風電場集群式靜止型無功補償裝置控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于電網(wǎng)智能控制領域，涉及一種風電場集群式靜止型無功補償裝置控制 方法。
【背景技術】
[0002] 隨著風電場并網(wǎng)容量的增加，風電的注入改變了局部電網(wǎng)的潮流分布，而風電的 特點是波動性和間歇性，從而對局部電網(wǎng)的電壓質量和穩(wěn)定性產(chǎn)生很大的影響，并降低電 壓穩(wěn)定性。為了維持電壓穩(wěn)定性，必須在每個風電場和變電站安裝足夠容量的動態(tài)無功補 償裝置。
[0003] 靜止型無功補償裝置（以下稱SVC)是一種廣泛應用于風電場的無功補償裝置。單 臺SVC的基本控制方式包括定電壓控制、定無功控制等。SVC在容性和感性范圍內連續(xù)可 調，響應速度快，從而能夠實現(xiàn)電壓和無功兩個參數(shù)的綜合控制。
[0004] SVC的基本原理和控制方式介紹如下：
[0005] 1 SVC的基本原理
[0006] SVC是一種并聯(lián)無功發(fā)生器或吸收器，能夠調節(jié)容性或感性無功功率，以維持或控 制特定的電力系統(tǒng)參數(shù)（如母線電壓）。SVC的主要功能是快速調節(jié)動態(tài)無功功率，以維持 電壓水平、消除電壓閃變、抑制系統(tǒng)振蕩等。常用的SVC有不同的形式，其中，晶閘管控制電 抗器（TCR)型的SVC是應用最廣泛的無功
[0007] TCR型SVC主要由濾波器組、晶閘管閥組和控制器等組成。當晶閘管的觸發(fā)角改變 時，流經(jīng)電抗器的電流會相應地改變，以控制補償功率。電抗器的基波電流為：
[0009] 其中，
[0010] α為觸發(fā)角；
[0011] ω為電源的額定角頻率；
[0012] XR= c〇L為電抗器的基波電抗值，單位是Ω。
[0013] 2.SVC的控制方式
[0014] 單機SVC的常用控制方式包括定電壓控制、定無功控制、定功率因數(shù)控制，以及輔 助控制，例如慢速導納控制、三相不平衡控制、過壓欠壓控制、TCR過流控制、附加阻尼控制 等。
[0015] 目前，對單臺SVC的基本控制方式的研究已經(jīng)相當成熟，但是，尚缺乏多臺互聯(lián)的 SVC，即集群式SVC的綜合控制方法。

【發(fā)明內容】

[0016] 為彌補現(xiàn)有SVC控制方法的不足，本發(fā)明提出了一種風電場集群式靜止型無功補 償裝置控制方法，該方法包括以下步驟：
[0017] S1數(shù)據(jù)獲取
[0018] 通過SVC的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)獲取各個風電機組運行時實時的U、P、Q數(shù) 據(jù)，并將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送至集中控制端；
[0019] S2數(shù)據(jù)分析判斷
[0020] 集中控制端根據(jù)步驟S1獲取的U、P、Q數(shù)據(jù)，計算得到無功功率的實時優(yōu)化值％ΡΤ; 對比分析無功功率優(yōu)化值9^與實時無功功率Q ，確定無功補償設備的調節(jié)行為，并發(fā)送 調節(jié)指令；
[0021] S3SVC 調節(jié)
[0022] SVC根據(jù)步驟S2發(fā)送的調節(jié)指令進行調控并重復步驟S1。
[0023] 步驟S2所述無功功率的實時優(yōu)化值(VT的計算方法為：
[0025] 其中，Qi為各節(jié)點無功功率。
[0026] 步驟S2還包括：對比分析變壓器的實時電壓U"t和目標值U"f之間的偏差土 AU， 確定SVC對所連接變壓器分接頭的調節(jié)行為。
[0027] 步驟S2所述調節(jié)指令為：
[0028] 當QQPT>Qrat時，發(fā)出SVC增大無功輸出量的指令，直至
[0029] 當QQPT〈Qrat時，發(fā)出SVC減小無功輸出量的指令，直至

[0030] 步驟S2所述調節(jié)指令還包括：
[0031] 當U"t〈Uraf時，發(fā)出SVC控制下調變壓器的分接頭的指令，直至
[0032] 當Urat>Uraf時，發(fā)出SVC控制上調變壓器的分接頭的指令，直至
[0033] 其中，Uref根據(jù)用戶實際需要設定。
[0034] 步驟S2還包括：對比分析實時電壓Uret和實時功率Pret與它們的臨界值Ucrit 和Pcrit，確保在整個調節(jié)過程中，Uret和Pret不超過它們的臨界值Ucrit和Pcrit。
[0035] 本發(fā)明所述控制方法具有如下優(yōu)點：
[0036] 1.綜合考慮了具有不同控制特性的設備，將整個系統(tǒng)的電壓控制方式集中到一個 控制系統(tǒng)中，動態(tài)優(yōu)化各個風電場中的SVC的設置，統(tǒng)一協(xié)調具有動態(tài)調整能力的無功補 償設備，并根據(jù)在線信息發(fā)出綜合控制指令；
[0037] 2.對系統(tǒng)結構和負荷變化有很強的適應性，通過盡最大程度的優(yōu)化電網(wǎng)的無功潮 流，來提高安全和穩(wěn)定極限已經(jīng)輸送能力，并降低網(wǎng)絡損耗；
[0038] 3.可以提高向外傳輸?shù)哪芰O限，以充分發(fā)揮風電場的發(fā)電能力；
[0039] 4.使SVC能夠向電網(wǎng)提供必要的無功支持，以便于在電網(wǎng)故障時，幫助電網(wǎng)恢復。
【附圖說明】
[0040] 圖1為風電場集群式SVC控制方法流程圖；
[0041] 圖2為當SVC未投運時，在500kV變電站附近發(fā)生三相短路故障時的電壓；
[0042] 圖3為當SVC以定電壓控制方式投運時，在500kV變電站附近發(fā)生三相短路故障 時的電壓。 具體實施例
[0043] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖，對本發(fā)明進 一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本 發(fā)明。
[0044] 本申請發(fā)明人根據(jù)經(jīng)濟電壓差，創(chuàng)新性的提出了集群式SVC的思想、調節(jié)方式和 過程，并以電網(wǎng)無功損耗最小為主要目標、以功率因數(shù)最大為次要目標、以電壓的上下限為 約束條件，建立了一個多目標優(yōu)化模型。然后，發(fā)明人提出了風電場中集群式SVC的控制方 式，集群式SVC根據(jù)整個系統(tǒng)的信息，同時控制多個地點的電壓調節(jié)設備。最后，本申請針 對并入電網(wǎng)的風電場中的集群式SVC進行了穩(wěn)態(tài)潮流計算和暫態(tài)電壓穩(wěn)定性計算，分析了 仿真結果，并得出了風電場中集群式SVC的集中控制的結論。
[0045] 對于多臺互聯(lián)SVC，可以對上述的控制方式及其它控制策略和理論進行優(yōu)化和組 合，以形成綜合優(yōu)化控制策略。所述綜合優(yōu)化控制策略是指優(yōu)先考慮受電壓上下限約束的 經(jīng)濟電壓差的策略
[0046] 集群式SVC的集中控制：
[0047] 風電場中的集群式SVC的集中控制方式是指，根據(jù)整個系統(tǒng)的信息同時對多個地 點的電壓調節(jié)設備進行控制的方式。在這種情況下，要綜合考慮具有不同控制特性的設備， 將整個系統(tǒng)的電壓控制方式集中到一個控制系統(tǒng)中，動態(tài)優(yōu)化各個風電場中的SVC的設 置，統(tǒng)一協(xié)調具有動態(tài)調整能力的無功補償設備，并根據(jù)在線信息發(fā)出綜合控制指令。集中 控制系統(tǒng)的特點是對系統(tǒng)結構和負荷變化有很強的適應性，通過盡最大程度的優(yōu)化電網(wǎng)的 無功潮流，來提高安全和穩(wěn)定極限已經(jīng)輸送能力，并降低網(wǎng)絡損耗。
[0048] 集群式SVC的控制調節(jié)方式為：
[0049] 1)將定電壓控制作為主控制目標，以維持變電站電壓在合格的范圍內；
[0050] 2)在風電場的發(fā)電能力不受向外傳輸能力的限制時，應用無功網(wǎng)損優(yōu)化的控制方 式，發(fā)揮剩余的能力，以發(fā)出無功功率，并降低由無功不平衡引起的損耗。
[0051] 基于經(jīng)濟電壓差的無功功率和電壓優(yōu)化方法為：
[0052] 集群式SVC的集中控制根據(jù)經(jīng)濟電壓差對無功功率和電壓進行優(yōu)化。經(jīng)濟電壓差 是指維持輸電線路的無功功率分點在線路中點時，線路兩端的電壓差值。在電壓約束下，電 網(wǎng)的每條線路都有無功功率分點，并保證每條線路的無功分點都位于中點處。在經(jīng)濟電壓 差支持下，線路只服從由電阻中的有功功率引起的電壓降，其中電壓降為：
[0054] 其中：P為線路負荷；
[0055] 電壓維持最好的質量，由線路中無功功率傳輸引起的有功損耗最小，是無功分點 在首端或末端時的有功損耗的四分之一，同時連接線路兩端的主變壓器的有功損耗之和最 小或接近最小。
[0056] 由于變電站中的集群式SVC的控制系統(tǒng)只能控制相鄰幾個風電場中的SVC，所以 必須對網(wǎng)絡計算進行簡化，以便于計算部分網(wǎng)絡中優(yōu)化的無功功率和電壓。
[0057] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，一種如圖1所示的風電場集群式靜止型無功補償裝置 控制方法，該方法包括以下步驟：
[0058] S1數(shù)據(jù)獲取
[0059] 通過SVC的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)獲取各個風電機組運行時實時的U、P、Q數(shù) 據(jù)，并將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送至集中控制端；發(fā)送的方式可以是有線網(wǎng)絡通訊或無線網(wǎng)絡通訊 或通訊線連接方式。
[0060] S2數(shù)據(jù)分析判