風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統及方法
2023-07-03 01:38:51
風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統及方法
【專利摘要】本發明屬於新能源發電【技術領域】，尤其涉及一種風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統及方法。它包括數據實時採集系統、風電場各控制單元控制模塊、電壓波動優化控制模塊、無功補償最優配置模塊、控制指令下達接口及執行模塊、數據響應反饋控制模塊、無功與電壓敏感性分析模塊、Digsilent計算模塊、電壓調整配置模塊及數據響應反饋控制模塊。本發明採用以電壓為目標的動態無功配置原則可以指導風電場集中外送模式下的動態無功配置原則，可以解決日益嚴重的風電場集中送出所帶來的電壓波動較大的問題，為集中送出時集中補償時無功優化提供了一種準確可靠的計算方法。對提高電力系統運行的安全、經濟性具有重大意義。
【專利說明】風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於新能源發電【技術領域】，尤其涉及一種風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統及方法，特別涉及一種考慮風電場接入後的電網電壓波動控制的無功優化方法。對風電場各級電壓控制，實時分析併網點電壓水平，採用具有創新性思路的考慮電壓波動的無功優化方法，實現對電網動態無功補償控制的優化，對提高電力系統運行的安全、經濟性具有重大意義。
【背景技術】
[0002]能源和環境問題成為當今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問題引發的危機以及日益突出的環境問題，使人們認識到開發清潔的可再生的新能源是保護生態環境和保護可持續發展的客觀需要。可再生清潔能源中的水力發電，由於存在大量的土地淹沒及移民問題，同樣存在環保問題，核能發電由於其造價過高以及對環境的嚴重威脅也受到一定的限制，而風力發電，儘管當前與常規火電能源發電相比產業規模小，一次性投資大，是新能源發電中技術最成熟、最具規模開發條件和商業化前景的發電方式。大力發展風電，保護中國能源安全和大氣環境成為時下人們最關注的熱點。我國是能源消耗的大戶。長期以來，由於能源短缺制約了工農業的發展。目前電網的主要電源仍然是火力發電。大量的火力發電不僅受到燃料短缺的制約，而且受運輸條件的限制。從長遠戰略出發，開發利用風能資源，作為常規能源的補充能源是十分必要的。
[0003]風電作為電源具有間歇性和難以調度的特性，大規模風電場接入電網可能對電力系統安全穩定運行及電能質量產生不利的影響。隨著更多、更大的風電場投入運行，風電併網的技術問題也會越來越突出。為了促進風電的健康發展，保證大型風電場的可靠併網運行，有必要從電網的角度對風能資源豐富地區的電壓波動的穩定控制進行研究。
【發明內容】
[0004]本發明針對上述現有技術中存在的問題，提供了一種風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統及方法，目的是為了解決日益嚴重的風電場集中送出所帶來的電壓波動較大的問題，為集中送出時集中補償時無功優化提供了一種計算方法。並且該方法符合目前大規模接入模式下動態無功集中補償的必然趨勢。
[0005]為實現上述目的，本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0006]風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統，包括數據實時採集系統、風電場各控制單元控制模塊、電壓波動優化控制模塊、無功補償最優配置模塊、控制指令下達接口及執行模塊、數據響應反饋控制模塊、無功與電壓敏感性分析模塊、Digsilent計算模塊、電壓調整配置模塊及數據響應反饋控制模塊。
[0007]所述的數據實時採集模塊通過與風電場的數據監控系統共享數據，並能夠實現匯集點的實時數據採集，該系統應能夠接受調度部門的AVC控制指令並將該指令通過無功優化控制模塊執行實現。[0008]所述的風電場各控制單兀控制t旲塊連接控制風電場機組功率控制系統、風電場王控系統及動態無功補償設備控制系統；控制模塊均需要有接口連接並接受指令。
[0009]所述的風電場的無功補償最優配置模塊容量包含兩部分組成:即動態無功補償與靜態無功補償容量，建立控制能夠隨時調整的無功電壓控制模塊，該模塊能夠選擇能夠最大限度發揮動態無功出力能力的靜態無功補償方案，由於靜態無功補償有可能不是連續可調的，因此此時需要電壓無功控制模塊選擇最優的靜態無功配置，靜態無功最優的目標是調整電壓波動所需的最小動態無功為目標；建立考慮電壓波動的動態無功最優配置的模型:
[0010]所述的控制指令下達接口及執行模塊，能夠實現控制風電機組的無功出力能力，控制風電場無功補償設備的投入，控制動態無功補償裝置的控制策略。
[0011]風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化方法，包括如下步驟:
[0012]步驟1:採集匯集點及接入風電場的實時運行數據；
[0013]步驟2:採集風電場各控制單元的實時運行信息；
[0014]步驟3:將風電場實時運行數及風功率預測數據據通過接口輸入Digsilent計算模塊，並從調度D5000系統中實時讀取電網參數數據，計算當前配置下未來一段時間內可能風電場功率變化弓I起的最大電壓波動，將電壓波動值返給無功電壓優化控制系統；
[0015]步驟4:電壓優化控制系統能夠按照調度下發的電壓控制曲線範圍為控制目標，判斷當前電壓是否在調度下發的電壓控制範圍內運行，並作為無功優化的約束條件；
[0016]步驟5:所有控制單元的輸出受到容量的限制，因此設定各控制單元的容量約束條件；
[0017]步驟6:各級電壓除併網點電壓外均在在正常範圍內運行為各級電壓的約束條件；
[0018]步驟7:將無功配置的調整幅度作為一類約束條件；
[0019]步驟8:將當日的設備開斷次數作為約束條件；
[0020]步驟9:構造無功配置初始變量，初始化種群，並通過接口通道傳輸至計算模塊，計算電壓波動變化，以區域內各母線電壓波動的變化作為種群的個體適應度值，同時將約束條件作為個體的約束型適應度值；
[0021]步驟10:採用遺傳算法進行交叉變異產生新一代群體，判斷新的種群的適應度值，保留最優歷史個體在下一代種群中，通過η次迭代後，輸出個體適應度最優的配置結果，按照配置結果輸出配置方案。將無功電壓優化後的配置方案轉化為控制指令下達至各無功電壓控制單元；
[0022]步驟11:通過數據響應反饋控制系統從實測數據中提取控制完成的響應值與預期目標進行比對，以消除偏差為目標進行系統的反饋控制。並下達控制指令下達至各無功電壓控制單元，無功電壓優化過程結束。
[0023]所述的無功配置初始變量表述如下:
[0024]目標函數表述:
【權利要求】
1.風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統，其特徵在於:包括數據實時採集系統、風電場各控制單元控制模塊、電壓波動優化控制模塊、無功補償最優配置模塊、控制指令下達接口及執行模塊、數據響應反饋控制模塊、無功與電壓敏感性分析模塊、Digsilent計算模塊、電壓調整配置模塊及數據響應反饋控制模塊。
2.根據權利要求1所述的風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統，其特徵在於 :所述的數據實時採集模塊通過與風電場的數據監控系統共享數據，並能夠實現匯集點的實時數據採集，該系統應能夠接受調度部門的AVC控制指令並將該指令通過無功優化控制模塊執行實現。
3.根據權利要求1所述的風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統，其特徵在於:所述的風電場各控制單元控制模塊連接控制風電場機組功率控制系統、風電場主控系統及動態無功補償設備控制系統；控制模塊均需要有接口連接並接受指令。
4.根據權利要求1所述的風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統，其特徵在於:所述的風電場的無功補償最優配置模塊容量包含兩部分組成:即動態無功補償與靜態無功補償容量，建立控制能夠隨時調整的無功電壓控制模塊，該模塊能夠選擇能夠最大限度發揮動態無功出力能力的靜態無功補償方案，由於靜態無功補償有可能不是連續可調的，因此此時需要電壓無功控制模塊選擇最優的靜態無功配置，靜態無功最優的目標是調整電壓波動所需的最小動態無功為目標；建立考慮電壓波動的動態無功最優配置的模型。
5.根據權利要求1所述的風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化系統，其特徵在於:所述的控制指令下達接口及執行模塊，能夠實現控制風電機組的無功出力能力，控制風電場無功補償設備的投入，控制動態無功補償裝置的控制策略。
6.風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化方法，其特徵在於:包括如下步驟: 步驟1:採集匯集點及接入風電場的實時運行數據； 步驟2:採集風電場各控制單元的實時運行信息； 步驟3:將風電場實時運行數及風功率預測數據據通過接口輸入Digsilent計算模塊，並從調度D5000系統中實時讀取電網參數數據，計算當前配置下未來一段時間內可能風電場功率變化弓丨起的最大電壓波動，將電壓波動值返給無功電壓優化控制系統； 步驟4:電壓優化控制系統能夠按照調度下發的電壓控制曲線範圍為控制目標，判斷當前電壓是否在調度下發的電壓控制範圍內運行，並作為無功優化的約束條件； 步驟5:所有控制單元的輸出受到容量的限制，因此設定各控制單元的容量約束條件； 步驟6:各級電壓除併網點電壓外均在在正常範圍內運行為各級電壓的約束條件； 步驟7:將無功配置的調整幅度作為一類約束條件； 步驟8:將當日的設備開斷次數作為約束條件； 步驟9:構造無功配置初始變量，初始化種群，並通過接口通道傳輸至計算模塊，計算電壓波動變化，以區域內各母線電壓波動的變化作為種群的個體適應度值，同時將約束條件作為個體的約束型適應度值； 步驟10:採用遺傳算法進行交叉變異產生新一代群體，判斷新的種群的適應度值，保留最優歷史個體在下一代種群中，通過η次迭代後，輸出個體適應度最優的配置結果，按照配置結果輸出配置方案。將無功電壓優化後的配置方案轉化為控制指令下達至各無功電壓控制單元；步驟11:通過數據響應反饋控制系統從實測數據中提取控制完成的響應值與預期目標進行比對，以消除偏差為目標進行系統的反饋控制。並下達控制指令下達至各無功電壓控制單元，無功電壓優化過程結束。
7.根據權利要求6所述的風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化方法，其特徵在於:所述的無功配置初始變量表述如下: 目標函數表述:
8.根據權利要求6所述的風電集中送出模式下控制電壓波動的無功優化方法，其特徵在於:所述的併網點電壓約束根據調度下達的電壓範圍設定，各級電壓按照各級電壓規定標準制定，機端電壓需要保值風電機組正常運行。
【文檔編號】H02J3/16GK103956750SQ201410165690
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】程緒可, 朱鈺, 王剛, 孫峰, 禹加, 董鶴楠, 張釗, 白雪 申請人:國家電網公司, 國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院