風(fēng)電場的無功電壓控制方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力安全技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)電場的無功電壓控制方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前風(fēng)電機(jī)組的單機(jī)容量仍相對(duì)較小，大型海上風(fēng)電場一般由數(shù)十臺(tái)，甚至上百 臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組組成。典型地，大型海上風(fēng)電場由數(shù)十臺(tái)或上百臺(tái)690V風(fēng)電機(jī)組經(jīng)箱式變 升壓至10或35kV，經(jīng)10或35kV集電線路匯集至海上升壓變，并升壓至110或220kV后經(jīng)送電 線路饋入電網(wǎng)。
[0003] 對(duì)于常規(guī)電廠，由于電廠內(nèi)的機(jī)組數(shù)量較少，各機(jī)組的出力等量測均上送至調(diào)控 中心的SCADA系統(tǒng)，調(diào)控中心的EMS系統(tǒng)對(duì)電廠進(jìn)行詳細(xì)建模，AVC系統(tǒng)也直接將機(jī)組的無功 作為變量參與全網(wǎng)的電壓無功優(yōu)化計(jì)算。
[0004] 單個(gè)風(fēng)電場的裝機(jī)容量相對(duì)較小，且每個(gè)風(fēng)電場又由數(shù)十臺(tái)，甚至上百臺(tái)風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組組成，如果要在調(diào)控中心EMS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)所有風(fēng)電場的詳細(xì)建模，其數(shù)據(jù)維護(hù)的工 作量將是極其巨大的。此外，如果將每個(gè)風(fēng)電場內(nèi)每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的量測信息上送至調(diào) 控中心SCADA系統(tǒng)，對(duì)SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力也將是極大的考驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種風(fēng)電場的無功電壓控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中如果要 在調(diào)控中心EMS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)所有風(fēng)電場的詳細(xì)建模，其數(shù)據(jù)維護(hù)的工作量將是極其巨大； 將每個(gè)風(fēng)電場內(nèi)每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的量測信息上送至調(diào)控中心SCADA系統(tǒng)，對(duì)SCADA系統(tǒng)的 數(shù)據(jù)處理能力也將是極大的考驗(yàn)的技術(shù)問題。該方法包括:各風(fēng)電場的AVC子站分別對(duì)自身 所在的風(fēng)電場進(jìn)行建模，并根據(jù)建模分析自身所在風(fēng)電場的無功電壓調(diào)節(jié)能力，將分析得 到的無功電壓調(diào)節(jié)能力上報(bào)給調(diào)控中心的AVC主站;各風(fēng)電場的AVC子站分別接收由調(diào)控中 心的AVC主站發(fā)送給各自風(fēng)電場AVC子站的無功電壓定值指令，所述無功電壓定值指令是由 調(diào)控中心的AVC主站根據(jù)各風(fēng)電場的無功電壓調(diào)節(jié)能力計(jì)算得到的；各風(fēng)電場的AVC子站根 據(jù)各自的無功電壓定值指令調(diào)整自身所在風(fēng)電場的無功電壓。
[0006] 在一個(gè)實(shí)施例中，在各風(fēng)電場的AVC子站分別對(duì)自身所在的風(fēng)電場進(jìn)行建模之前， 還包括:各風(fēng)電場中升壓變壓器的高壓側(cè)由調(diào)控中心的EMS等值為機(jī)組。
[0007] 在一個(gè)實(shí)施例中，各風(fēng)電場的AVC子站根據(jù)各自的無功電壓定值指令調(diào)整自身所 在風(fēng)電場的無功電壓，包括:將無功電壓的運(yùn)行區(qū)間劃分為安全區(qū)、預(yù)警區(qū)和警戒區(qū)，分別 對(duì)安全區(qū)、預(yù)警區(qū)和警戒區(qū)設(shè)置不同的懲罰系數(shù)；調(diào)整安全區(qū)、預(yù)警區(qū)和警戒區(qū)的懲罰系 數(shù)，調(diào)整風(fēng)電場的無功電壓符合無功電壓定值指令。
[0008] 在一個(gè)實(shí)施例中，通過以下公式調(diào)整風(fēng)電場的無功電壓：
[0010] 其中，01^(63，1]，8，1'，〇(〇表示目標(biāo)函數(shù)：
是節(jié)點(diǎn)i經(jīng)相鄰支路 流出的有功功率；
：是節(jié)點(diǎn)i經(jīng)相鄰支路流出的無功功率;Qci是節(jié)點(diǎn)i機(jī) 組無功注入;是節(jié)點(diǎn)i機(jī)組無功注入下限； 是節(jié)點(diǎn)i機(jī)組無功注入上限;是節(jié)點(diǎn)i并聯(lián) 補(bǔ)償電納；P是節(jié)點(diǎn)i并聯(lián)補(bǔ)償電納下限；瓦是節(jié)點(diǎn)i并聯(lián)補(bǔ)償電納上限;Tk是有載調(diào)壓繞組k的標(biāo)么變比;是有載調(diào)壓繞組k的標(biāo)么變比下限；η是有載調(diào)壓繞組k的標(biāo)么變比上限； eck是有載調(diào)壓繞組k中間虛擬點(diǎn)的電壓實(shí)部;ejk是有載調(diào)壓繞組k末端節(jié)點(diǎn)j的電壓實(shí)部； fck是有載調(diào)壓繞組k中間虛擬點(diǎn)的電壓虛部;心15是有載調(diào)壓繞組k末端節(jié)點(diǎn)j的電壓虛部； 匕為壓縮后的電壓上限;^為壓縮后的電壓下限；Sl為節(jié)點(diǎn)i引入的松弛量，表示節(jié)點(diǎn)電壓 越限量;w表示在目標(biāo)函數(shù)中對(duì)電壓越限進(jìn)行懲罰的懲罰系數(shù);Ui表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值的 平方;&表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值下限；朽表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值上限；^表示節(jié)點(diǎn)i的電壓相 量實(shí)部;fi表示節(jié)點(diǎn)i的電壓相量虛部;Pci表示節(jié)點(diǎn)i的電源有功注入;Pu表示節(jié)點(diǎn)i的有功 負(fù)荷;QLi表示節(jié)點(diǎn)i的無功負(fù)荷;SN為所有拓?fù)潼c(diǎn)的集合;Sc為所有機(jī)端拓?fù)潼c(diǎn)的集合;Sc為 并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的集合;ST為變壓器有載調(diào)壓抽頭的集合。
[0011] 在一個(gè)實(shí)施例中，還包括:通過以下公式對(duì)各風(fēng)電場的無功電壓進(jìn)行校正：
[0013] 其中，B為導(dǎo)納矩陣各元素虛部構(gòu)成的矩陣，與導(dǎo)納矩陣具有相同的稀疏性結(jié)構(gòu)； AQg為拓?fù)潼c(diǎn)電源總無功注入變化量；目標(biāo)函數(shù)f(AQG，AV，S)取為半正定二次函數(shù);SN為 所有拓?fù)潼c(diǎn)的集合;Sc為所有機(jī)端拓?fù)潼c(diǎn)的集合；△V是電壓變化向量；△QCi是機(jī)組無功注 入變化向量；A^Cl是機(jī)組無功注入變化下限向量；Δ0("是機(jī)組無功注入變化上限向量;S是 松弛變量；AVl是節(jié)點(diǎn)i的電壓變化量；是節(jié)點(diǎn)i壓縮后的允許電壓變化下限；ΔΕ是節(jié) 點(diǎn)i壓縮后的允許電壓變化上限。
[0014] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種風(fēng)電場的無功電壓控制裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中如果 要在調(diào)控中心EMS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)所有風(fēng)電場的詳細(xì)建模，其數(shù)據(jù)維護(hù)的工作量將是極其巨 大;將每個(gè)風(fēng)電場內(nèi)每臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的量測信息上送至調(diào)控中心SCADA系統(tǒng)，對(duì)SCADA系 統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力也將是極大的考驗(yàn)的技術(shù)問題。該裝置包括:建模分析模塊，用于對(duì)AVC 子站自身所在的風(fēng)電場進(jìn)行建模，并根據(jù)建模分析自身所在風(fēng)電場的無功電壓調(diào)節(jié)能力， 將分析得到的無功電壓調(diào)節(jié)能力上報(bào)給調(diào)控中心的AVC主站;接收模塊，用于接收由調(diào)控中 心的AVC主站發(fā)送給各自風(fēng)電場AVC子站的無功電壓定值指令，所述無功電壓定值指令是由 調(diào)控中心的AVC主站根據(jù)各風(fēng)電場的無功電壓調(diào)節(jié)能力計(jì)算得到的；電壓控制模塊，用于各 風(fēng)電場的AVC子站根據(jù)各自的無功電壓定值指令調(diào)整自身所在風(fēng)電場的無功電壓。
[0015] 在一個(gè)實(shí)施例中，在各風(fēng)電場的AVC子站分別對(duì)自身所在的風(fēng)電場進(jìn)行建模之前， 各風(fēng)電場中升壓變壓器的高壓側(cè)由調(diào)控中心的EMS等值為機(jī)組。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述電壓控制模塊，包括:劃分單元，用于將無功電壓的運(yùn)行區(qū) 間劃分為安全區(qū)、預(yù)警區(qū)和警戒區(qū)，分別對(duì)安全區(qū)、預(yù)警區(qū)和警戒區(qū)設(shè)置不同的懲罰系數(shù)； 控制單元，用于調(diào)整安全區(qū)、預(yù)警區(qū)和警戒區(qū)的懲罰系數(shù)，調(diào)整風(fēng)電場的無功電壓符合無功 電壓定值指令。
[0017] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述控制單元，具體通過以下公式調(diào)整風(fēng)電場的無功電壓：
[0019] 其中，01^(6 4，1]，8，1'，〇(〇表示目標(biāo)函數(shù)；
是節(jié)點(diǎn)i經(jīng)相鄰支路 流出的有功功率：
是節(jié)點(diǎn)i經(jīng)相鄰支路流出的無功功率;Qci是節(jié)點(diǎn)i機(jī) 組無功注入;是節(jié)點(diǎn)i機(jī)組無功注入下限；是節(jié)點(diǎn)i機(jī)組無功注入上限;Β:是節(jié)點(diǎn)i并聯(lián) 補(bǔ)償電納辦是節(jié)點(diǎn)i并聯(lián)補(bǔ)償電納下限辦是；瓦是節(jié)點(diǎn)i并聯(lián)補(bǔ)償電納上限;Tk是有載調(diào) 壓繞組k的標(biāo)么變比;辦是有載調(diào)壓繞組k的標(biāo)么變比下限是；是有載調(diào)壓繞組k的標(biāo)么變 比上限；eck是有載調(diào)壓繞組k中間虛擬點(diǎn)的電壓實(shí)部;ejk是有載調(diào)壓繞組k末端節(jié)點(diǎn)j的電 壓實(shí)部;fck是有載調(diào)壓繞組k中間虛擬點(diǎn)的電壓虛部;仏是有載調(diào)壓繞組k末端節(jié)點(diǎn)j的電 壓虛部；為壓縮后的電壓上限;Yu為壓縮后的電壓下限；Sl為節(jié)點(diǎn)i引入的松弛量，表示 節(jié)點(diǎn)電壓越限量;w表示在目標(biāo)函數(shù)中對(duì)電壓越限進(jìn)行懲罰的懲罰系數(shù);Ui表示節(jié)點(diǎn)i的電 壓幅值的平方$表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值下限；R表示節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值上限；示節(jié)點(diǎn)i 的電壓相量實(shí)部;fi表示節(jié)點(diǎn)i的電壓相量虛部;Pci表示節(jié)點(diǎn)i的電源有功注入;Qci表示節(jié)點(diǎn) i的電源無功注入;？^表示節(jié)點(diǎn)i的有功負(fù)荷;(^表示節(jié)點(diǎn)i的無功負(fù)荷;并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備i 的并聯(lián)電納;Tk為變壓器有載調(diào)壓抽頭k的標(biāo)么變比；SN為所有拓?fù)潼c(diǎn)的集合;SC為所有機(jī)端 拓?fù)潼c(diǎn)的集合;&為并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的集合;ST為變壓器有載調(diào)壓抽頭的集合。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，還包括:電壓校正模塊，用于通過以下公式對(duì)各風(fēng)電場的無功電 壓進(jìn)行校正：
[0022] 其中，B為導(dǎo)納矩陣各元素虛部構(gòu)成的矩陣，與導(dǎo)納矩陣具有相同的稀疏性結(jié)構(gòu)； AQg為拓?fù)潼c(diǎn)電源總無功注入變化量；目標(biāo)函數(shù)f(AQG，AV，S)取為半正定二次函數(shù);S