[发明专利]一种风电场内的无功和电压分层分区控制方法、系统及设备

说明书

本发明提出了一种风电场内的无功和电压分层分区控制方法、系统及设备，首先分析风电场电压、无功特性，通过潮流计算，分析风电场内各条集电线路的有无功及电压情况对风电场接入点电压的影响，将接入点电压的影响因子进行解耦，达到分区分层控制的目标，然后分两级对风电场接入点电压进行控制，以保障接入点电压维持在调度允许范围内，一级控制中通过分层分区的控制策略，优化分配具有电压调整能力的装置的出力，二级控制中针对具体的风机群计算出内部无功分配比例；改善风电场内的有无功流向，不仅满足了并网规程的要求，减少风电场内部的网损；挖掘风电机组单机的无功功率调节能力，减少甚至完全取代风电场SVC或SVG集中型无功功率补偿设备。

技术领域

本发明属于风电场控制领域，具体涉及一种风电场内的无功和电压分层分区控制方法、系统及设备。

背景技术

风电的不确定性是导致其发展受到限制的主要因素。愈来愈大的风电并网容量和风电场规模会给风电场接入电网带来巨大的挑战，引起诸多不稳定因素：无功功率波动、电压波动、谐波、有功功率控制等。其中最典型的问题是风电接入对并网点(PCC)电压的影响，严重情况下风电接入会引起其电压超出电力系统的合理运行范围，甚至会造成连锁反应，导致局部电网的崩溃。

风电场对电网的影响中，风电场的“电压问题”最为突出，如低电压穿越、高电压穿越、电压质量、电压异常保护等。其中，风电场并网点的电压稳态控制是关键的因素之一。下面是风电场PCC点电压控制的基本原理分析。

对某一个节点而言(按图1)，其电压可用下式(1)计算获得：

式中U_node为并网点电压；U_g为电源电压；k₁，k₂分别为变压器变比；Q为无功功率，P为有功功率；R，X为线路电阻电抗；U_n为回路额定电压。

从式(1)可知，从风电场端口向电网方向看，调节风电场PCC点电压的方式有如下几种：①调节变压器变比。对风电场而言，一般都使用了带有载调节分接头的变电站，可以起到一定的作用。一般使用±8×1.25％方式。②更改线路参数。风电场一旦施工完毕，其电阻是基本恒定的，电抗的变化特性也是固定的，没有办法在线进行调整。③调整线路额定电压U_n。风电场一旦设计完毕，该参数也没有办法调整。④调整电源电压U_g。因风电机组单机容量很小，布局分散，因此该方法目前而言不是主要调节措施。⑤调整电源输出有功功率和无功功率。因X＞＞R，所以风电场的电压控制主要跟无功功率有关，即跟无功功率源-风电机组和无功功率补偿设备有关。

大多数风电场在其主变低压侧配置了集中型无功功率补偿装置(SVG、SVC等)，来实现风电场的电压/无功功率的平衡控制，目的是为了应对系统安全运行要求和电网标准规定。但是，目前主流的并网相关产品(AVC等产品)，主要调用主变低压侧配置的集中型无功功率补偿装置(SVG、SVC等)，还没有考虑风电机组的无功功率调节能力，没有让风电机组长期、主动参与风电场内无功功率补偿协调控制中。这造成风电场内的自耗电极高，严重影响风电场的效率。

另外，随着风电规模的迅速发展，风电场内的长距离输电的集电线路也越来越多，除了风电场的接入点电压外，长距离集电线路接入点的电压波动问题也开始凸显。电力系统必须进行电压控制，但电压又是一个局部变量，不像频率是个全局或系统量。节点电压的调节无法通过风电场主变低压侧配置的集中型无功功率补偿装置(SVG、SVC等)来实现调节，只能通过该节点或相邻区域内风电机组的无功控制来实现。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种风电场内的无功和电压分层分区控制方法、系统及设备，将风场的电压和无功分层分区控制，充分利用风场内的无功和电压调节功能，实现风电场的电压/无功功率的平衡控制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种风电场内的无功和电压分层分区控制方法，包括以下步骤：