本发明属于风电和光电并网控制技术领域， 尤其涉及一种风电和光电集中并网的 无功电压优化控制方法。

背景技术

为改善能源结构， 加强环保建设， 大规模风 /光发电基地陆续建成， 形成了风 /光 电集中并网的运行模式。 风 /光电场集群化、 规模化加剧了风 /光电不稳定性对电网电 压的影响， 导致电压频繁波动， 给无功电压优化控制层次衔接带来困难。 因此建立一 种适应大规模风 /光电集中并网的无功电压优化控制模式具有� �要意义。

目前， 无功电压优化控制均没考虑大规模风 /光电集中并网对电网电压的影响， 需 要建立一种适应大规模风 /光电集中并网的无功电压优化控制模式。

发明内容

本发明的目的在于， 提出一种风电和光电集中并网的无功电压优化 控制方法， 用 于解决大规模风 /光电集中并网的随机性和波动性对电网电压� �成的影响，以提高电网 电压的运行质量。

为了实现上述目的， 本发明提出的技术方案是， 一种风电和光电集中并网的无功 电压优化控制方法， 其特征是所述方法包括：

歩骤 1 : 在单个风电场 /光电场的汇集点设置用于控制单个风电场 /光电场的执行 站， 在风电场 /光电场的集群并网点设置用于控制执行站的� �站， 设置用于控制所有子 站的主站；

步骤 2 : 主站通过子站和执行站采集每个风电场 /光电场的电力数据， 并根据采集 的数据计算每个子站的设定电压参考值 u ^ref _f ； 歩骤 3 : 采用 ^{3 σ} 法处理设定电压参考值 ^ref ， 得到设定电压参考值区间 rej _f - m m . , ^? u rej _f - m ax 1 J 步骤 4 : 调节子站高压侧母线电压， 以使其落入设定电压参考值区间 rej - m in ^? re/—m ax」

中； 步骤 5： 如果子站高压侧母线 电压未落入设定 电压参考值区 间

^{L re _mln} ' /- ^max 」中， 则通过执行站调节风电场 /光电场中的设备； 具体是， 当需要降低电压时， 则减少容性补偿设备的投入和 /或增加感性补偿设备的投入； 当需 要提高电压时， 则增加容性补偿设备的投入和 /或减少感性补偿设备的投入。

所述步骤 3具体是： 步骤 101: 将设定电压参考值 作为数学期望 ^， 即令 ^— ^^^；

骤 102： 计算子站 的无功 电压控制灵敏度 S ， 其计算公式为

^S 、

J _PV 、 和 分别为雅各比 矩阵， ^为将 ^{ΔΡ / Δ} ^的元素列在一起形成的雅各比矩阵， ^尸 为将 的元素列在一起形成的雅各比矩阵， ^θ 为将 ^Δ δ ^/Δ6> 的元素列在一起形成的雅各 比矩阵， 为将 ^Δ 2 ^/Δ 的元素列在一起形成的雅各比矩阵， △ 、 ^Q > ^Δ ^和 ^Δ 分别为子站的有功微增量、 无功微增量、 电压相角微增量及幅值微增量； 步骤 103: 确定每个子站的最小可调节设备的容量值 mi"； 步骤 104: 根据公式 ^ ^min 计计算算方方差差 ，， 将将^ ^L ^一 ，^^，^ ~^^]」作 为设定 ¾压参考值区间。

本发明提供的控制方法， 综合考虑了大规模风 /光电集中接入系统后， 电源频繁波 动对无功电压优化控制的影响， 通过全网优化进行分层控制， 同时电压参考值的采用 3 ^σ 法进行处理， 使得优化控制模式能适应风 /光电场电压频繁波动的特点， 增加实施 控制可行性， 为实际运行的电力系统提供指导。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中 阐述， 并且， 部分地从说明书中变 得显而易见， 或者通过实施本发明而了解。 本发明的目的和其他优点可通过在所写的 说明书、 权利要求书、 以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例， 对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明 附图用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一部分， 与本发明的实 施例一起用于解释本发明， 并不构成对本发明的限制。 在附图中：

图 1是适应于大规模风电 /光电集中并网的三级优化控制体系示意图；

图 2是无功优化功能结构示意图；

图 3无功电压三 优化控制模式示意图；

图 4是一个含大规模风 /光电基地的区域电力系统示意图；

图 5是一个含大规模风 /光电基地的三级无功电压控制结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明 ， 应当理解， 此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明， 并不用于限定本发明。

实施例 1

本发明提供的风电和光电集中并网的无功电压 优化控制方法包括：

步骤 1 : 在单个风电场 /光电场的汇集点设置用于控制单个风电场 /光电场的执行 站， 在风电场 /光电场的集群并网点设置用于控制执行站的� �站， 设置用于控制所有子 站的主站。

在本发明中， 主站可虚设， 完成全网无功优化的目标； 子站装设在风 /光电场集群 并网点，完成二级电压控制；执行站装设在单 个风 /光电场汇集点，完成一级电压控制。 适应与大规模风电 /光电集中并网的三级优化控制体系具体结构� �图 1所示。

步骤 2 : 主站通过子站和执行站采集每个风电场 /光电场的电力数据， 并根据采集

U _f

的数据计算每个子站的设定电压参考值 ^ref 。

以牛拉法潮流计算作为基础， 进行状态估计， 利用改进微分进化算法计算以全网

U

网损最小为目标的最 潮流分布。 其中， 主站计算 " ^f 的过程包括潮流计算、 状态 估计、 优化计算。 计算所用实时数据由 SCADA系统提供。 SCADA系统将电网实时 数据进行远方采集、 处理， 再提供给潮流计算、 状态估计和优化计算， 从而求取出 u ^ref _f 。 图 2为无功优化功能体系示意图， 图 3为无功电压三级优化控制模式示意图。 步骤 3 : 采用 ^{3 σ} 法处理设定电压参考值 ^ref ， 得到设定电压参考值区间 rej _f - m i .n , rej _f - m ax J I 首先近似认为电压微小波动符合正态分布规律 ， 基于正态分布 ³⁽⁷ 法， 得出置信 度为 99%的执行区间 [^― ^3σ ， ^{+ 3σ} ]。 在此区间内认为电压波动微小， 不需要进 行电压优化调整， 超出此范围才进行优化调整。

U

采用 ^3σ 法处理设定电压参考值 ^ref 的过程具体是： 步骤 101: 将设定电压参考值

步骤 102: 利用公式： 计算子站的无功电压控制灵敏度 ， 其中

(2) ； (3) ；

J J

公式 Π) 、 (2) 和 （3) 中 Ρθ PV J J

^Qe 和 ² 分别为雅各比矩阵，

^Jpe 为将 的元素列在一起形成的雅各比矩阵， ^Jpv 为将 A尸 /△ 的元素列 在一起形成的雅各比矩阵， ^{J Q()} 为将 ^Δ β ^{/ Δ6)} 的元素列在一起形成的雅各比矩阵， 为将 Δβ/Δ 的元素列在一起形成的雅各比矩阵， _ΔΡ 、 Δβ、 和 Δί ^分别 为子站的有功微增量、 无功微增量、 电压相角微增量及幅值微增量。 雅各比矩阵中的 各元素是由网络结构自身决定， 已知特定电网的电抗等网络参数和拓扑结构时 ， 利用 节点电压法等方法即可求取。 步骤！03: 确定^个子站的最小可调节设备的容量值 。

实际电网中每一个子站都安装有不同的无功补 偿设备， 其中电容电抗器等设备为 阶跃式调节， 有固定容量和可调节方式。 m'"就是指某一个子站中可以调节的最小的 一个设备的容量。 主站可通过 SCADA系统软件来召唤每个子站无功补偿设备详� ��信 息， 从而获得 2 ^min 值。 步骤 104 : 根据 ^式 = ^S — ^{Q m i n} 计算方差 ^σ ， 将 — ³ °"，^ ^{+ 3} °"]作为设定 电压参考值区间。

在步骤 3中， 法指： 在以 为数学期望， ^σ 为标准差的正态分布中， 符合正态分 布的概率密度函数落在以 为中心， ^{3 σ} 为长度的区间内的概率大于 99.7% 。 因此将 这种用 ^为中心， ^{3 σ} 为长度的区间来近似代表整个正态函数的 概率密度分布的方法 简称 ^{3 σ} "法。 本申请中认为电压运行波动符合以 ^σ 为标准差的正太分布规律， 则运行 电压落在此区间的概率大于 99.7% ,可用此区间作为电压参考值区间代替电压参� �值； 在步骤 3中， 当需要降低电压时， 则减少容性补偿设备的投入和 /或增加感性补偿 设备的投入； 当需要提高电压时， 则增加容性补偿设备的投入和 /或减少感性补偿设备 的投入； 其中， 电压的判断依据是子站电压是否落在 [^― ^3σ ，^ ^{+ 3σ} ]区间之内， 若 落在其中， 则不需要调节； 否则当子站电压大于〃 ^+3σ 时， 需要降低电压， 当子站电 压小于 _ 3σ时， 需要提高电压。

步骤 4 : 调节子站高压侧母线电压， 以使其落入设定电压参考值区间

子站调节为就地调节， 调节方式种类可多样， 其中一种是按照无功补偿设备响应 时间快慢来选择设备动作的先后顺序， 调节的对象为 SVG (静止无功发生器） 、 SVC (静止式无功补偿装置） 、 电容电抗器等无功补偿设备。

子站调节是一个连续循环过程， 可以在中间设置间断点， 即如果电压合格 （即子 站高压侧母线电压落在区域 ^ref ' ^{m m} ， ^{re _ m aX} 」）或者无功补偿设备调节容量用 尽， 则停止调节。

在步骤 4中， 调节子站电压是通过调节子站自有的无功补偿 设备来实现的， 调节 子站电压的具体过程可以依据子站无功补偿设 备调节策略来执行， 策略可根据实际情 况制定， 种类多样， 如根据无功补偿设备的动作时间快慢来制定的 某子站调节策略为 首先调节 SVC， 其次调节电容电抗器， 最后调节变压器分接头；

步骤 5 ： 如果子站高压侧母线 电压未落入设定 电压参考值区 间 ^{L re} ^ ^mm ' / - max」中， 则通过执行站调节风电场 /光电场中的设备； 具体是， 当需要降低电压时， 则减少容性补偿设备的投入和 /或增加感性补偿设备的投入； 当需 要提高电压时， 则增加容性补偿设备的投入和 /或减少感性补偿设备的投入。 当子站调节措施使用完毕， 但电压仍超出范围 ^{re _m,n re} " ^{max J} , 由 子站向下级执行站发 ， 进行一级电压调控。 调控设备包括电容电抗、 svc (静止式 无功补偿装置） /SVG (静止无功发生器） 及风 /光电发电机自身调节系统。 电容电抗、 SVC (静止式无功补偿装置） /SVG (静止无功发生器） 及风 /光电发电机自身调节系 统均具有接收指令的控制接口， 当其中一个接收到调节命令 （目标电压值） 后， 可以 根据子站高压侧母线电压的高低进行调节。 具体调节过程为实际电压值高于目标电压 值时， 减少容性补偿设备的投入或增加感性补偿设备 的投入， 反之亦然。 调节到实际 电压值与目标电压值之差小于设定门槛值时即 可满足要求， 停止调节或者直到所有调 节设备容量用尽为止。

实施例 2

图 4是一个含大+ ¾模风/光电基地的区域电力系统示意图， 以此为例， 本发明提供 的无功电压优化控制方法包括：

歩骤 1: 根据图 4所示实际电网网架结构， 建立三级无功优化控制体系， 如图 5 所示。

步骤 2: 全网无功优化计算。 在大规模风 /光电入网无功综合优化控制主站进行状

U re -U.

态估计、 潮流计算及优化计算， 得到 9个子站的电压调控参考值 /1 ref 9 步骤 3: 采用 3σ法处理 。 基于步骤 2潮流计算结果， 计算 9个子站的无功 电压灵敏度系数 S S ₉ ， 再计算每个子站的最小可调节无功补偿设备 Q _m , _nl - Q _min9 ， 从而 计 算 出 ^σ ι— ⁹ ， 最 终 得 到 9 个 子 站 各 自 的 电 压 调 节 控 制 区 间

L rej -min , ref— max」 步骤 4: 二级电压调控。 以设定参考值区间为调控目标进行， 当子站电压超出范 围 L ref -mm ' max」时， 进行子站调节， 直至满足此电压范围。 其中子站电压 步骤 5 : - 级 ^压调控。 当子站调节措施使用完毕但电压仍超出区间 [U ^e _f " ^{m m} ■ , U r

^L _{m ax} 1」时， 由子站向下级执行站发令， 进行一级电压调控， 即通 过执行站对设备进行调控。调控设备包括电容 电抗、 SVC (静止式无功补偿装置） /SVG (静止无功发生器） 及风 /光电发电机自身调节系统。

根据上述方法对图 4所示案例进行计算分析， 结果如表 1 , 表 2所示。

表 1 : 无功优化子站电压参考值计算结果

表 2 : 电压调控子站无功补偿设备动作次数 /天统计结果

上述实例分析表明： 本方法克服了传统无功优化控制模式中电压调 控参考值固定 的问题， 从而能适应大规模风 /光电集中接入电网时， 系统电压频繁波动的情况， 在顾 忌调节效果的同时， 减少了无功补偿设备调节动作的次数。 为大规模风 /光电集中接入 的电网优化运行提供指导。

最后应说明的是： 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不 用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说 明， 对于本领域的技术人员来说， 其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行 修改， 或者对其中部分技术特征进行等 同替换。 凡在本发明 tJ:]精祌和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应 包含在本发明的保护范围之内。