利用大型風(fēng)電場(chǎng)statcom集中分層分散協(xié)調(diào)控制提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過大型風(fēng)電場(chǎng)靜止同步補(bǔ)償器（StaticSynchronous Compensator，STATCOM)集中分層分散協(xié)調(diào)控制提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，屬于電力系統(tǒng) 安全穩(wěn)定控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)風(fēng)電機(jī)組投產(chǎn)不斷加速，風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模不斷增大。為平抑風(fēng)速的間歇性、隨機(jī) 性變化引起的風(fēng)電場(chǎng)接入點(diǎn)的無(wú)功電壓快速波動(dòng)，風(fēng)電場(chǎng)須根據(jù)規(guī)定配置容量為其總裝機(jī) 容量20%~25%的STATCOM。隨著風(fēng)電場(chǎng)的興建，STATCOM總配置容量越來(lái)越可觀。在風(fēng) 電機(jī)組自身的無(wú)功調(diào)節(jié)能力加上靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的無(wú)功調(diào)節(jié)能力已能滿足無(wú)功電壓調(diào) 節(jié)的時(shí)段中，STATCOM將主要處于"休眠"狀態(tài)。如果能充分挖掘和利用這些潛在的STATCOM 資源，基于其快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和多相限調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，將其納入到電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào) 控制機(jī)制中，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供積極支撐，這對(duì)提升電網(wǎng)消納可再生能 源的能力、增加關(guān)鍵斷面的電力送出、實(shí)現(xiàn)風(fēng)電和水電的互惠共贏、創(chuàng)新現(xiàn)有的電網(wǎng)控制技 術(shù)具有重要意義，且具有可觀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
[0003] 目前已發(fā)表的論文和公開的專利主要涉及STATCOM在單一風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)控 制，顯有從電網(wǎng)的視角探討多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)STATCOM的協(xié)調(diào)控制以及參與電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的 發(fā)明和成果。本發(fā)明旨在填補(bǔ)此方面的空白。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出了一種通過大型風(fēng)電場(chǎng)STATCOM集中分層分散協(xié)調(diào)控制提高電力系 統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，其目的在于挖掘和利用多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)處于"休眠"狀態(tài)的STATCOM資源，發(fā) 揮其快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和多相限調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，參與電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng) 電場(chǎng)和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定支撐，從而提升電網(wǎng)對(duì)可再生能源的消納、增加關(guān)鍵斷面的電力送 出、實(shí)現(xiàn)風(fēng)電和水電的互惠共贏、創(chuàng)新現(xiàn)有的電網(wǎng)控制技術(shù)。
[0005] 利用大型風(fēng)電場(chǎng)STATCOM集中分層分散協(xié)調(diào)控制提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法，其 技術(shù)方案如下：
[0006] 1).集中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一一省級(jí)主站；該系統(tǒng)從整個(gè)主網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行角度出發(fā)，完成以下兩項(xiàng)重要任務(wù)；
[0007] (1)各風(fēng)電場(chǎng)在地區(qū)電網(wǎng)關(guān)鍵接入點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率和電壓的協(xié)調(diào)控制。集中協(xié) 調(diào)控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口獲取EMS/SCADA系統(tǒng)的主網(wǎng)穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率和電壓分布數(shù)據(jù)，提取 各大型風(fēng)電場(chǎng)在地區(qū)電網(wǎng)的關(guān)鍵接入點(diǎn)的無(wú)功功率和電壓數(shù)據(jù)；依據(jù)電力調(diào)度中心下達(dá)的 關(guān)鍵接入點(diǎn)的無(wú)功電壓曲線、各風(fēng)電場(chǎng)除其STATCOM外的無(wú)功補(bǔ)償情況，計(jì)算關(guān)鍵接入點(diǎn) 的無(wú)功偏差；根據(jù)關(guān)鍵接入點(diǎn)的無(wú)功偏差，并按照無(wú)功就地平衡的原則，由近及遠(yuǎn)地為接入 點(diǎn)變電站的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、各風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組、風(fēng)電場(chǎng)升壓站的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備 依次協(xié)調(diào)分配無(wú)功補(bǔ)償容量；通過數(shù)據(jù)接口由EMS/AVC向相關(guān)設(shè)備下達(dá)無(wú)功調(diào)節(jié)指令，并 監(jiān)視執(zhí)行結(jié)果；僅在以上調(diào)節(jié)后仍不能滿足要求時(shí)，才依次向各風(fēng)電場(chǎng)的STATCOM下達(dá)無(wú) 功調(diào)節(jié)指令，使其參與穩(wěn)態(tài)無(wú)功功率和電壓的調(diào)節(jié)，應(yīng)主要將STATCOM的無(wú)功補(bǔ)償容量留 給動(dòng)態(tài)無(wú)功功率補(bǔ)償用；
[0008] (2)各風(fēng)電場(chǎng)所接入的地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)部及之間的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。集中協(xié)調(diào)控制系 統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口獲取WAMS/PMU系統(tǒng)的主網(wǎng)主要送電通道和關(guān)鍵斷面的潮流數(shù)據(jù)，提取與 各大型風(fēng)電場(chǎng)所接入地區(qū)電網(wǎng)相關(guān)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析記錄；依據(jù)電力調(diào)度中心下達(dá)的各風(fēng) 電場(chǎng)所在地區(qū)電網(wǎng)送電通道和斷面的穩(wěn)定極限和控制極限，計(jì)算這些通道和斷面充裕度； 比較并選擇出充裕度小于一定限值的通道和斷面，接收相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)STATCOM附加阻尼控制 器的參數(shù)調(diào)整情況，計(jì)算地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)部及地區(qū)電網(wǎng)之間振蕩模式大擾動(dòng)和小擾動(dòng)阻尼比的 提升情況，實(shí)時(shí)報(bào)知省調(diào)和地調(diào)運(yùn)行值班調(diào)度員；
[0009] 2).分層協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一一區(qū)域主站。該系統(tǒng)服從集中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的管理，完成 集中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)力所不能的較為具體的任務(wù)，包括以下兩項(xiàng)任務(wù)；
[0010] (1)各風(fēng)電場(chǎng)STATCOM附加阻尼控制策略的協(xié)調(diào)控制。分層協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)采用與 集中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)不同的專用高速PMU通信通道，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)所在地區(qū)電網(wǎng)的主要送電通道 和關(guān)鍵斷面的潮流數(shù)據(jù)進(jìn)行接近實(shí)時(shí)性的采集和收集；對(duì)潮流數(shù)據(jù)從時(shí)域和頻域的角度進(jìn) 行接近實(shí)時(shí)性的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析計(jì)算，給出相關(guān)振蕩模式的參數(shù)以及參與機(jī)組或機(jī)群；判 斷相關(guān)振蕩模式的阻尼比是否超標(biāo)；如果發(fā)現(xiàn)阻尼比超標(biāo)的相關(guān)振蕩模式，則確定相關(guān)地 區(qū)電網(wǎng)，并根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的風(fēng)電場(chǎng)STATCOM安全穩(wěn)定策略，向指定風(fēng)電場(chǎng)的STATCOM發(fā)送 附加阻尼控制的參數(shù)調(diào)整指令；實(shí)時(shí)監(jiān)視指定風(fēng)電場(chǎng)STATCOM對(duì)附加阻尼控制指令的執(zhí)行 情況，繼續(xù)對(duì)潮流數(shù)據(jù)從時(shí)域和頻域的角度進(jìn)行接近實(shí)時(shí)性的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析計(jì)算，進(jìn)行 計(jì)算結(jié)果的判斷校核；將以上數(shù)據(jù)收集、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定計(jì)算分析、風(fēng)電場(chǎng)STATCOM附加阻尼協(xié)調(diào) 控制的所有信息發(fā)送給集中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，并接收集中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的高層指令；
[0011] ⑵各風(fēng)電場(chǎng)所接入的地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)部暫態(tài)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。分層協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)通過數(shù) 據(jù)接口獲取PMU系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的地區(qū)電網(wǎng)重要發(fā)電機(jī)的功角數(shù)據(jù)，著重提取地區(qū)電網(wǎng)在大 擾動(dòng)下的重要發(fā)電機(jī)暫態(tài)穩(wěn)定性的記錄；依據(jù)電力調(diào)度中心下達(dá)的各風(fēng)電場(chǎng)所在地區(qū)電網(wǎng) 送電通道和斷面的穩(wěn)定極限和控制極限，綜合計(jì)算地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性的安全裕度；監(jiān)視 和比較相關(guān)風(fēng)電場(chǎng)STATCOM在地區(qū)電網(wǎng)大擾動(dòng)下對(duì)暫態(tài)功角穩(wěn)定和暫態(tài)電壓穩(wěn)定的支撐 情況，實(shí)時(shí)報(bào)知省調(diào)和地調(diào)運(yùn)行值班調(diào)度員；
[0012] 3).分散協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一一執(zhí)行子站。該系統(tǒng)在服從以上兩級(jí)即集中和分層協(xié)調(diào) 控制系統(tǒng)的管理的同時(shí)，發(fā)揮其實(shí)時(shí)和快速的優(yōu)勢(shì)，獨(dú)立、就地完成與地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性 相關(guān)的協(xié)調(diào)控制，包括以下兩項(xiàng)任務(wù)；
[0013] (1)大型風(fēng)電場(chǎng)STATCOM對(duì)所接入地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)功角穩(wěn)定和暫態(tài)電壓穩(wěn)定的支撐 協(xié)調(diào)控制。分散協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集接入點(diǎn)的有功功率、無(wú)功功率和電壓的數(shù)據(jù)；根據(jù)采 樣數(shù)據(jù)和風(fēng)電場(chǎng)STATCOM的當(dāng)前運(yùn)行工況，從風(fēng)電場(chǎng)STATCOM的暫態(tài)控制策略庫(kù)中選取相 應(yīng)的暫態(tài)控制策略，并傳送給STATCOM予以執(zhí)行；在大擾動(dòng)時(shí)，須特別實(shí)時(shí)判斷暫態(tài)無(wú)功功 率和暫態(tài)電壓是否超標(biāo)，并記錄相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)；準(zhǔn)實(shí)時(shí)地將運(yùn)行數(shù)據(jù)發(fā)送到分層協(xié)調(diào)控制 系統(tǒng)，必要時(shí)傳送到集中協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；
[0014] (2)大型風(fēng)電場(chǎng)STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償量與升壓站靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備穩(wěn)態(tài)無(wú)功補(bǔ) 償量的置換協(xié)調(diào)控制；在地區(qū)電網(wǎng)發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)STATCOM的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償量快速 調(diào)整，對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定和暫態(tài)電壓穩(wěn)定提供支撐。當(dāng)大擾動(dòng)消失后，地區(qū)電網(wǎng)的 運(yùn)行方式很可能發(fā)生了變化，而為適應(yīng)運(yùn)行方式的變化，風(fēng)電場(chǎng)STATCOM的無(wú)功補(bǔ)償量可 能仍維持在大擾動(dòng)消失后的水平，此時(shí)，如果再發(fā)生新的大擾動(dòng)，風(fēng)電場(chǎng)STATCOM將無(wú)容量 對(duì)新的大擾動(dòng)進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性支撐；故在大擾動(dòng)消失后，分散協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將協(xié)調(diào)控制風(fēng) 電場(chǎng)STATCOM和升壓站靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，將STATCOM的已趨于穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償量用 靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的穩(wěn)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償量進(jìn)行置換，使STATCOM的可用容量恢復(fù)到較高水平， 以應(yīng)對(duì)可能發(fā)生的新的大擾動(dòng)。
[0015] 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于，挖掘和利用多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)處于"休眠"狀態(tài)的STATCOM資源，發(fā)揮 其快速響應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)和多相限調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)，參與電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電 場(chǎng)和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定支撐，從而提升電網(wǎng)對(duì)可再生能源的消納、增加關(guān)鍵斷面的電力送出、 實(shí)現(xiàn)風(fēng)電和水電的互惠共贏、創(chuàng)新現(xiàn)有的電網(wǎng)控制技術(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為大型風(fēng)電場(chǎng)STATCOM集中分層分散協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)自上而下方式的結(jié)構(gòu)圖。
[0017] 圖2為穩(wěn)態(tài)無(wú)功/電壓協(xié)調(diào)控制模塊策略流程圖。
[0018] 圖3為STATCOM附加阻尼協(xié)調(diào)控制監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊功能流程圖。
[0019] 圖4為風(fēng)電場(chǎng)STATCOM附加阻尼協(xié)調(diào)控制模塊策略流程圖。
[0020] 圖5為地區(qū)電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警模塊功能流程圖。
[0021] 圖6為風(fēng)電場(chǎng)STATCOM暫態(tài)功角和暫態(tài)電壓穩(wěn)定協(xié)調(diào)控制模塊策略流程圖。
[0022] 圖7為STATCOM動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償量與靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償量置換控制模塊策略流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 通過大型風(fēng)電場(chǎng)STATCOM集中分層分散協(xié)調(diào)控制提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法可 通過自上而下或自下而上兩種方式具體實(shí)施，本發(fā)明以自上而下方式為例進(jìn)行說(shuō)明（系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)圖如圖1所示），自下而上方式可以此類推。自上而下的實(shí)施方式遵循以下步驟。
[0024]