[发明专利]适应大规模风电并网的无功电压控制方法

权利要求书

1.一种适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，包括无功电压控制和无功优化；

所述无功电压控制包括：三级电压控制、二级电压控制和一级电压控制，所述三级电压控制是最高层，三级电压控制以全网的经济运行为优化目标，且考虑稳定性指标，最后给出中枢母线电压幅值的设定参考值，供二级电压控制使用；

所述二级电压控制主要目的是保证中枢母线电压等于上述设定的参考值，如果中枢母线的电压幅值产生偏差，二级电压控制则选择就地控制本站无功补偿装置或按照预定的控制规律向一级电压控制器下发调节命令；

所述一级电压控制为本地控制，控制本地发电机电压调节器、有载调压分接头、可投切的电容器和动态无功补偿器，在一级电压控制中，控制设备通过保持输出变量无限接近设定值来补偿电压的快速和随机的变化；

所述无功优化为将三级优化功能部署于调度主站，以网损最小为目标进行优化计算，将优化结果即子站电压参考值下发至子站，子站根据优化结果进行相应调节，从而达到电压参考值目标，调整完成后由主站再次优化计算，根据检验优化结果进行再次调整，形成循环，直到优化结果精确度满足预期要求为止，且加入电压判断环节，当优化过程中出现电压越线时，可启动一级或二级电压控制模式。

2.根据权利要求1所述的适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，所述三级优化具体步骤包括：

步骤201：触发启动，在风电计划发生变化时触发启动优化流程并进行电压判断；

步骤202：电压判断，判断全网各主站，中间站及终端站电压，当电压均满足运行曲线要求时，启动三级优化控制模式，执行步骤203；否则闭锁，并启动一级或二级电压控制模式；

步骤203：信息上送，由子站、执行站向主站上送电压及无功补偿运行状况信息并执行步骤204；

步骤204：优化计算，在主站进行无功优化计算，从而得到各子站电压参考值并信息下送；

步骤205：信息下送，主站向子站下达电压参考值，进行子站电压控制调整；

步骤206：子站电压控制调整，首先是子站内部无功补偿装置动作调整，其次基于灵敏度分析原理进行子站电压控制。

3.根据权利要求2所述的适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，所述二级电压控制模式具体步骤如下：

步骤301：二级电压控制模式启动，判断子站电压，当某一子站电压不满足运行曲线要求时启动二级电压控制模式，执行步骤302；

步骤302：子站就地调节，若子站有就地无功补偿装置可调，可根据电压越线情况进行就地调控，调控后判断子站电压，电压合格则结束二级电压控制，不合格则进行远方调节，执行步骤303，若无就地无功补偿装置，直接执行步骤303；

步骤303：启动远方调节，子站收集其他子站及下级执行站信息并根据灵敏度判断选择纵向或横向调节优先级，若选择纵向调节优先，则执行步骤304，若选择横向调节优先，执行步骤305；

步骤304：纵向调节，下级执行站无功补偿对子站电压灵敏度排序，选择灵敏度最高的执行站进行电压调控，执行站按照一级电压控制模型执行后再次判断子站电压，若电压合格，则结束二级电压控制，不合格则返回循环执行步骤303至到子站电压合格为止；

步骤305：横向调节，根据控制灵敏度选择联调子站，联调子站根据二级电压控制模式进行电压调控后再次判断子站电压，若电压合格则结束二级控制，不合格则返回循环执行步骤303至到子站电压合格为止。

4.根据权利要求2或3所述的适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，所述一级电压控制模式，为面向设备级的控制，直接作用于调控设备，一级电压控制中，首先调节动态无功补偿装置，其次调节风机无功出力；再次由执行站向上级子站申请协调控制，子站在保证自身电压合格的情况下，进行子站本地调节或向其他执行站下发控制信息，由其他执行站进行横向协调控制。

5.根据权利要求4所述的适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，所述动态无功补偿装置包括动态无功补偿器、电容电抗、变压器分接头控制和风机无功出力控制。

6.根据权利要求5所述的适应大规模风电并网的无功电压控制方法，其特征在于，所述灵敏度分析：

设电力系统中节点i的发电机功率为P_Gi+jQ_Gi，负荷功率为P_LDi+jQ_LDi，以极坐标表示节点电压时，节点的功率平衡方程为

ΔP_i＝P_Gi-P_LDi-U_iΣU_j(G_ijcosδ_ij+B_ijsinδ_ij)＝0

                                               (1)

ΔQ_i＝Q_Gi-Q_LDi-U_iΣU_j(G_ijsinδ_ij-B_ijcosδ_ij)＝0

其中，P_i为注入节点i的有功功率；Q_i为注入节点i的无功功率；U_i为节点i的电压；G_ij+jB_ij为节点i、j之间的导纳；δ_ij为节点i、j之间的电压相角差，δ_ij＝δ_i-δ_j，

若以p、u、x分别表示扰动变量、控制变量和状态变量。电力系统节点功率平衡方程可表示为：

f(x,u,p)＝0   (2)

设包含风电场区域运行在状态(x(0),u(0),p(0))下，如某一风电场有功出力波动Δp，常规发电机做了相应的调整Δu，系统相应发生了状态偏离Δx，则系统的功率平衡方程应为：

f(x⁽⁰⁾+Δx,u⁽⁰⁾+Δu,p⁽⁰⁾+Δp)＝0   (3)

假设稳态情况下各变量的变化很小，以至可忽略其二阶及以上的各项，则式3可以展开化简为：

f(x(0),u(0),p(0))+∂f∂x|0Δx+∂f∂u|0Δu+∂f∂p|0Δp=0---(4)]]>

式中，均为雅可比矩阵，如将基于状态(x(0),u(0),p(0))的矩阵分别简记为J_x、J_u、J_p，则有

J_xΔx+J_uΔu+J_pΔp＝0   (5)

上式称为灵敏度方程，对于任意给定变化量的控制变量或扰动变量，采用上式即式5均可求得各状态变量的变化量，从而阐明了系统对于控制变量或扰动变量的既定变化量所作出的响应。