[发明专利]风电集中接入时风场与枢纽站时间序列协调控制的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风电集中接入区域内风电场与枢纽变电站时间序列协调控制的方法,属于电力系统自动电压控制技术领域。

背景技术

由于煤炭资源的短缺,世界各国纷纷投入大量的人力、物力探索新的能源利用模式，风能成为世界公认的具有极大发展潜力的的绿色能源之一。

目前风机接入电网的方式有两种，一种是通过建立风电场，场内风机经过变电站大规模集中并入中压网络，另外一种是采用分布式的方式，将各个风机接入低压网络，直接给终端用户供电。其中第一种方式可以产生集中的、客观数量的发电功率，在全球范围内得到了大规模的应用，比较成功的案例是丹麦，到现在为止，风力发电所占比例已经超过20%，预计在2020年，风力发电会占到50%及以上，第二种方式在智能配电网中有着较好的发展前景。在中国，风力发电主要是以大规模集中并网的模式，虽然风力发电有很多优势，但仍存在一些技术问题有待解决。其中比较突出的就是不少风电场因为电压问题而连锁脱网，自动电压控制（AVC，Automatic Voltage Control）系统，被认为是解决风电区域电压问题的一个有效方法。

主流的自动电压控制主要有三种模式：

第一种是以德国RWE电力公司代表二级控制，没有所谓分区控制，最优潮流（OPF）的优化计算结果直接发到各电厂进行控制。在调度控制中心中，OPF基于状态估计，实时运行在EMS的最高层次上，直接实现考虑运行约束以网损最小为目标的全局无功优化控制。这种模式虽然控制简单，但完全依赖OPF，AVC的运行可靠性难以保证。OPF作为静态优化计算功能，主要考虑电压上下限约束和网损最小化。如果完全依赖OPF，则AVC难以对电压稳定性进行协调，完全依赖OPF，无法确保电压稳定性。OPF模型计算量大，计算时间较长。当系统中发生大的扰动、负荷陡升或陡降时，如果完全依赖OPF，则AVC的响应速度不够，控制的动态品质难以保证。

第二种是以法国EDF的三级电压控制模式，其研究和实施始于上世纪70年代，经历了三十余年的研究、开发和应用，是目前国际上公认为最先进的电压控制系统。在1972年国际大电网会议上，来自EDF（法国电力公司）的工程师提出了在系统范围内实现协调性电压控制的必要性，详细介绍了法国EDF以“中枢母线”、“控制区域”为基础的电压控制方案的结构，电网被划分成若干解耦的控制区域，整个控制系统分为三个层次：一级电压控制（PVC,Primary Voltage Control），二级电压控制（SVC,Secondary Voltage Control）和三级电压控制（TVC,Tertiary Voltage Control）。该控制模式得到了很好的应用，但是该模式仍存在缺点，这是因为区域的二级电压控制（SVC）是基于电力系统无功电压的局域性而开发的，而区域间无功电压是有耦合的，因此控制系统的质量在根本上取决于各区域间无功电压控制的耦合程度。但是，随着电力系统的发展和运行工况的实时变化，设计时认为相对解耦的区域并非一成不变，而且以固定控制参数形式存在的控制灵敏度更是随运行工况而实时变化，因此这种以硬件形式固定下来的区域控制器难以适应电力系统的不断发展和实时运行工况的大幅度变化，因此难以持久地保证有良好的控制效果。

第三种是清华大学电机系调度自动化实验室提出了基于“软分区”的三级电压控制模式，该模式已经在国内十六个网、省级电网中得到广泛应用，并成功推广到北美PJM电网的电压控制中。由于地区电网本身具有主网（220kV对电网）环网运行，110kV电网辐射运行的特点，因此地区电网已经具备了天然的分区特性，这种“分区”也是随着电网的运行方式变化的。因此，基于软分区的三级电压控制模式得到广泛的应用。

在通常情况下，风电场所在区域都没有火电厂，并且风电场大多通过220kV枢纽变电站接入电网，在二级控制的层面上，参与二级控制的主要对象包括风电场和220kV枢纽变电站。

对于风电场而言，一般采用协调二级电压控制（Coordinated Secondary Voltage Control，简称CSVC）模型（参见《电力系统分级无功电压闭环控制的研究》（郭庆来，清华大学博士论文，页码57-64）。一方面保证二级电压控制尽可能追踪三级电压控制的目标，另一方面保证足够的无功域度。

对于变电站而言，其控制手段主要是充分考虑各种现场运行条件和约束闭锁条件，基于控制规则的专家系统进行决策，生成变电站内电容器投切、变压器分接头档位、静止无功补偿装置指令。