風(fēng)電集中接入時風(fēng)場與樞紐站時間序列協(xié)調(diào)控制的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種風(fēng)電集中接入時風(fēng)場與樞紐站時間序列協(xié)調(diào)控制的方法，屬于電力系統(tǒng)自動電壓控制【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明方法是基于大多數(shù)風(fēng)電場通過變電站接入電網(wǎng)的實際情況，在已有風(fēng)電控制策略和變電站控制策略的基礎(chǔ)上，增加了二者的時間序列協(xié)調(diào)控制，從而解決了孤立控制引發(fā)的無功環(huán)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(tǒng)電壓穩(wěn)定性。該協(xié)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(fēng)電場孤立控制的不足。
【專利說明】風(fēng)電集中接入時風(fēng)場與樞紐站時間序列協(xié)調(diào)控制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)電集中接入?yún)^(qū)域內(nèi)風(fēng)電場與樞紐變電站時間序列協(xié)調(diào)控制的方法，屬于電力系統(tǒng)自動電壓控制【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]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(fēng)能成為世界公認(rèn)的具有極大發(fā)展?jié)摿Φ牡木G色能源之一。
[0003]目前風(fēng)機接入電網(wǎng)的方式有兩種，一種是通過建立風(fēng)電場，場內(nèi)風(fēng)機經(jīng)過變電站大規(guī)模集中并入中壓網(wǎng)絡(luò)，另外一種是采用分布式的方式，將各個風(fēng)機接入低壓網(wǎng)絡(luò)，直接給終端用戶供電。其中第一種方式可以產(chǎn)生集中的、客觀數(shù)量的發(fā)電功率，在全球范圍內(nèi)得到了大規(guī)模的應(yīng)用，比較成功的案例是丹麥，到現(xiàn)在為止，風(fēng)力發(fā)電所占比例已經(jīng)超過20%，預(yù)計在2020年，風(fēng)力發(fā)電會占到50%及以上，第二種方式在智能配電網(wǎng)中有著較好的發(fā)展前景。在中國，風(fēng)力發(fā)電主要是以大規(guī)模集中并網(wǎng)的模式，雖然風(fēng)力發(fā)電有很多優(yōu)勢，但仍存在一些技術(shù)問題有待解決。其中比較突出的就是不少風(fēng)電場因為電壓問題而連鎖脫網(wǎng)，自動電壓控制(AVC, Automatic Voltage Control)系統(tǒng),被認(rèn)為是解決風(fēng)電區(qū)域電壓問題的一個有效方法。
[0004]主流的自動電壓控制主要有三種模式:
[0005]第一種是以德國RWE電力公司代表二級控制，沒有所謂分區(qū)控制，最優(yōu)潮流(OPF)的優(yōu)化計算結(jié)果直接發(fā)到各電廠進行控制。在調(diào)度控制中心中，OPF基于狀態(tài)估計，實時運行在EMS的最高層次上，直接實現(xiàn)考慮運行約束以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的全局無功優(yōu)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(tài)優(yōu)化計算功能，主要考慮電壓上下限約束和網(wǎng)損最小化。如果完全依賴0PF，則AVC難以對電壓穩(wěn)定性進行協(xié)調(diào)，完全依賴0PF，無法確保電壓穩(wěn)定性。OPF模型計算量大，計算時間較長。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)生大的擾動、負(fù)荷陡升或陡降時，如果完全依賴0PF，則AVC的響應(yīng)速度不夠，控制的動態(tài)品質(zhì)難以保證。
[0006]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(jì)70年代，經(jīng)歷了三十余年的研究、開發(fā)和應(yīng)用，是目前國際上公認(rèn)為最先進的電壓控制系統(tǒng)。在1972年國際大電網(wǎng)會議上，來自EDF (法國電力公司)的工程師提出了在系統(tǒng)范圍內(nèi)實現(xiàn)協(xié)調(diào)性電壓控制的必要性，詳細(xì)介紹了法國EDF以“中樞母線”、“控制區(qū)域”為基礎(chǔ)的電壓控制方案的結(jié)構(gòu)，電網(wǎng)被劃分成若干解耦的控制區(qū)域，整個控制系統(tǒng)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(yīng)用，但是該模式仍存在缺點，這是因為區(qū)域的二級電壓控制(SVC)是基于電力系統(tǒng)無功電壓的局域性而開發(fā)的，而區(qū)域間無功電壓是有耦合的，因此控制系統(tǒng)的質(zhì)量在根本上取決于各區(qū)域間無功電壓控制的耦合程度。但是，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展和運行工況的實時變化，設(shè)計時認(rèn)為相對解耦的區(qū)域并非一成不變，而且以固定控制參數(shù)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(qū)域控制器難以適應(yīng)電力系統(tǒng)的不斷發(fā)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。
[0007]第三種是清華大學(xué)電機系調(diào)度自動化實驗室提出了基于“軟分區(qū)”的三級電壓控制模式，該模式已經(jīng)在國內(nèi)十六個網(wǎng)、省級電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，并成功推廣到北美PJM電網(wǎng)的電壓控制中。由于地區(qū)電網(wǎng)本身具有主網(wǎng)(220kV對電網(wǎng))環(huán)網(wǎng)運行，IlOkV電網(wǎng)輻射運行的特點，因此地區(qū)電網(wǎng)已經(jīng)具備了天然的分區(qū)特性，這種“分區(qū)”也是隨著電網(wǎng)的運行方式變化的。因此，基于軟分區(qū)的三級電壓控制模式得到廣泛的應(yīng)用。
[0008]在通常情況下，風(fēng)電場所在區(qū)域都沒有火電廠，并且風(fēng)電場大多通過220kV樞紐變電站接入電網(wǎng)，在二級控制的層面上，參與二級控制的主要對象包括風(fēng)電場和220kV樞紐變電站。
[0009]對于風(fēng)電場而言，一般米用協(xié)調(diào)二級電壓控制(Coordinated Secondary VoltageControl,簡稱CSVC)模型(參見《電力系統(tǒng)分級無功電壓閉環(huán)控制的研究》(郭慶來，清華大學(xué)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(biāo)，另一方面保證足夠的無功域度。
[0010]對于變電站而言，其控制手段主要是充分考慮各種現(xiàn)場運行條件和約束閉鎖條件，基于控制規(guī)則的專家系統(tǒng)進行決策，生成變電站內(nèi)電容器投切、變壓器分接頭檔位、靜止無功補償裝置指令。
[0011]風(fēng)電場經(jīng)過變電站接入220kV電網(wǎng)是中國最為常見的接入方式。風(fēng)機機端電壓一般為600V，經(jīng)過箱變升壓到35kV后經(jīng)過升壓變電站向外輸送電能。進入對于風(fēng)電區(qū)域的內(nèi)的風(fēng)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(xiàn)一些問題，實際系統(tǒng)中沒有很好處理二者協(xié)調(diào)關(guān)系而導(dǎo)致無功設(shè)備頻繁投入、無功環(huán)流等問題，危害到電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，從而進一步影響到整個電力系統(tǒng)的安全、可靠運行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是為解決上述問題，提出一種風(fēng)電集中接入時風(fēng)場與樞紐站時間序列協(xié)調(diào)控制的方法，通過該方法可以處理好二者時序控制關(guān)系，避免了電容器等無功補償設(shè)備的頻繁投切，在達(dá)到電壓控制目標(biāo)的同時避免不合理的無功流動。
[0013]本發(fā)明提出的一種風(fēng)電集中接入時風(fēng)場與樞紐站時間序列協(xié)調(diào)控制的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0014]I)控制周期開始，采集所需要的電壓和無功電氣量；
[0015]2)進行電壓校正:
[0016]2.1)判斷風(fēng)電場高壓母線電壓是否越限，如果是，則轉(zhuǎn)向2.2)，否則轉(zhuǎn)向2.3)；
[0017]2.2)如果風(fēng)場具有無功控制能力，采用優(yōu)先控制風(fēng)場無功設(shè)備來消除風(fēng)場電壓越限方式；如果風(fēng)場已經(jīng)不具有無功控制能力，則采用該風(fēng)場所連接的220kV樞紐變電站低壓無功設(shè)備來消除風(fēng)場電壓越限方式，且通過控制預(yù)估判定該方式不會造成其他風(fēng)場高壓母線電壓越限，以避免設(shè)備的頻繁投切；如果控制預(yù)估判定該該方式會造成其他風(fēng)場高壓母線電壓越限，則轉(zhuǎn)入緊急控制；
[0018]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(yōu)先控制220kV站內(nèi)的電容器、電抗器，消除電壓越限，轉(zhuǎn)向步驟4);如果沒有越限，轉(zhuǎn)向步驟3);
[0019]3)電壓校正完畢后，進行電壓協(xié)調(diào)優(yōu)化控制:
[0020]3.1)判斷220kV變電站高壓220kV母線電壓當(dāng)前值與設(shè)定值偏差是否超過優(yōu)化控制死區(qū)；如果是進入步驟3.2)，否則進入步驟4)；
[0021]3.2)如果該站所帶風(fēng)電場仍有無功調(diào)節(jié)能力，則優(yōu)先控制風(fēng)場無功設(shè)備；如所帶風(fēng)場已無無功控制能力，則控制220kV站內(nèi)的電容器、電抗器；控制的目標(biāo)是使得220kV母線電壓盡量滿足當(dāng)前電壓可行域給出的220kV母線電壓設(shè)定值；當(dāng)控制220kV變電站無功設(shè)備時，向風(fēng)電場控制模塊發(fā)送閉鎖信息，避免同時控制導(dǎo)致的電壓震蕩；
[0022]4)場站協(xié)調(diào)控制結(jié)束，等待下一控制周期到來時，轉(zhuǎn)步驟I)。
[0023]本發(fā)明的特點及有益效果:
[0024]本發(fā)明方法是基于大多數(shù)風(fēng)電場通過變電站接入電網(wǎng)的實際情況，在已有風(fēng)電控制策略和變電站控制策略的基礎(chǔ)上，增加了二者的時間序列協(xié)調(diào)控制，從而解決了孤立控制引發(fā)的無功環(huán)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(tǒng)電壓穩(wěn)定性。該協(xié)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(fēng)電場孤立控制的不足。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的風(fēng)電場與變電站時間序列協(xié)調(diào)控制的流程圖。
[0026]圖2是本發(fā)明實施例的風(fēng)電場上網(wǎng)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]方法結(jié)合附圖和一個具體實施例詳細(xì)說明如下:
[0028]圖2是一個典型的風(fēng)電場上網(wǎng)示意圖，風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)機經(jīng)過升壓變壓器后接入風(fēng)電場側(cè)35kV高壓母線，之后經(jīng)過220kV樞紐變電站接入220kV電網(wǎng)中，在風(fēng)電場內(nèi)和220kV樞紐變電站中均有無功、電壓控制設(shè)備，如電容器組、靜止無功發(fā)生器、變壓器分接頭等。在220kV樞紐變電站中，一般都有220/35kV雙繞組變壓器或220/110/35kV三繞組變壓器或同
時具有二者。
[0029]本實施例的方法包括以下步驟:一般設(shè)定控制周期為5-10分鐘，本實施例設(shè)定控制周期為5分鐘；
[0030]I)控制周期開始，采集風(fēng)電場母線以及風(fēng)電場所連接的220kV樞紐變電站變壓器高壓側(cè)繞組電壓、風(fēng)電場上網(wǎng)無功電氣量。
[0031]2)進行電壓校正；
[0032]2.1)判斷風(fēng)電場高壓母線電壓是否越限(越限是指電壓高于所在電壓等級的電壓或上限者低于電壓下限，本實施例中假設(shè)所在電壓等級為VBase，則對應(yīng)的電壓上限1.05Vbase，電壓下限為0.95VBase)，如果是，則轉(zhuǎn)向2.2)，否則轉(zhuǎn)向2.3)；
[0033]2.2)如果風(fēng)場具有無功控制能力，優(yōu)先控制風(fēng)場無功設(shè)備來消除風(fēng)場電壓越限(如果電壓越上限，則切除電容器組，如果具有靜止無功發(fā)生器，則減少其輸出感性無功；如果電壓越下限，則投入更多的電容器組，如果具有靜止無功發(fā)生器，則增加其輸出感性無功)；如果風(fēng)場已經(jīng)不具有無功控制能力，則使用該風(fēng)場所連接的220kV樞紐變電站低壓無功設(shè)備來消除風(fēng)場電壓越限(如果電壓越上限，則切除電容器組，如果具有靜止無功發(fā)生器，則減少其輸出感性無功；如果電壓越下限，則投入更多的電容器組，如果具有靜止無功發(fā)生器，則增加其輸出感性無功；如果具備帶載可調(diào)變壓器，則可控制變壓器分接頭；以下不再具體闡述如何通過無功設(shè)備來消除風(fēng)場電壓越限);使用220kV變電站低壓無功設(shè)備來消除風(fēng)電場高壓母線越限的方式時，通過控制預(yù)估判定該方式不會造成其他風(fēng)場高壓母線電壓越限，避免設(shè)備的頻繁投切；如果通過控制預(yù)估判定該方式會造成其他風(fēng)場高壓母線電壓越限，則啟動自動電壓控制(AVC)中的緊急控制模塊，進行緊急控制；
[0034]2.3)判斷220kV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(yōu)先控制220kV站內(nèi)的電容器、電抗器，消除電壓越限，轉(zhuǎn)向步驟4);如果沒有越限，轉(zhuǎn)向步驟3)；
[0035]3)電壓校正完畢后，進行電壓協(xié)調(diào)優(yōu)化控制:
[0036]3.1)判斷220kV變電站高壓220kV母線電壓當(dāng)前值與設(shè)定值偏差是否超過優(yōu)化控制死區(qū)；如果是進入步驟3.2)，否則進入步驟4)；
[0037]3.2)如果該站所帶風(fēng)電場仍有無功控制能力，則優(yōu)先控制風(fēng)場無功設(shè)備；如所帶風(fēng)場已無無功控制能力，則控制220kV站內(nèi)的電容器、電抗器；優(yōu)化控制的目標(biāo)是使得220kV母線電壓盡量滿足當(dāng)前電壓可行域給出的220kV母線電壓設(shè)定值；當(dāng)控制220kV變電站無功設(shè)備時，向風(fēng)電場控制模塊發(fā)送閉鎖信息，避免同時控制導(dǎo)致的電壓震蕩；
[0038]4)場站協(xié)調(diào)控制結(jié)束，等待下一控制周期到來時，轉(zhuǎn)步驟I)。
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)電集中接入時風(fēng)場與樞紐站時間序列協(xié)調(diào)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(fēng)電場高壓母線電壓是否越限，如果是，則轉(zhuǎn)向2.2)，否則轉(zhuǎn)向2.3)； .2.2)如果風(fēng)場具有無功控制能力，采用優(yōu)先控制風(fēng)場無功設(shè)備來消除風(fēng)場電壓越限方式；如果風(fēng)場已經(jīng)不具有無功控制能力，則采用該風(fēng)場所連接的220kV樞紐變電站低壓無功設(shè)備來消除風(fēng)場電壓越限方式，且通過控制預(yù)估判定該方式不會造成其他風(fēng)場高壓母線電壓越限，以避免設(shè)備的頻繁投切；如果控制預(yù)估判定該該方式會造成其他風(fēng)場高壓母線電壓越限，則轉(zhuǎn)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(yōu)先控制220kV站內(nèi)的電容器、電抗器，消除電壓越限，轉(zhuǎn)向步驟4);如果沒有越限，轉(zhuǎn)向步驟3)； .3)電壓校正完畢后，進行電壓協(xié)調(diào)優(yōu)化控制: .3.1)判斷220kV變電站高壓220kV母線電壓當(dāng)前值與設(shè)定值偏差是否超過優(yōu)化控制死區(qū)；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(fēng)電場仍有無功調(diào)節(jié)能力，則優(yōu)先控制風(fēng)場無功設(shè)備；如所帶風(fēng)場已無無功控制能力，則控制220kV站內(nèi)的電容器、電抗器；控制的目標(biāo)是使得220kV母線電壓盡量滿足當(dāng)前電壓可行域給出的220kV母線電壓設(shè)定值；當(dāng)控制220kV變電站無功設(shè)備時，向風(fēng)電場控制模塊發(fā)送閉鎖信息，避免同時控制導(dǎo)致的電壓震蕩； .4)場站協(xié)調(diào)控制結(jié)束，等待下一控制周期到來時，轉(zhuǎn)步驟I)。
【文檔編號】H02J3/38GK103475027SQ201310437314
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】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 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司張家口供電公司, 北京清大高科系統(tǒng)控制有限公司, 華北電網(wǎng)有限公司