅助调频服务的双馈风电场的等值建模方法
CN113972665A (zh) 一种光伏电站参与电网主动调压的无功优化控制方法
CN116544992A (zh) 一种电网侧储能降低变压器损耗的储能控制方法
CN111092443A (zh) 一种风电场内dfig和svc无功紧急协调控制方法
CN113471995B (zh) 一种提升新能源高占比区域频率稳定性的储能配置方法
CN107317342A (zh) 一种分散式风电场无功规划与无功控制方法
CN113852091A (zh) 一种基于mpc的新能源并网无功电压调节方法
Ni et al. Optimal control strategy of reactive power and voltage for wind farm based on LinWPSO algorithm
CN106208152B (zh) 一种风火协同的自动电压控制方法
CN103887814B (zh) 一种应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法
CN116599115B (zh) 一种基于电压动态调整的柔性低频输电系统优化运行方法、装置、设备及存储介质
CN113595101B (zh) 一种多平台互联海上风电交流输电系统无功配置方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210608