風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)及方法。它包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)各控制單元控制模塊、電壓波動(dòng)優(yōu)化控制模塊、無(wú)功補(bǔ)償最優(yōu)配置模塊、控制指令下達(dá)接口及執(zhí)行模塊、數(shù)據(jù)響應(yīng)反饋控制模塊、無(wú)功與電壓敏感性分析模塊、Digsilent計(jì)算模塊、電壓調(diào)整配置模塊及數(shù)據(jù)響應(yīng)反饋控制模塊。本發(fā)明采用以電壓為目標(biāo)的動(dòng)態(tài)無(wú)功配置原則可以指導(dǎo)風(fēng)電場(chǎng)集中外送模式下的動(dòng)態(tài)無(wú)功配置原則，可以解決日益嚴(yán)重的風(fēng)電場(chǎng)集中送出所帶來(lái)的電壓波動(dòng)較大的問(wèn)題，為集中送出時(shí)集中補(bǔ)償時(shí)無(wú)功優(yōu)化提供了一種準(zhǔn)確可靠的計(jì)算方法。對(duì)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)性具有重大意義。
【專(zhuān)利說(shuō)明】風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于新能源發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)及方法，特別涉及一種考慮風(fēng)電場(chǎng)接入后的電網(wǎng)電壓波動(dòng)控制的無(wú)功優(yōu)化方法。對(duì)風(fēng)電場(chǎng)各級(jí)電壓控制，實(shí)時(shí)分析并網(wǎng)點(diǎn)電壓水平，采用具有創(chuàng)新性思路的考慮電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償控制的優(yōu)化，對(duì)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全、經(jīng)濟(jì)性具有重大意義。
【背景技術(shù)】
[0002]能源和環(huán)境問(wèn)題成為當(dāng)今世界所面臨的兩大重要課題。由能源問(wèn)題引發(fā)的危機(jī)以及日益突出的環(huán)境問(wèn)題，使人們認(rèn)識(shí)到開(kāi)發(fā)清潔的可再生的新能源是保護(hù)生態(tài)環(huán)境和保護(hù)可持續(xù)發(fā)展的客觀需要?？稍偕鍧嵞茉粗械乃Πl(fā)電，由于存在大量的土地淹沒(méi)及移民問(wèn)題，同樣存在環(huán)保問(wèn)題，核能發(fā)電由于其造價(jià)過(guò)高以及對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重威脅也受到一定的限制，而風(fēng)力發(fā)電，盡管當(dāng)前與常規(guī)火電能源發(fā)電相比產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，一次性投資大，是新能源發(fā)電中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開(kāi)發(fā)條件和商業(yè)化前景的發(fā)電方式。大力發(fā)展風(fēng)電，保護(hù)中國(guó)能源安全和大氣環(huán)境成為時(shí)下人們最關(guān)注的熱點(diǎn)。我國(guó)是能源消耗的大戶。長(zhǎng)期以來(lái)，由于能源短缺制約了工農(nóng)業(yè)的發(fā)展。目前電網(wǎng)的主要電源仍然是火力發(fā)電。大量的火力發(fā)電不僅受到燃料短缺的制約，而且受運(yùn)輸條件的限制。從長(zhǎng)遠(yuǎn)戰(zhàn)略出發(fā)，開(kāi)發(fā)利用風(fēng)能資源，作為常規(guī)能源的補(bǔ)充能源是十分必要的。
[0003]風(fēng)電作為電源具有間歇性和難以調(diào)度的特性，大規(guī)模風(fēng)電場(chǎng)接入電網(wǎng)可能對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行及電能質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。隨著更多、更大的風(fēng)電場(chǎng)投入運(yùn)行，風(fēng)電并網(wǎng)的技術(shù)問(wèn)題也會(huì)越來(lái)越突出。為了促進(jìn)風(fēng)電的健康發(fā)展，保證大型風(fēng)電場(chǎng)的可靠并網(wǎng)運(yùn)行，有必要從電網(wǎng)的角度對(duì)風(fēng)能資源豐富地區(qū)的電壓波動(dòng)的穩(wěn)定控制進(jìn)行研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)及方法，目的是為了解決日益嚴(yán)重的風(fēng)電場(chǎng)集中送出所帶來(lái)的電壓波動(dòng)較大的問(wèn)題，為集中送出時(shí)集中補(bǔ)償時(shí)無(wú)功優(yōu)化提供了一種計(jì)算方法。并且該方法符合目前大規(guī)模接入模式下動(dòng)態(tài)無(wú)功集中補(bǔ)償?shù)谋厝悔厔?shì)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)各控制單元控制模塊、電壓波動(dòng)優(yōu)化控制模塊、無(wú)功補(bǔ)償最優(yōu)配置模塊、控制指令下達(dá)接口及執(zhí)行模塊、數(shù)據(jù)響應(yīng)反饋控制模塊、無(wú)功與電壓敏感性分析模塊、Digsilent計(jì)算模塊、電壓調(diào)整配置模塊及數(shù)據(jù)響應(yīng)反饋控制模塊。
[0007]所述的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集模塊通過(guò)與風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)匯集點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)應(yīng)能夠接受調(diào)度部門(mén)的AVC控制指令并將該指令通過(guò)無(wú)功優(yōu)化控制模塊執(zhí)行實(shí)現(xiàn)。[0008]所述的風(fēng)電場(chǎng)各控制單兀控制t旲塊連接控制風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組功率控制系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)王控系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備控制系統(tǒng)；控制模塊均需要有接口連接并接受指令。
[0009]所述的風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償最優(yōu)配置模塊容量包含兩部分組成:即動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償與靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量，建立控制能夠隨時(shí)調(diào)整的無(wú)功電壓控制模塊，該模塊能夠選擇能夠最大限度發(fā)揮動(dòng)態(tài)無(wú)功出力能力的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方案，由于靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償有可能不是連續(xù)可調(diào)的，因此此時(shí)需要電壓無(wú)功控制模塊選擇最優(yōu)的靜態(tài)無(wú)功配置，靜態(tài)無(wú)功最優(yōu)的目標(biāo)是調(diào)整電壓波動(dòng)所需的最小動(dòng)態(tài)無(wú)功為目標(biāo)；建立考慮電壓波動(dòng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功最優(yōu)配置的模型:
[0010]所述的控制指令下達(dá)接口及執(zhí)行模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)控制風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功出力能力，控制風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投入，控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制策略。
[0011]風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化方法，包括如下步驟:
[0012]步驟1:采集匯集點(diǎn)及接入風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)；
[0013]步驟2:采集風(fēng)電場(chǎng)各控制單元的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息；
[0014]步驟3:將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)及風(fēng)功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)據(jù)通過(guò)接口輸入Digsilent計(jì)算模塊，并從調(diào)度D5000系統(tǒng)中實(shí)時(shí)讀取電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前配置下未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)可能風(fēng)電場(chǎng)功率變化弓I起的最大電壓波動(dòng)，將電壓波動(dòng)值返給無(wú)功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)；
[0015]步驟4:電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)能夠按照調(diào)度下發(fā)的電壓控制曲線范圍為控制目標(biāo)，判斷當(dāng)前電壓是否在調(diào)度下發(fā)的電壓控制范圍內(nèi)運(yùn)行，并作為無(wú)功優(yōu)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(shè)定各控制單元的容量約束條件；
[0017]步驟6:各級(jí)電壓除并網(wǎng)點(diǎn)電壓外均在在正常范圍內(nèi)運(yùn)行為各級(jí)電壓的約束條件；
[0018]步驟7:將無(wú)功配置的調(diào)整幅度作為一類(lèi)約束條件；
[0019]步驟8:將當(dāng)日的設(shè)備開(kāi)斷次數(shù)作為約束條件；
[0020]步驟9:構(gòu)造無(wú)功配置初始變量，初始化種群，并通過(guò)接口通道傳輸至計(jì)算模塊，計(jì)算電壓波動(dòng)變化，以區(qū)域內(nèi)各母線電壓波動(dòng)的變化作為種群的個(gè)體適應(yīng)度值，同時(shí)將約束條件作為個(gè)體的約束型適應(yīng)度值；
[0021]步驟10:采用遺傳算法進(jìn)行交叉變異產(chǎn)生新一代群體，判斷新的種群的適應(yīng)度值，保留最優(yōu)歷史個(gè)體在下一代種群中，通過(guò)η次迭代后，輸出個(gè)體適應(yīng)度最優(yōu)的配置結(jié)果，按照配置結(jié)果輸出配置方案。將無(wú)功電壓優(yōu)化后的配置方案轉(zhuǎn)化為控制指令下達(dá)至各無(wú)功電壓控制單元；
[0022]步驟11:通過(guò)數(shù)據(jù)響應(yīng)反饋控制系統(tǒng)從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中提取控制完成的響應(yīng)值與預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，以消除偏差為目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的反饋控制。并下達(dá)控制指令下達(dá)至各無(wú)功電壓控制單元，無(wú)功電壓優(yōu)化過(guò)程結(jié)束。
[0023]所述的無(wú)功配置初始變量表述如下:
[0024]目標(biāo)函數(shù)表述:
【權(quán)利要求】
1.風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)各控制單元控制模塊、電壓波動(dòng)優(yōu)化控制模塊、無(wú)功補(bǔ)償最優(yōu)配置模塊、控制指令下達(dá)接口及執(zhí)行模塊、數(shù)據(jù)響應(yīng)反饋控制模塊、無(wú)功與電壓敏感性分析模塊、Digsilent計(jì)算模塊、電壓調(diào)整配置模塊及數(shù)據(jù)響應(yīng)反饋控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于 :所述的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集模塊通過(guò)與風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)，并能夠?qū)崿F(xiàn)匯集點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，該系統(tǒng)應(yīng)能夠接受調(diào)度部門(mén)的AVC控制指令并將該指令通過(guò)無(wú)功優(yōu)化控制模塊執(zhí)行實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:所述的風(fēng)電場(chǎng)各控制單元控制模塊連接控制風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組功率控制系統(tǒng)、風(fēng)電場(chǎng)主控系統(tǒng)及動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備控制系統(tǒng)；控制模塊均需要有接口連接并接受指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:所述的風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功補(bǔ)償最優(yōu)配置模塊容量包含兩部分組成:即動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償與靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償容量，建立控制能夠隨時(shí)調(diào)整的無(wú)功電壓控制模塊，該模塊能夠選擇能夠最大限度發(fā)揮動(dòng)態(tài)無(wú)功出力能力的靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償方案，由于靜態(tài)無(wú)功補(bǔ)償有可能不是連續(xù)可調(diào)的，因此此時(shí)需要電壓無(wú)功控制模塊選擇最優(yōu)的靜態(tài)無(wú)功配置，靜態(tài)無(wú)功最優(yōu)的目標(biāo)是調(diào)整電壓波動(dòng)所需的最小動(dòng)態(tài)無(wú)功為目標(biāo)；建立考慮電壓波動(dòng)的動(dòng)態(tài)無(wú)功最優(yōu)配置的模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于:所述的控制指令下達(dá)接口及執(zhí)行模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)控制風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功出力能力，控制風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投入，控制動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置的控制策略。
6.風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟1:采集匯集點(diǎn)及接入風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)； 步驟2:采集風(fēng)電場(chǎng)各控制單元的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息； 步驟3:將風(fēng)電場(chǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)及風(fēng)功率預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)據(jù)通過(guò)接口輸入Digsilent計(jì)算模塊，并從調(diào)度D5000系統(tǒng)中實(shí)時(shí)讀取電網(wǎng)參數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前配置下未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)可能風(fēng)電場(chǎng)功率變化弓丨起的最大電壓波動(dòng)，將電壓波動(dòng)值返給無(wú)功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)； 步驟4:電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)能夠按照調(diào)度下發(fā)的電壓控制曲線范圍為控制目標(biāo)，判斷當(dāng)前電壓是否在調(diào)度下發(fā)的電壓控制范圍內(nèi)運(yùn)行，并作為無(wú)功優(yōu)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(shè)定各控制單元的容量約束條件； 步驟6:各級(jí)電壓除并網(wǎng)點(diǎn)電壓外均在在正常范圍內(nèi)運(yùn)行為各級(jí)電壓的約束條件； 步驟7:將無(wú)功配置的調(diào)整幅度作為一類(lèi)約束條件； 步驟8:將當(dāng)日的設(shè)備開(kāi)斷次數(shù)作為約束條件； 步驟9:構(gòu)造無(wú)功配置初始變量，初始化種群，并通過(guò)接口通道傳輸至計(jì)算模塊，計(jì)算電壓波動(dòng)變化，以區(qū)域內(nèi)各母線電壓波動(dòng)的變化作為種群的個(gè)體適應(yīng)度值，同時(shí)將約束條件作為個(gè)體的約束型適應(yīng)度值； 步驟10:采用遺傳算法進(jìn)行交叉變異產(chǎn)生新一代群體，判斷新的種群的適應(yīng)度值，保留最優(yōu)歷史個(gè)體在下一代種群中，通過(guò)η次迭代后，輸出個(gè)體適應(yīng)度最優(yōu)的配置結(jié)果，按照配置結(jié)果輸出配置方案。將無(wú)功電壓優(yōu)化后的配置方案轉(zhuǎn)化為控制指令下達(dá)至各無(wú)功電壓控制單元；步驟11:通過(guò)數(shù)據(jù)響應(yīng)反饋控制系統(tǒng)從實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中提取控制完成的響應(yīng)值與預(yù)期目標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，以消除偏差為目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的反饋控制。并下達(dá)控制指令下達(dá)至各無(wú)功電壓控制單元，無(wú)功電壓優(yōu)化過(guò)程結(jié)束。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化方法，其特征在于:所述的無(wú)功配置初始變量表述如下: 目標(biāo)函數(shù)表述:
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)電集中送出模式下控制電壓波動(dòng)的無(wú)功優(yōu)化方法，其特征在于:所述的并網(wǎng)點(diǎn)電壓約束根據(jù)調(diào)度下達(dá)的電壓范圍設(shè)定，各級(jí)電壓按照各級(jí)電壓規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)制定，機(jī)端電壓需要保值風(fēng)電機(jī)組正常運(yùn)行。
【文檔編號(hào)】H02J3/16GK103956750SQ201410165690
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】程緒可, 朱鈺, 王剛, 孫峰, 禹加, 董鶴楠, 張釗, 白雪 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院