本發(fā)明涉及一種雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓控制的方法,屬于電力系統(tǒng)運(yùn)行和控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
面對(duì)著日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題,大力發(fā)展可再生能源是解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展困境與優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的最有效措施之一。其中,風(fēng)力發(fā)電被廣泛認(rèn)為是替代傳統(tǒng)能源的有效方案之一,各國(guó)競(jìng)相發(fā)展風(fēng)力發(fā)電,風(fēng)電裝機(jī)容量逐年上升,增長(zhǎng)迅速。
在我國(guó),風(fēng)電場(chǎng)基本采用大規(guī)模風(fēng)機(jī)形成集群,進(jìn)而并網(wǎng)的路線,集中在固定電網(wǎng)區(qū)域。因?yàn)轱L(fēng)能天然的隨機(jī)性與波動(dòng)性,大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)于電力系統(tǒng)將形成巨大挑戰(zhàn),使得系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有著龐大壓力,對(duì)于系統(tǒng)頻率和電壓穩(wěn)定性影響顯著。其中最典型的問題就是大規(guī)模風(fēng)電接入引起的并網(wǎng)點(diǎn)電壓劇烈波動(dòng),嚴(yán)重情況下電壓越限使得局部電網(wǎng)崩潰。
目前,風(fēng)電場(chǎng)主要采用雙饋風(fēng)機(jī)發(fā)電。雙饋電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功的解耦控制,基于雙饋式感應(yīng)發(fā)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組在并網(wǎng)時(shí),具有無(wú)功調(diào)節(jié)的能力;雙饋式風(fēng)電機(jī)組具有不同的控制策略,可以依據(jù)不同的系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)節(jié),使得雙饋風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)時(shí)可以根據(jù)電壓控制的需求吸收或發(fā)出相應(yīng)的無(wú)功功率。
然而,目前大多數(shù)雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)被設(shè)定在恒功率因數(shù)運(yùn)行方式,沒有較好利用其無(wú)功調(diào)節(jié)能力。部分地區(qū)雖采取借鑒變電站電壓調(diào)整的九區(qū)圖結(jié)構(gòu),擬合線性結(jié)構(gòu),類似下垂控制來(lái)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)群電壓自動(dòng)控制。但是此類方法還不夠靈活,且不能完全調(diào)動(dòng)每個(gè)風(fēng)電機(jī)組的無(wú)功調(diào)節(jié)能力,還不能適應(yīng)實(shí)際使用中動(dòng)態(tài)調(diào)壓的快速與穩(wěn)定要求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提出一種雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓控制的方法,利用分解協(xié)調(diào)架構(gòu)與通信技術(shù),基于廣域pi調(diào)節(jié)方法,以滿足風(fēng)電場(chǎng)整體參與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)的目標(biāo),使其實(shí)現(xiàn)電壓的實(shí)時(shí)無(wú)差調(diào)節(jié),且可按照不同雙饋風(fēng)機(jī)的調(diào)節(jié)能力在雙饋風(fēng)機(jī)之間合理分配功率,保證雙饋風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行,改善風(fēng)電場(chǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)壓性能。
本發(fā)明提出的一種雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)調(diào)壓方法,包括兩個(gè)流程,即對(duì)外戴維南等值電路辨識(shí)和動(dòng)態(tài)調(diào)壓流程,兩個(gè)流程均按照一定周期循環(huán)執(zhí)行,由風(fēng)電場(chǎng)協(xié)調(diào)控制器完成。其中動(dòng)態(tài)調(diào)壓流程還將通過(guò)廣播通信的方式將場(chǎng)站層的信息定時(shí)發(fā)送給雙饋風(fēng)機(jī)控制器同時(shí)也接收雙饋風(fēng)機(jī)的節(jié)點(diǎn)測(cè)量信息,該方法步驟如下:
(1)設(shè)定雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)狀態(tài)采樣周期tu為0.5秒,設(shè)定雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)的對(duì)外等值辨識(shí)周期tp為10秒,記采樣周期tu中的任意時(shí)刻為的tu,記對(duì)外等值辨識(shí)周期tp中的任意時(shí)刻為tp,初始化時(shí),分別設(shè)tu、tp為零;
(2)采集雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓uc、有功功率pc與無(wú)功功率qc,在每個(gè)采樣周期中對(duì)上述狀態(tài)變量進(jìn)行一次采樣,記第t個(gè)采樣周期中采樣得到的雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓為uct,有功功率為pct,無(wú)功功率為qct,初始化時(shí),設(shè)t=1;
(3)對(duì)tp進(jìn)行判斷,若tp≥tp,則進(jìn)行步驟(4),若tp<tp,則進(jìn)行步驟(6);
(4)采用戴維南等值方法,進(jìn)行雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)外等值辨識(shí),得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的電阻r、電抗x和外部等值電勢(shì)e,具體過(guò)程如下:
(4-1)建立雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓與雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電勢(shì)的關(guān)系如下:
其中,r為雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的電阻,x雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的電抗,e為雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的外部等值電勢(shì);
根據(jù)上述雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓與雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電勢(shì)的關(guān)系,得到一個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓與雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)有功功率和無(wú)功功率的映射關(guān)系如下:uc=y(tǒng)(uc,pc,qc)
(4-2)采用最小二乘法,得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行對(duì)外等值辨識(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下:
其中,t為分析的采樣點(diǎn)數(shù),取值范圍為6-10。
求解上述目標(biāo)函數(shù),得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的電阻r、電抗x和外部等值電勢(shì)e;
(5)將tp重新設(shè)置為零;
(6)對(duì)tu進(jìn)行判斷,若tu<tu,則重復(fù)進(jìn)行本步驟,直到tu≥tu,進(jìn)行步驟(7);
(7)按照如下步驟,實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓控制:
(7-1)設(shè)定一個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的參考電壓ur,將采集到的雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓uct與設(shè)定的參考電壓ur進(jìn)行比較,得到差值δu=ur-uct;
(7-2)根據(jù)上述差值δu,利用下式進(jìn)行比例積分計(jì)算,得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功功率增量的參考值δqr:
δqr=kp·δu+ki·∫δudt
其中,kp為比例系數(shù),取值為10,ki為積分系數(shù),取值為0.5,;
(7-3)建立一個(gè)動(dòng)態(tài)電壓控制的優(yōu)化模型,求解得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)中各雙饋風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率改變量,過(guò)程如下:
(7-3-1)建立各雙饋風(fēng)機(jī)電壓控制的目標(biāo)函數(shù)如下:
其中,uri是雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)中的第i個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)端電壓的預(yù)設(shè)值,取值為
其中,
(7-3-2)建立雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)中雙饋風(fēng)機(jī)的約束條件:
a、雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率的平衡約束:
其中,δqi為第i個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率改變量,
b、雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)潮流約束:
雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的潮流約束:
其中,rij為第i個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)與第j個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)之間的支路ij的電阻,xij為第i個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)與第j個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)之間的支路ij的電抗,
經(jīng)參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓控制后外部的潮流約束:
c、經(jīng)參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓控制后各支路的容量約束以及雙饋風(fēng)機(jī)的電壓和容量約束:
其中,
(7-3-3)采用內(nèi)點(diǎn)法,求解上述步驟(7-3-1)和(7-3-2)中的優(yōu)化模型,得到各雙饋風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率qig,雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)將得到的無(wú)功功率qig以廣播形式發(fā)送至各雙饋風(fēng)機(jī);
(8)將tu重新設(shè)置為零,返回步驟(2),實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓控制。
本發(fā)明提出的雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓控制的方法,其特點(diǎn)是,本發(fā)明通過(guò)廣域比例積分控制,設(shè)計(jì)了一種雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)整體參與動(dòng)態(tài)調(diào)壓的分解協(xié)調(diào)控制方法,通過(guò)比例積分控制,雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的無(wú)差實(shí)時(shí)跟蹤,動(dòng)態(tài)性能優(yōu)越。一方面,引入線性化技術(shù)來(lái)松弛潮流約束使得雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)協(xié)調(diào)層只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的量測(cè)和計(jì)算,大大降低了其數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān),且該方法充分考慮雙饋風(fēng)機(jī)運(yùn)行約束,能夠合理分配各個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)的無(wú)功出力,保證風(fēng)電場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。另一方面,該方法充分利用雙饋風(fēng)機(jī)解耦控制特性,雙饋風(fēng)機(jī)通過(guò)與協(xié)調(diào)層通信獲取參考無(wú)功出力參考值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié),從而使得整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)廣域比例積分反饋控制。另外,風(fēng)電場(chǎng)協(xié)調(diào)層還能充分利用采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)外等值辨識(shí)并定時(shí)更新,掌握外系統(tǒng)變化情況。綜上所述,本發(fā)明能夠在雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)際控制中扮演重要的角色。
本發(fā)明方法的優(yōu)點(diǎn)是:
1、本方法建立了雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)整體參與動(dòng)態(tài)調(diào)壓的控制框架,風(fēng)電場(chǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)參考電壓的快速跟蹤與無(wú)差調(diào)節(jié)。
2、本方法通過(guò)線性化技術(shù)極大降低了優(yōu)化問題求解難度,使得無(wú)功功率分配過(guò)程簡(jiǎn)單迅速高效。相比傳統(tǒng)的潮流計(jì)算方法,該方法在盡量保證準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上松弛了潮流約束,使得問題求解變得非常容易。
3、本方法能夠完成雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)外等值辨識(shí)并定時(shí)更新,以保證風(fēng)電場(chǎng)能及時(shí)掌握外系統(tǒng)狀況,實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單高效。
附圖說(shuō)明
圖1是本發(fā)明提出的雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓控制的方法的流程框圖。
圖2是本發(fā)明方法中雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)與雙饋風(fēng)機(jī)的控制關(guān)系圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的一種雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)電壓控制的方法,其流程框圖如圖1所示,包括對(duì)外等值辨識(shí)流程以及基于廣域比例積分控制的動(dòng)態(tài)調(diào)壓流程,兩個(gè)流程均按照一定周期循環(huán)執(zhí)行,由風(fēng)電場(chǎng)協(xié)調(diào)層完成。其中動(dòng)態(tài)調(diào)壓流程將通過(guò)廣播通信的方式將風(fēng)電場(chǎng)協(xié)調(diào)層的信息定時(shí)發(fā)送給雙饋風(fēng)機(jī),同時(shí)也接收雙饋風(fēng)機(jī)的測(cè)量信息,該方法包括以下步驟:
(1)設(shè)定雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)狀態(tài)采樣周期tu為0.5秒,設(shè)定雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)的對(duì)外等值辨識(shí)周期tp為10秒,記采樣周期tu中的任意時(shí)刻為的tu,記對(duì)外等值辨識(shí)周期tp中的任意時(shí)刻為tp,初始化時(shí),分別設(shè)tu、tp為零;
(2)采集雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓uc、有功功率pc與無(wú)功功率qc,在每個(gè)采樣周期中對(duì)上述狀態(tài)變量進(jìn)行一次采樣,記第t個(gè)采樣周期中采樣得到的雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓為uct,有功功率為pct,無(wú)功功率為qct,初始化時(shí),設(shè)t=1;
(3)對(duì)tp進(jìn)行判斷,若tp≥tp,則進(jìn)行步驟(4),若tp<tp,則進(jìn)行步驟(6);
(4)采用戴維南等值方法,進(jìn)行雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)外等值辨識(shí),得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的電阻r、電抗x和外部等值電勢(shì)e,具體過(guò)程如下:
(4-1)建立雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓與雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電勢(shì)的關(guān)系如下:
其中,r為雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的電阻,x雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的電抗,e為雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的外部等值電勢(shì);
根據(jù)上述雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓與雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電勢(shì)的關(guān)系,得到一個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓與雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)有功功率和無(wú)功功率的映射關(guān)系如下:uc=y(tǒng)(uc,pc,qc)
(4-2)采用最小二乘法,得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行對(duì)外等值辨識(shí)的目標(biāo)函數(shù)如下:
其中,t為分析的采樣點(diǎn)數(shù),取值范圍為6-10。
求解上述目標(biāo)函數(shù),得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)外部等值電路的電阻r、電抗x和外部等值電勢(shì)e;
(5)將tp重新設(shè)置為零;
(6)對(duì)tu進(jìn)行判斷,若tu<tu,則重復(fù)進(jìn)行本步驟,直到tu≥tu,進(jìn)行步驟(7);
(7)按照如下步驟,實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓控制:
(7-1)設(shè)定一個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的參考電壓ur,將采集到的雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓uct與設(shè)定的參考電壓ur進(jìn)行比較,得到差值δu=ur-uct;
(7-2)根據(jù)上述差值δu,利用下式進(jìn)行比例積分計(jì)算,得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功功率增量的參考值δqr:
δqr=kp·δu+ki·∫δudt
其中,kp為比例系數(shù),取值為10,ki為積分系數(shù),取值為0.5,可視實(shí)際雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)節(jié);
(7-3)建立一個(gè)動(dòng)態(tài)電壓控制的優(yōu)化模型,求解得到雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)中各雙饋風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率改變量,過(guò)程如下:
(7-3-1)為保證較為均勻分配各雙饋風(fēng)機(jī)承擔(dān)無(wú)功出力,同時(shí)使得各雙饋風(fēng)機(jī)端電壓變化較為平均,建立各雙饋風(fēng)機(jī)電壓控制的目標(biāo)函數(shù)如下:
其中,uri是雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)中的第i個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)端電壓的預(yù)設(shè)值,取值為
其中,
(7-3-2)建立雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)中雙饋風(fēng)機(jī)的約束條件:
a、雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功功率的平衡約束:
其中,δqi為第i個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率改變量,
b、雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)潮流約束:
雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的潮流約束:
其中,rij為第i個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)與第j個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)之間的支路ij的電阻,xij為第i個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)與第j個(gè)雙饋風(fēng)機(jī)之間的支路ij的電抗,
經(jīng)參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓控制后外部的潮流約束:
c、經(jīng)參與電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓控制后各支路的容量約束以及雙饋風(fēng)機(jī)的電壓和容量約束:
其中,
(7-3-3)采用內(nèi)點(diǎn)法,求解上述步驟(7-3-1)和(7-3-2)中的優(yōu)化模型,得到各雙饋風(fēng)機(jī)的無(wú)功功率
(8)將tu重新設(shè)置為零,返回步驟(2),實(shí)現(xiàn)雙饋風(fēng)機(jī)風(fēng)電場(chǎng)參與電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓控制。