不同時間尺度下多目標協(xié)調(diào)分散風電場無功優(yōu)化控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于不同時間尺度下多目標協(xié)調(diào)的分散式風電場無功優(yōu)化控制方法，根據(jù)不同的時間尺度選擇不同控制目標：針對毫秒級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)以機組變流器的瞬間最大無功支撐能力為目標；針對秒級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)以電壓偏差最小、短時閃變最小為綜合優(yōu)化目標；針對分鐘級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)以有功網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標。并且通過調(diào)節(jié)無功功率來實現(xiàn)多目標的無功優(yōu)化控制。采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，可以使分散式風電場安全、經(jīng)濟的運行，合理的無功分布可以降低網(wǎng)損、提高機組變流器的瞬間最大無功支撐和電能質(zhì)量并保證電網(wǎng)正常的運行。
【專利說明】不同時間尺度下多目標協(xié)調(diào)分散風電場無功優(yōu)化控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在分散式風電場無功優(yōu)化控制中不同時間尺度下多目標電壓控制方法，屬于風電場并網(wǎng)運行無功電壓控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家對可再生能源發(fā)電的高度重視，風電已成為具有規(guī)?；_發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的新能源。但風電作為電源具有隨機性和間歇性，隨著更多大容量風電場的投入運行，風電并網(wǎng)等技術(shù)問題越來越突出，集中式大電網(wǎng)對負荷變化的適應(yīng)能力差，運行不夠靈活。在此背景下，國家提出了發(fā)展分散式風電的政策。
[0003]分散式發(fā)電形式相比于集中式發(fā)電有以下特點:1、單機容量小，多機成組并列，逐級升壓送入主電網(wǎng)，發(fā)電設(shè)備眾多，控制復(fù)雜；2、一般接入原有配電網(wǎng)，接近用戶終端，易于本地消納；3、風電滲透率增加，潮流雙向流動，風電的隨機波動性將引起電網(wǎng)電壓和頻率不穩(wěn)定問題。由此看來，針對分散式風電的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、調(diào)度、安全運行等問題已成為迫切需要解決、深入研究的一系列基礎(chǔ)科學(xué)問題。
[0004]無功優(yōu)化問題實質(zhì)上就是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)及負荷情況給定時，通過對某些控制變量的優(yōu)化，所能找到的在滿足所有指定約束條件的前提下，使系統(tǒng)的某一個或多個性能指標達到最優(yōu)時的無功調(diào)節(jié)手段。對電網(wǎng)進行無功優(yōu)化可以控制電壓水平和降低有功損耗等，從而改善電能質(zhì)量。
[0005]針對風電場的無功控制及優(yōu)化研究，已提出了不少的優(yōu)化方法。對大規(guī)模風電場接入電網(wǎng)的無功電壓穩(wěn)定控制，抑制系統(tǒng)擾動引起的接入點電壓波動，設(shè)計靈敏度信息動態(tài)調(diào)節(jié)矩陣來調(diào)節(jié)風電場輸出無功功率進行無功優(yōu)化；綜合考慮雙饋風力發(fā)電機的運行效率和性能，從勵磁電流的不同組合優(yōu)化選擇、變流器容量的合理配置及充分發(fā)揮變流器無功調(diào)節(jié)能力的角度出發(fā)，設(shè)計利于工程實施的風力發(fā)電機組新型無功優(yōu)化控制策略；考慮風電場內(nèi)各臺風機功率分配的風電場無功功率綜合協(xié)調(diào)控制策略等。這些方法都可以實現(xiàn)風場的無功優(yōu)化。
[0006]但針對于分散式無功優(yōu)化問題，現(xiàn)在國內(nèi)外的研究很少，提出的無功優(yōu)化的目標函數(shù)多為單目標函數(shù)，不能很好的進行無功優(yōu)化；極少的研究為多目標函數(shù)，并且是在同一時間周期下進行無功優(yōu)化，導(dǎo)致設(shè)備的頻繁調(diào)節(jié)，增加系統(tǒng)的運行成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明目的
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種分散式風電場無功優(yōu)化控制中按時間進行分層的多目標電壓控制方法，其建立不同時間尺度下的多目標函數(shù)，其目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的不能有效控制電壓、設(shè)備的調(diào)節(jié)頻繁和系統(tǒng)運行成本高的問題。
[0009]技術(shù)方案
[0010]根據(jù)分散式風電場的特點，提出了不同時間尺度下的多目標無功優(yōu)化方法:針對毫秒級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)以機組變流器的瞬間最大無功支撐能力為目標；針對秒級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)以電壓偏差最小、短時閃變最小為綜合優(yōu)化目標；針對分鐘級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)以有功網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標。
[0011]一種不同時間尺度下多目標協(xié)調(diào)的分散式風電場無功優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括的步驟為:
[0012]第一步，通過SCADA檢測控制和采集系統(tǒng)得到風電場的實時數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)通過通訊線纜發(fā)送控制中心；
[0013]第二步，控制中心根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行分鐘級的控制，根據(jù)最優(yōu)潮流計算得到風電場匯集點的電壓參考值，為追求經(jīng)濟性，此級的控制目標是系統(tǒng)的網(wǎng)損最小:
[0014]A=HiinPloss(I)
[0015]其中Pltjss為區(qū)域有功網(wǎng)損；
[0016]第三步，當下一個分鐘級的控制周期到來時，返回第二步，根據(jù)給定的電壓參考值，控制目標函數(shù)，使網(wǎng)損最?。环駝t執(zhí)行第四步；
[0017]第四步，將采集到的匯集點電壓與調(diào)度中心參考電壓值進行比較，得到電壓偏差值力了防止設(shè)備的頻繁調(diào)節(jié)，設(shè)置電壓死區(qū)范圍，設(shè)置范圍為-0.01 ≤AU≤0.01，其中AU為的幅值；
[0018]若電壓偏差值在死區(qū)范圍內(nèi)并且短時閃變滿足國標要求，則不需要進行優(yōu)化，保持上一周期的優(yōu)化方案，等待下一個分鐘級控制周期到來，根據(jù)新的電壓參考值重新執(zhí)行第四步的控制；
[0019]若超出死區(qū)控制，針對秒級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)將以短時閃變最小、電壓偏差最小為綜合優(yōu)化目標函數(shù)，目標函數(shù)為:
[0020]f2 = min (C1PsC2 A U)(2)
[0021]其中Pst為各個節(jié)點的短時閃變之和；AU為各個節(jié)點的電壓偏差之和；ci，c2為權(quán)重系數(shù)，且Cjc2 = I ；
[0022]第五步，當下一個秒級的控制周期到來時，重新執(zhí)行第四步，根據(jù)給定的電壓參考值，控制目標函數(shù)，使短時閃變最小、電壓偏差最??；否則執(zhí)行第六步；
[0023]第六步，針對毫秒級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)以機組變流器的瞬間最大無功支撐能力為目標，目標函數(shù)為:
【權(quán)利要求】
1.一種不同時間尺度下多目標協(xié)調(diào)的分散式風電場無功優(yōu)化控制方法， 其特征在于:包括的步驟為: 第一步，通過SCADA檢測控制和采集系統(tǒng)得到風電場的實時數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)通過通訊線纜發(fā)送控制中心； 第二步，控制中心根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進行分鐘級的控制，根據(jù)最優(yōu)潮流計算得到風電場匯集點的電壓參考值；，為追求經(jīng)濟性，此級的控制目標是系統(tǒng)的網(wǎng)損最小: fi = minPl0SS (1) 其中Plt5ssS區(qū)域有功網(wǎng)損； 第三步，當下一個分鐘級的控制周期到來時，返回第二步，根據(jù)給定的電壓參考值，控制目標函數(shù)，使網(wǎng)損最?。环駝t執(zhí)行第四步； 第四步，將采集到的匯集點電壓&與調(diào)度中心參考電壓值Uref進行比較，得到電壓偏差值ΔU=Uref-Um,為了防止設(shè)備的頻繁調(diào)節(jié)，設(shè)置電壓死區(qū)范圍，設(shè)置范圍為-0.0l≤AU≤0.01，其中AU為的幅值； 若電壓偏差值在死區(qū)范圍內(nèi)并且短時閃變滿足國標要求，則不需要進行優(yōu)化，保持上一周期的優(yōu)化方案，等待下一個分鐘級控制周期到來，根據(jù)新的電壓參考值重新執(zhí)行第四步的控制； 若超出死區(qū)控制，針對秒級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)將以短時閃變最小、電壓偏差最小為綜合優(yōu)化目標函數(shù)，目標函數(shù)為:f2 = min (C1Pst+C2 Δ U) (2) 其中Pst為各個節(jié)點的短時閃變之和；AU為各個節(jié)點的電壓偏差之和；ci，c2為權(quán)重系數(shù)，且 C1+c2 = 1 ； 第五步，當下一個秒級的控制周期到來時，重新執(zhí)行第四步，根據(jù)給定的電壓參考值，控制目標函數(shù)，使短時閃變最小、電壓偏差最?。环駝t執(zhí)行第六步； 第六步，針對毫秒級的無功優(yōu)化控制，系統(tǒng)以機組變流器的瞬間最大無功支撐能力為目標，目標函數(shù)為:

2.如權(quán)利要求1所述的不同時間尺度下多目標協(xié)調(diào)的分散式風電場無功優(yōu)化控制方法，其特征是:所述第一步中的數(shù)據(jù)信息每臺風機定子側(cè)電壓、定子電阻、轉(zhuǎn)子電阻、勵磁感抗、相角和每臺風機的出口的有功功率，無功功率等數(shù)據(jù)；這些數(shù)據(jù)應(yīng)用于各個時間級的優(yōu)化計算中。
3.如權(quán)利要求1所述的不同時間尺度下多目標協(xié)調(diào)的分散式風電場無功優(yōu)化控制方法，其特征是:電壓計算過程的約束條件包括: 1)潮流的約束條件如下:
【文檔編號】H02J3/18GK103441506SQ201310241931
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月18日
【發(fā)明者】邢作霞, 黃旭, 楊俊友, 朱鈺, 厲偉, 顏寧, 姜立兵, 崔嘉 申請人:國家電網(wǎng)公司, 遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 沈陽工業(yè)大學(xué)