CN113765148A - 基于协调控制提升风电场站电压控制能力的方法及系统 - Google Patents

基于协调控制提升风电场站电压控制能力的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于协调控制提升风电场站电压控制能力的方法及系统，属于电力系统技术领域。本发明方法，包括：步骤1、读取风电场并网点与初始电压预设时间间隔后的电压；步骤2、确定风电场并网点初始电压与预设时间间隔后的电压的变化量，若变化量大于预设值，控制风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，若变化量小于预设值，控制风电场进入SVG的无功控制模式；步骤3、测量风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，或SVG的无功控制模式后的并网点电压，若并网点电压的值在预设阈值之间，控制风电场进入SVG无功控制模式，若并网点电压的值不在预设阈值之间，返回步骤1。本发明提升了风电场站电压控制能力及短路电流能力。

Description

基于协调控制提升风电场站电压控制能力的方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种基于协调控制提升风电场站电压控制能力的方法及系统。
背景技术
为响应“碳达峰、碳中和”目标，构建以新能源为主体的新型电力系统，风力和光伏发电近年来发展建设迅速。截至2017年中，我国风电装机达1.54亿千瓦，光伏发电装机达1.02亿千瓦，合计占全国发电装机的比例超过13％。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，不远的未来某些局部电网新能源占比可能达到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。
但是随着新能源在电网中所占比例越来越高，其对电网的影响范围也从局部逐渐扩大。新能源机组出力具有明显的间歇性和波动性，这使风电、光伏大规模接入对局部电网稳定运行带来很大压力，由此导致大规模连锁脱网事故频频发生。
目前新能源场站(风电/光伏)的主要调压措施是通过静态无功补偿装置(例如SVG或SVC)来实现，但静态无功补偿装置都是通过电力电子装置实现，具有一定的控制延时，在电力系统电压发生扰动或者故障时导致的电压突增/突减，静态无功补偿装置可能会造成无功反调，恶化系统的电压稳定水平，静态无功补偿装置适合稳态的电压调节，但是不适合暂态的快速电压控制。
同步调相机广泛应用于特高压直流换流站，给换流阀提供动态的无功补偿，由于其在电压突增/突降瞬间存在超导体闭合回路的磁链守恒效应，会对电压的突增/突减起到很好的抑制作用，同时在系统频率发生扰动时，同步调相机的转子还会给系统提供一定的惯量支撑，抑制频率的快速变化，为一次调频争取时间。
因此，如何在既兼顾实现电力系统的稳态电压调节，又能在电压突变暂态过程提供快速正确的无功响应，并且对电力系统短路电流起到提升作用，是目前亟需解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于协调控制提升风电场站电压控制能力的方法，包括：
步骤1、测量风电场并网点的初始电压，并读取风电场站控系统与调相机和SVG的通信状态，若通信状态满足预设要求，读取风电场并网点与初始电压预设时间间隔后的电压；
步骤2、确定风电场并网点初始电压与预设时间间隔后的电压的变化量，若变化量大于预设值，控制风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，若变化量小于预设值，控制风电场进入SVG的无功控制模式；
步骤3、测量风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，或SVG的无功控制模式后的并网点电压，若并网点电压的值在预设阈值之间，控制风电场进入SVG无功控制模式，若并网点电压的值不在预设阈值之间，返回步骤1。
可选的，若通信状态不满足预设要求，控制风电场进入同步调相机与SVG的本地电压闭环模式，调节并网点的无功功率，再次测量风电场并网点的初始电压。
可选的，进入同步调相机与SVG的无功控制模式，即控制同步调相机进入电压闭环控制模式，并确定同步调相机与SVG的调节功率，将调节功率下发至同步调相机与SVG进行调节，其中调节功率根据同步调相机的自发无功响应过程的无功分量及励磁调节器控制的功分量确定。
可选的，进入SVG的无功控制模式，具体为：SVG闭锁站控系统下发的电压指令，SVG进入电压闭环控制模式，并确定SVG的调节功率，并将调节功率下发给SVG进行调节。
可选的，预设阈值为0.95pu-1.05pu。
可选的，SVG与同步调相机的配比为：3:1至5:1。
本发明还提出了一种基于协调控制提升风电场站电压控制能力的系统，包括：
初始模块，测量风电场并网点的初始电压，并读取风电场站控系统与调相机和SVG的通信状态，若通信状态满足预设要求，读取风电场并网点与初始电压预设时间间隔后的电压；
第一控制模块，确定风电场并网点初始电压与预设时间间隔后的电压的变化量，若变化量大于预设值，控制风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，若变化量小于预设值，控制风电场进入SVG的无功控制模式；
第二控制模块，测量风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，或SVG的无功控制模式后的并网点电压，若并网点电压的值在预设阈值之间，控制风电场进入SVG无功控制模式，若并网点电压的值不在预设阈值之间，命令所述初始模块操作。
可选的，若通信状态不满足预设要求，控制风电场进入同步调相机与SVG的本地电压闭环模式，调节并网点的无功功率，再次测量风电场并网点的初始电压。
可选的，进入同步调相机与SVG的无功控制模式，即控制同步调相机进入电压闭环控制模式，并确定同步调相机与SVG的调节功率，将调节功率下发至同步调相机与SVG进行调节，其中调节功率根据同步调相机的自发无功响应过程的无功分量及励磁调节器控制的功分量确定。
可选的，进入SVG的无功控制模式，具体为：SVG闭锁站控系统下发的电压指令，SVG进入电压闭环控制模式，并确定SVG的调节功率，并将调节功率下发给SVG进行调节。
可选的，预设阈值为0.95pu-1.05pu。
可选的，SVG与同步调相机的配比为：3:1至5:1。
本发明可以在风电场并网点发生电压暂态骤升/骤降时协调SVG和同步调相机之间的无功分配，提升风电场并网点发生电压暂态骤升/骤降时风电场的暂态无功支撑能力，同时提升了风电场短路电流能力。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法实施例中控制原理图；
图3为本发明方法实施例中控制流程图；
图4为本发明系统的结构图。
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。
本发明提出了一种基于协调控制提升风电场站电压控制能力的方法，如图1所示，包括：
步骤1、测量风电场并网点的初始电压，并读取风电场站控系统与调相机和SVG的通信状态，若通信状态满足预设要求，读取风电场并网点与初始电压预设时间间隔后的电压；
步骤2、确定风电场并网点初始电压与预设时间间隔后的电压的变化量，若变化量大于预设值，控制风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，若变化量小于预设值，控制风电场进入SVG的无功控制模式；
步骤3、测量风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，或SVG的无功控制模式后的并网点电压，若并网点电压的值在预设阈值之间，控制风电场进入SVG无功控制模式，若并网点电压的值不在预设阈值之间，返回步骤1。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
其中控制原理如图2所示，控制流程如图3所示，控制流程包括：
步骤1，测量风电场并网点(point of common coupling，PCC)的电压Ut，读取风电场站控系统与同步调相机、SVG的通信状态，如果通信状态良好，则进入步骤(3)，否则进入步骤(2)；
步骤2，同步调相机与SVG进入本地电压闭环模式，根据风电场并网点电压Ut调节发出的无功功率，然后返回步骤(1)；
步骤3，读取风电场有功功率Pi，无功功率Qi及并网点电压Ut+Δt，并判断风电场并网点电压在Δt时间间隔内的变化量|Ut+Δt-Ut|是否大于α，如果大于α，则进入步骤(4)，如果小于α，则进入步骤(5)；
步骤4，进入同步调相机与SVG无功控制模式，同步调相机进入电压闭环控制，计算此时调相机与SVG的调节功率QSC，并下发给同步调相机、SVG进行调节，然后进入步骤(6)；调相机在故障后的动态无功响应可分为以下2个过程：①内电势不变，无功随接入的交流母线电压变化而发生变化的自发响应过程；②内电势受调相机励磁调节器控制的无功响应过程。自发无功响应过程的无功分量ΔQSC1跟随整流站母线电压变化自然产生，主要由直轴次暂态电抗X″d决定其瞬时值
Figure BDA0003181980130000051
其中，ΔUR＝UR-UR0，UR0为故障前整流站母线电压；Xtr为调相机并网变压器短路电抗；id0为调相机电流初值的d轴分量。
励磁调节器控制无功分量ΔQSC2需考虑励磁控制系统特性，实际工程中需考虑20ms的响应时间，则发生故障后无功为：
ΔQSC2＝-UR(f(t)*ΔUR)+ΔURid0
Figure BDA0003181980130000061
Figure BDA0003181980130000062
其中，KA为励磁放大倍数；T′d0为直轴暂态短路时间常数初值；X′d为直轴暂态电抗。
步骤5，进入SVG无功控制模式，SVG闭锁站控系统下发的电压指令，SVG进入电压闭环控制模式，计算此时SVG的调节功率QSVG，并下发给SVG进行调节，然后进入步骤(6)；故障期间SVG无功输出为：
Figure BDA0003181980130000063
其中，X为连接电抗器的电抗；β为电网电压矢量U1相对于SVG交流侧电压矢量的相角差。
步骤6，判断此时风电场并网点电压Ut是否在0.95pu和1.05pu之间，如果在0.95pu和1.05pu之间，则返回步骤(5)，如果不在0.95pu和1.05pu之间，则返回步骤(1)。
步骤7，为提有效升风电场无功支撑能力，降低设备投资，本发明中SVG与同步调相机容量配比为3∶1至5∶1。
本发明还提出了一种基于协调控制提升风电场站电压控制能力的系统200，如图4所示，包括：
初始模块201，测量风电场并网点的初始电压，并读取风电场站控系统与调相机和SVG的通信状态，若通信状态满足预设要求，读取风电场并网点与初始电压预设时间间隔后的电压；
第一控制模块202，确定风电场并网点初始电压与预设时间间隔后的电压的变化量，若变化量大于预设值，控制风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，若变化量小于预设值，控制风电场进入SVG的无功控制模式；
第二控制模块203，测量风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，或SVG的无功控制模式后的并网点电压，若并网点电压的值在预设阈值之间，控制风电场进入SVG无功控制模式，若并网点电压的值不在预设阈值之间，命令所述初始模块操作。
其中，若通信状态不满足预设要求，控制风电场进入同步调相机与SVG的本地电压闭环模式，调节并网点的无功功率，再次测量风电场并网点的初始电压。
其中，进入同步调相机与SVG的无功控制模式，即控制同步调相机进入电压闭环控制模式，并确定同步调相机与SVG的调节功率，将调节功率下发至同步调相机与SVG进行调节，其中调节功率根据同步调相机的自发无功响应过程的无功分量及励磁调节器控制的功分量确定。
其中，进入SVG的无功控制模式，具体为：SVG闭锁站控系统下发的电压指令，SVG进入电压闭环控制模式，并确定SVG的调节功率，并将调节功率下发给SVG进行调节。
其中，预设阈值为0.95pu-1.05pu。
其中，SVG与同步调相机的配比为：3:1至5:1。
本发明可以在风电场并网点发生电压暂态骤升/骤降时协调SVG和同步调相机之间的无功分配，提升风电场并网点发生电压暂态骤升/骤降时风电场的暂态无功支撑能力，同时提升了风电场短路电流能力。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种基于协调控制提升风电场站电压控制能力的方法，所述方法包括：
步骤1、测量风电场并网点的初始电压，并读取风电场站控系统与调相机和SVG的通信状态，若通信状态满足预设要求，读取风电场并网点与初始电压预设时间间隔后的电压；
步骤2、确定风电场并网点初始电压与预设时间间隔后的电压的变化量，若变化量大于预设值，控制风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，若变化量小于预设值，控制风电场进入SVG的无功控制模式；
步骤3、测量风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，或SVG的无功控制模式后的并网点电压，若并网点电压的值在预设阈值之间，控制风电场进入SVG无功控制模式，若并网点电压的值不在预设阈值之间，返回步骤1。
2.根据权利要求1所述的方法，所述若通信状态不满足预设要求，控制风电场进入同步调相机与SVG的本地电压闭环模式，调节并网点的无功功率，再次测量风电场并网点的初始电压。
3.根据权利要求1所述的方法，所述进入同步调相机与SVG的无功控制模式，即控制同步调相机进入电压闭环控制模式，并确定同步调相机与SVG的调节功率，将调节功率下发至同步调相机与SVG进行调节，其中调节功率根据同步调相机的自发无功响应过程的无功分量及励磁调节器控制的功分量确定。
4.根据权利要求1所述的方法，所述进入SVG的无功控制模式，具体为：SVG闭锁站控系统下发的电压指令，SVG进入电压闭环控制模式，并确定SVG的调节功率，并将调节功率下发给SVG进行调节。
5.根据权利要求1所述的方法，所述预设阈值为0.95pu-1.05pu。
6.根据权利要求1所述的方法，所述SVG与同步调相机的配比为：3:1至5:1。
7.一种基于协调控制提升风电场站电压控制能力的系统，所述系统包括：
初始模块，测量风电场并网点的初始电压，并读取风电场站控系统与调相机和SVG的通信状态，若通信状态满足预设要求，读取风电场并网点与初始电压预设时间间隔后的电压；
第一控制模块，确定风电场并网点初始电压与预设时间间隔后的电压的变化量，若变化量大于预设值，控制风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，若变化量小于预设值，控制风电场进入SVG的无功控制模式；
第二控制模块，测量风电场进入同步调相机与SVG的无功控制模式，或SVG的无功控制模式后的并网点电压，若并网点电压的值在预设阈值之间，控制风电场进入SVG无功控制模式，若并网点电压的值不在预设阈值之间，命令所述初始模块操作。
8.根据权利要求7所述的系统，所述若通信状态不满足预设要求，控制风电场进入同步调相机与SVG的本地电压闭环模式，调节并网点的无功功率，再次测量风电场并网点的初始电压。
9.根据权利要求7所述的系统，所述进入同步调相机与SVG的无功控制模式，即控制同步调相机进入电压闭环控制模式，并确定同步调相机与SVG的调节功率，将调节功率下发至同步调相机与SVG进行调节，其中调节功率根据同步调相机的自发无功响应过程的无功分量及励磁调节器控制的功分量确定。
10.根据权利要求7所述的系统，所述进入SVG的无功控制模式，具体为：SVG闭锁站控系统下发的电压指令，SVG进入电压闭环控制模式，并确定SVG的调节功率，并将调节功率下发给SVG进行调节。
11.根据权利要求7所述的系统，所述预设阈值为0.95pu-1.05pu。
12.根据权利要求7所述的系统，所述SVG与同步调相机的配比为：3:1至5:1。
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