風電集中接入時風場與樞紐站時間序列協調控制的方法技術

本發明專利技術涉及一種風電集中接入時風場與樞紐站時間序列協調控制的方法，屬于電力系統自動電壓控制技術領域。本發明專利技術方法是基于大多數風電場通過變電站接入電網的實際情況，在已有風電控制策略和變電站控制策略的基礎上，增加了二者的時間序列協調控制，從而解決了孤立控制引發的無功環流、電容器頻繁投切等問題，增加了無功域度，從而提高了電力系統電壓穩定性。該協同控制方法作用于電壓控制的二級控制層面，彌補了原有二級控制中變電站與風電場孤立控制的不足。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術涉及一種，屬于電力系統自動電壓控制
。本專利技術方法是基于大多數風電場通過變電站接入電網的實際情況，在已有風電控制策略和變電站控制策略的基礎上，增加了二者的時間序列協調控制，從而解決了孤立控制引發的無功環流、電容器頻繁投切等問題，增加了無功域度，從而提高了電力系統電壓穩定性。該協同控制方法作用于電壓控制的二級控制層面，彌補了原有二級控制中變電站與風電場孤立控制的不足。【專利說明】
本專利技術涉及一種風電集中接入區域內風電場與樞紐變電站時間序列協調控制的方法，屬于電力系統自動電壓控制
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技術介紹
由于煤炭資源的短缺，世界各國紛紛投入大量的人力、物力探索新的能源利用模式，風能成為世界公認的具有極大發展潛力的的綠色能源之一。目前風機接入電網的方式有兩種，一種是通過建立風電場，場內風機經過變電站大規模集中并入中壓網絡，另外一種是采用分布式的方式，將各個風機接入低壓網絡，直接給終端用戶供電。其中第一種方式可以產生集中的、客觀數量的發電功率，在全球范圍內得到了大規模的應用，比較成功的案例是丹麥，到現在為止，風力發電所占比例已經超過20%，預計在2020年，風力發電會占到50%及以上，第二種方式在智能配電網中有著較好的發展前景。在中國，風力發電主要是以大規模集中并網的模式，雖然風力發電有很多優勢，但仍存在一些技術問題有待解決。其中比較突出的就是不少風電場因為電壓問題而連鎖脫網，自動電壓控制(AVC, Automatic Voltage Control)系統,被認為是解決風電區域電壓問題的一個有效方法。主流的自動電壓控制主要有三種模式:第一種是以德國RWE電力公司代表二級控制，沒有所謂分區控制，最優潮流(OPF)的優化計算結果直接發到各電廠進行控制。在調度控制中心中，OPF基于狀態估計，實時運行在EMS的最高層次上，直接實現考慮運行約束以網損最小為目標的全局無功優化控制。這種模式雖然控制簡單，但完全依賴OPF，AVC的運行可靠性難以保證。OPF作為靜態優化計算功能，主要考慮電壓上下限約束和網損最小化。如果完全依賴0PF，則AVC難以對電壓穩定性進行協調，完全依賴0PF，無法確保電壓穩定性。OPF模型計算量大，計算時間較長。當系統中發生大的擾動、負荷陡升或陡降時，如果完全依賴0PF，則AVC的響應速度不夠，控制的動態品質難以保證。第二種是以法國EDF的三級電壓控制模式，其研究和實施始于上世紀70年代，經歷了三十余年的研究、開發和應用，是目前國際上公認為最先進的電壓控制系統。在1972年國際大電網會議上，來自EDF (法國電力公司)的工程師提出了在系統范圍內實現協調性電壓控制的必要性，詳細介紹了法國EDF以“中樞母線”、“控制區域”為基礎的電壓控制方案的結構，電網被劃分成若干解耦的控制區域，整個控制系統分為三個層次:一級電壓控制(PVC, Primary Voltage Control), 二級電壓控制(SVC, Secondary Voltage Control)和三級電壓控制(TVC, Tertiary Voltage Control)。該控制模式得到了很好的應用，但是該模式仍存在缺點，這是因為區域的二級電壓控制(SVC)是基于電力系統無功電壓的局域性而開發的，而區域間無功電壓是有耦合的，因此控制系統的質量在根本上取決于各區域間無功電壓控制的耦合程度。但是，隨著電力系統的發展和運行工況的實時變化，設計時認為相對解耦的區域并非一成不變，而且以固定控制參數形式存在的控制靈敏度更是隨運行工況而實時變化，因此這種以硬件形式固定下來的區域控制器難以適應電力系統的不斷發展和實時運行工況的大幅度變化，因此難以持久地保證有良好的控制效果。第三種是清華大學電機系調度自動化實驗室提出了基于“軟分區”的三級電壓控制模式，該模式已經在國內十六個網、省級電網中得到廣泛應用，并成功推廣到北美PJM電網的電壓控制中。由于地區電網本身具有主網(220kV對電網)環網運行，IlOkV電網輻射運行的特點，因此地區電網已經具備了天然的分區特性，這種“分區”也是隨著電網的運行方式變化的。因此，基于軟分區的三級電壓控制模式得到廣泛的應用。在通常情況下，風電場所在區域都沒有火電廠，并且風電場大多通過220kV樞紐變電站接入電網，在二級控制的層面上，參與二級控制的主要對象包括風電場和220kV樞紐變電站。對于風電場而言，一般米用協調二級電壓控制(Coordinated Secondary VoltageControl,簡稱CSVC)模型(參見《電力系統分級無功電壓閉環控制的研究》(郭慶來，清華大學博士論文，頁碼57-64 )。一方面保證二級電壓控制盡可能追蹤三級電壓控制的目標，另一方面保證足夠的無功域度。對于變電站而言，其控制手段主要是充分考慮各種現場運行條件和約束閉鎖條件，基于控制規則的專家系統進行決策，生成變電站內電容器投切、變壓器分接頭檔位、靜止無功補償裝置指令。風電場經過變電站接入220kV電網是中國最為常見的接入方式。風機機端電壓一般為600V，經過箱變升壓到35kV后經過升壓變電站向外輸送電能。進入對于風電區域的內的風電場和220kV變電站，可以分別給出電壓控制策略。但在運行時候，常常會出現一些問題，實際系統中沒有很好處理二者協調關系而導致無功設備頻繁投入、無功環流等問題，危害到電力系統的電壓穩定，從而進一步影響到整個電力系統的安全、可靠運行。
技術實現思路
本專利技術的目的是為解決上述問題，提出一種，通過該方法可以處理好二者時序控制關系，避免了電容器等無功補償設備的頻繁投切，在達到電壓控制目標的同時避免不合理的無功流動。本專利技術提出的一種，其特征在于，包括以下步驟:I)控制周期開始，采集所需要的電壓和無功電氣量；2)進行電壓校正:2.1)判斷風電場高壓母線電壓是否越限，如果是，則轉向2.2)，否則轉向2.3)；2.2)如果風場具有無功控制能力，采用優先控制風場無功設備來消除風場電壓越限方式；如果風場已經不具有無功控制能力，則采用該風場所連接的220kV樞紐變電站低壓無功設備來消除風場電壓越限方式，且通過控制預估判定該方式不會造成其他風場高壓母線電壓越限，以避免設備的頻繁投切；如果控制預估判定該該方式會造成其他風場高壓母線電壓越限，則轉入緊急控制；2.3)判斷220kV樞紐變電站高壓220kV母線或者中壓IlOkV母線是否越限，如果越限，則優先控制220kV站內的電容器、電抗器，消除電壓越限，轉向步驟4);如果沒有越限，轉向步驟3);3)電壓校正完畢后，進行電壓協調優化控制:3.1)判斷220kV變電站高壓220kV母線電壓當前值與設定值偏差是否超過優化控制死區；如果是進入步驟3.2)，否則進入步驟4)；3.2)如果該站所帶風電場仍有無功調節能力，則優先控制風場無功設備；如所帶風場已無無功控制能力，則控制220kV站內的電容器、電抗器；控制的目標是使得220kV母線電壓盡量滿足當前電壓可行域給出的220kV母線電壓設定值；當控制220kV變電站無功設備時，向風電場控制模塊發送閉鎖信息，避免同時控制導致的電壓震蕩；4)場站協調控制結束，等待下一控制周期到來時，轉步驟I)。本專利技術的特點及有益效果:本專利技術方法本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種風電集中接入時風場與樞紐站時間序列協調控制的方法，其特征在于，包括以下步驟：1）控制周期開始,采集所需要的電壓和無功電氣量；2）進行電壓校正：2.1）判斷風電場高壓母線電壓是否越限，如果是，則轉向2.2），否則轉向2.3）；2.2）如果風場具有無功控制能力，采用優先控制風場無功設備來消除風場電壓越限方式；如果風場已經不具有無功控制能力，則采用該風場所連接的220kV樞紐變電站低壓無功設備來消除風場電壓越限方式，且通過控制預估判定該方式不會造成其他風場高壓母線電壓越限，以避免設備的頻繁投切；如果控制預估判定該該方式會造成其他風場高壓母線電壓越限，則轉入緊急控制；2.3）判斷220kV樞紐變電站高壓220kV母線或者中壓110kV母線是否越限，如果越限，則優先控制220kV站內的電容器、電抗器，消除電壓越限，轉向步驟4）；如果沒有越限，轉向步驟3）；3)電壓校正完畢后,進行電壓協調優化控制：3.1）判斷220kV變電站高壓220kV母線電壓當前值與設定值偏差是否超過優化控制死區；如果是進入步驟3.2）,否則進入步驟4）；3.2）如果該站所帶風電場仍有無功調節能力，則優先控制風場無功設備；如所帶風場已無無功控制能力，則控制220kV站內的電容器、電抗器；控制的目標是使得220kV母線電壓盡量滿足當前電壓可行域給出的220kV母線電壓設定值；當控制220kV變電站無功設備時，向風電場控制模塊發送閉鎖信息，避免同時控制導致的電壓震蕩；4)場站協調控制結束，等待下一控制周期到來時，轉步驟1）。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：常曉慧，湯磊，王雙，于磊，許曉菲，謝旭，賈琳，初祥祥，張寶英，郭慶來，谷文旗，周鑫，韓宇龍，朱梅，付啟，穆亮，王延平，
申請(專利權)人：國家電網公司，國網冀北電力有限公司張家口供電公司，北京清大高科系統控制有限公司，華北電網有限公司，
類型：發明
國別省市：