CN113315140B - 一种海上风电无功补偿协调控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海上风电接入系统控制技术领域,尤指一种海上风电无功补偿协调控制方法,包括步骤:S1、对海上风电功率进行预测以获取预测数据;S2、根据预测数据进行无功平衡计算得到每个时间所需无功补偿总量;S3、优化计算得到日内低压补偿设备投切计划及风电逆变器及其他动态无功补偿设备的运行工作点;S4、获取各无功补偿设备工作状态,实时检测本地母线电压;S5、实时监测动态无功补偿设备的工作状态及风电实际出力数据;本发明提供的控制方法实现了海上风电系统多动态无功补偿设备的整体协调,根据风电预测功率计算得到不同时段的系统无功需求,从系统电压水平、常规补偿设备投退次数的角度优化得到不同设备的工作点。
Description
技术领域
本发明涉及一种海上风电接入系统控制技术领域,尤指一种海上风电无功补偿协调控制方法。
背景技术
随着国家“3060”战略的提出,我国未来以风电、光伏为代表的新能源将迎来快速发展;其中,我国近海风力资源丰富,未来海上风电大规模接入后,其波动性、间歇性将对系统运行产生显著影响。
海上风电系统大多数通过海缆接入大电网,海缆充电功率较高,往往需要配置电抗以平衡交流海缆充电功率;此外,为了应对短期风速波动,还需要风电逆变器发挥一定的快速无功响应能力,如无法满足暂态电压稳定要求,则需要配置一定容量的动态无功补偿设备,尤其是在海上风电功率波动快速波动的情况下,如无法实现协调分配,需要常规固定补偿设备频繁投退,降低设备使用寿命;电网方式发生变化后,如无法保证一定的动态无功裕度,则存在一定的暂态电压失稳风险。因此,为了满足短期、中长期电压稳定,需要协调不同类型无功补偿设备的无功分配,以实现综合效益最优。
发明内容
为解决上述问题,本发明旨在公开一种海上风电接入系统控制技术领域,尤指一种海上风电无功补偿协调控制方法,从而实现海上风电接入系统无功补偿设备的协调分配,实现不同设备的优化协调,在保证系统具有足够的暂态稳定裕度的前提下实现不同设备利用率的提升。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种海上风电无功补偿协调控制方法,其特征在于,所述的控制方法主要包括以下步骤:
S1、对海上风电功率进行预测,以获取海上风电功率在规定时间内的预测数据;
S2、根据获取的海上风电功率预测数据,进行无功平衡计算得到每个时间所需无功补偿总量;
S3、根据海上风电固定低压补偿设备、风电逆变器及其他动态无功补偿设备的无功调节能力,优化计算得到日内低压补偿设备投切计划及风电逆变器及其他动态无功补偿设备的运行工作点;
S4、通过专用通信网络实时获取各无功补偿设备工作状态,并下发无功调节滚动优化指令,同时实时检测本地母线电压,在检测到本地电压超出正常范围后,风电逆变器及其他动态无功补偿设备闭锁协调控制指令,切换为就地紧急电压控制模式,以支撑系统电压快速恢复;
S5、实时监测动态无功补偿设备的工作状态及风电实际出力数据,将工作状态异常的设备剔除出无功优化的考虑范围,进行无功协调滚动优化。
优选地,所述步骤S2的无功平衡计算方式为:补偿海上风电场站内全部无功消耗及送出交流海缆无功补偿容量的一半。
优选地,所述步骤S3的其他动态无功补偿设备的动态无功包括但不限于SVC、SVG、MCR。
优选地,所述步骤S3的优化计算的结果以平均电压分布效果、常规补偿设备投退次数衡量,优化计算的最终目标综合考虑为系统的平均电压分布效果最优、常规补偿设备投退次数最少,优化计算公式如下:
平均电压分布效果公式为:其中,N为海上风电系统所需考虑母线节点数量,Ui为对应无功补偿方案下该母线节点电压,Uavg为该母线正常运行时平均电压;
综合目标计算公式为:其中,λ1、λ2为平均电压分布效果、常规补偿设备投退次数指标的权重因子,Cu、Cumin、Cumax分别为对应方案下常规补偿设备投退次数实际值、所有方案中投退次数最小值、最大值;Eu、Eumin、Eumax分别为对应方案下平均电压分布效果实际值、所有方案中平均电压分布效果最小值、最大值。
优选地,所述步骤S3的专用通信网络的通信规约包括但不限于网络104、IEC61850快速通信规约。
优选地,所述协调控制方法设有约束条件,其约束条件包括:
1)各节点母线电压在正常运行范围内;
2)系统的动态无功裕度满足电压稳定性要求,基于时域仿真扫描实现评估,保证系统发生预想扰动故障下电压保持稳定。
优选地,所述预想扰动故障包括但不限于风电机组N-1、线路N-1、短期风速扰动、电网侧发生的瞬时短路故障。
优选地,所述步骤S3的优化计算的方法包括但不限于组合法、目标分解法、启发式寻优算法。
优选地,所述步骤S4的就地紧急电压控制模式为:当中枢节点母线电压实测值超出正常运行范围时,在进入紧急控制模式后,屏蔽协调控制指令,根据动态无功补偿设备所需控制母线电压实时反馈无功输出。
本发明的有益效果体现在:本发明提供的控制方法实现了海上风电系统多动态无功补偿设备的整体协调,根据风电预测功率计算得到不同时段的系统无功需求,从系统电压水平、常规补偿设备投退次数的角度优化得到不同设备的工作点。
本发明根据海上风电功率预测数据,计算得到不同时间点的系统无功需求,结合不同设备的运行状态,优化计算得到不同时刻各无功补偿设备工作点,提升设备使用率,保证系统电压稳定特性。其中协调控制模式与电压紧急控制可兼顾,在检测到电压超出正常运行范围后,可实现紧急电压支撑。本发明在不影响原紧急电压控制系统的同时,实现了长时间尺度下海上风电接入系统无功资源的优化协调控制,提升了设备使用率和使用寿命,改善系统的电压稳定特性。
附图说明
图1为本发明的协调控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式:
一种海上风电无功补偿协调控制方法,其特征在于,所述的控制方法主要包括以下步骤:
S1、对海上风电功率进行预测,以获取海上风电功率在规定时间内的预测数据;
S2、根据获取的海上风电功率预测数据,进行无功平衡计算得到每个时间所需无功补偿总量;
S3、根据海上风电固定低压补偿设备、风电逆变器及其他动态无功补偿设备的无功调节能力,优化计算得到日内低压补偿设备投切计划及风电逆变器及其他动态无功补偿设备的运行工作点;
S4、通过专用通信网络实时获取各无功补偿设备工作状态,并下发无功调节滚动优化指令,同时实时检测本地母线电压,在检测到本地电压超出正常范围后,风电逆变器及其他动态无功补偿设备闭锁协调控制指令,切换为就地紧急电压控制模式,以支撑系统电压快速恢复;
S5、实时监测动态无功补偿设备的工作状态及风电实际出力数据,将工作状态异常的设备剔除出无功优化的考虑范围,进行无功协调滚动优化。
进一步地,所述步骤S2的无功平衡计算方式为:补偿海上风电场站内全部无功消耗及送出交流海缆无功补偿容量的一半。
进一步地,所述步骤S3的其他动态无功补偿设备的动态无功包括但不限于SVC、SVG、MCR。
进一步地,所述步骤S3的优化计算的结果以平均电压分布效果、常规补偿设备投退次数衡量,优化计算的最终目标综合考虑为系统的平均电压分布效果最优、常规补偿设备投退次数最少,优化计算公式如下:
平均电压分布效果公式为:其中,N为海上风电系统所需考虑母线节点数量,Ui为对应无功补偿方案下该母线节点电压,Uavg为该母线正常运行时平均电压;
综合目标计算公式为:其中,λ1、λ2为平均电压分布效果、常规补偿设备投退次数指标的权重因子,Cu、Cumin、Cumax分别为对应方案下常规补偿设备投退次数实际值、所有方案中投退次数最小值、最大值;Eu、Eumin、Eumax分别为对应方案下平均电压分布效果实际值、所有方案中平均电压分布效果最小值、最大值。
进一步地,所述步骤S3的专用通信网络的通信规约包括但不限于网络104、IEC61850快速通信规约。
进一步地,所述协调控制方法设有约束条件,其约束条件包括:
1)各节点母线电压在正常运行范围内;
2)系统的动态无功裕度满足电压稳定性要求,基于时域仿真扫描实现评估,保证系统发生预想扰动故障下电压保持稳定。
进一步地,所述预想扰动故障包括但不限于风电机组N-1、线路N-1、短期风速扰动、电网侧发生的瞬时短路故障。
进一步地,所述步骤S3的优化计算的方法包括但不限于组合法、目标分解法、启发式寻优算法。
进一步地,所述步骤S4的就地紧急电压控制模式为:当中枢节点母线电压实测值超出正常运行范围时,在进入紧急控制模式后,屏蔽协调控制指令,根据动态无功补偿设备所需控制母线电压实时反馈无功输出。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明的技术范围作任何限制,本行业的技术人员,在本技术方案的启迪下,可以做出一些变形与修改,凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种海上风电无功补偿协调控制方法,其特征在于,所述的控制方法主要包括以下步骤:
S1、对海上风电功率进行预测,以获取海上风电功率在规定时间内的预测数据;
S2、根据获取的海上风电功率预测数据,进行无功平衡计算得到每个时间所需无功补偿总量;
S3、根据海上风电固定低压补偿设备、风电逆变器及SVC、SVG、MCR动态无功补偿设备的无功调节能力,优化计算得到日内低压补偿设备投切计划及风电逆变器及SVC、SVG、MCR动态无功补偿设备的运行工作点;
所述的优化计算的结果以平均电压分布效果、常规补偿设备投退次数衡量,优化计算公式如下:
平均电压分布效果公式为:其中,N为海上风电系统所需考虑母线节点数量,Ui为对应无功补偿方案下该母线节点的电压,Uavg为该母线正常运行时平均电压;
综合目标计算公式为:其中,λ1、λ2为平均电压分布效果、常规补偿设备投退次数指标的权重因子,Cu、Cumin、Cumax分别为对应方案下常规补偿设备投退次数实际值、所有方案中投退次数最小值、最大值;Eu、Eumin、Eumax分别为对应方案下平均电压分布效果实际值、所有方案中平均电压分布效果最小值、最大值;
S4、通过通信网络实时获取各无功补偿设备工作状态,并下发无功调节滚动优化指令,同时实时检测本地母线电压,在检测到本地母线电压超出正常范围后,风电逆变器及SVC、SVG、MCR动态无功补偿设备闭锁协调控制指令,切换为就地紧急电压控制模式,以支撑系统电压快速恢复;
S5、实时监测动态无功补偿设备的工作状态及风电实际出力数据,将工作状态异常的设备剔除出无功优化的考虑范围,进行无功协调滚动优化。
2.根据权利要求1所述的一种海上风电无功补偿协调控制方法,其特征在于,所述步骤S2的无功平衡计算方式为:补偿海上风电场站内全部无功消耗及送出交流海缆无功补偿容量的一半。
3.根据权利要求2所述的一种海上风电无功补偿协调控制方法,其特征在于,所述步骤S3的通信网络的通信规约包括但不限于网络104、IEC61850快速通信规约。
4.根据权利要求3所述的一种海上风电无功补偿协调控制方法,其特征在于,所述协调控制方法设有约束条件,其约束条件包括:
1)各节点母线电压在正常运行范围内;
2)系统的动态无功裕度满足电压稳定性要求,基于时域仿真扫描实现评估,保证系统发生预想扰动故障下电压保持稳定。
5.根据权利要求4所述的一种海上风电无功补偿协调控制方法,其特征在于,所述预想扰动故障包括但不限于风电机组N-1、线路N-1、短期风速扰动、电网侧发生的瞬时短路故障。
6.根据权利要求5所述的一种海上风电无功补偿协调控制方法,其特征在于,所述步骤S3的优化计算的方法包括但不限于组合法、目标分解法、启发式寻优算法。
7.根据权利要求6所述的一种海上风电无功补偿协调控制方法,其特征在于,所述步骤S4的就地紧急电压控制模式为:当中枢节点母线电压实测值超出正常运行范围时,在进入紧急控制模式后,屏蔽协调控制指令,根据动态无功补偿设备所需控制母线电压实时反馈无功输出。
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