[发明专利]一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法

权利要求书

1.一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法，其特征在于，根据电力系统中风电场AVC的精确数学模型的性能特点，对电力系统进行基于近似线性化的双馈风场AVC协调分区图控制，通过对潮流约束进行近似线性化得到各控制手段对PCC状态变化的灵敏度关系，进而计算出双馈风场AVC的协调控制分区图并对各分区进行不同的控制方式。

2.如权利要求1所述的一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对数据初始化：

设风机无功、电容器投切与变压器分接头调节三者的待调节量分别为ΔQ_tur、ΔQ_cap、Δt_tap；公共连接点PCC的电压增量与无功增量分别为ΔU_pcc和ΔQ_pcc；

当前系统中双馈风场共有n个节点，第i个节点注入有功为P_i、无功为Q_i、电压为U_i、功角为θ_i，其中i＝1,2,...,n；当前PCC的电压为U_pcc、无功为Q_pcc；投入电容器容量为Q_cap；变压器分接头档位为t_tap；风机群在当前风速下的有功出力为P_tur、无功出力为Q_tur；

2)确定约束条件

该双馈风场系统应满足潮流约束，如式(1)、式(2)所示：

Pi=UiΣj∈iUj(Gijcosθij+Bijsinθij)---(1)]]>

Qi=UiΣj∈iUj(Gijsinθij-Bijcosθij)---(2)]]>

式中：节点i和j之间的功角θ_ij＝θ_i-θ_j，G_ij为节点i和j之间的电导，B_ij为节点i和j之间的导纳，G_ii为节点i的自导纳，B_ii为节点i的自导纳，式中的θ_i、G_ij、B_ij、G_ii、B_ii均为已知量；

PCC的U-Q可行域必需在阈值以内，如式(3)、式(4)所示：

U_min≤U_pcc≤U_max         (3)

Q_min≤Q_pcc≤Q_max         (4)

式中：U_min和U_max分别为PCC电压值的下限和上限；Q_min和Q_max分别为PCC无功值的下限和上限；

3)将约束条件近似线性化：

利用灵敏度法将潮流约束在PCC处进行近似线性化，如式(5)、式(6)所示：

∂Upcc∂QturΔQtur+∂Upcc∂QcapΔQcap+∂Upcc∂ttapΔttap=ΔUpcc---(5)]]>

∂Qpcc∂QturΔQtur+∂Qpcc∂QcapΔQcap+∂Qpcc∂ttapΔttap=ΔQpcc---(6)]]>

求解式(5)、式(6)，得到当系统内各节点电压接近1时，各节点调节手段对PCC状态变化的灵敏度近似满足如式(7)所示的结果：

∂Upcc∂Qtur:∂Qpcc∂Qtur≈∂Upcc∂Qcap:∂Qpcc∂Qcap≈∂Upcc∂ttap:∂Qpcc∂ttap---(7)]]>

即PCC的ΔU和ΔQ总是成比例变化的；

4)计算协调控制分区图：

根据步骤3)得出的各节点调节手段ΔQ_tur、ΔQ_cap、Δt_tap对PCC状态变化的灵敏度，确定PCC的U-Q可行域边界(U_max、U_min)、(Q_max与Q_min)与控制极限边界如式(8)、式(9)所示：

Q＝k·(U-Q_min)+U_max          (8)

Q＝k·(U-Q_max)+U_min          (9)

式中：

k=(∂Upcc/∂Qtur)(∂Qpcc/∂Qtur)---(10)]]>

根据式(8)、式(9)将整个U-Q平面分为5个双馈风场AVC的协调控制区域Z0-Z4，Z0-Z4的边界可分别由式(11)-式(15)表示：

Z0:Qmin≤Q≤QmaxUmin≤U≤Umax---(11)]]>

Z1:Q>k·(U-Qmin)+UmaxQ<k·(U-Qmax)+Umin(U<Umin)∪(Q<Qmin)---(12)]]>

Z2:Q>k·(U-Qmin)+UmaxQ<k·(U-Qmax)+Umin(U>Umax)∪(Q>Qmax)---(13)]]>

Z3:Q≤k·(U-Q_min)+U_max          (14)

Z4:Q≥k·(U-Q_max)+U_min          (15)

5)确定各区域控制方法并计算各区域对应的调节量ΔQ_tur、ΔQ_cap、Δt_tap：

根据各区域的控制方法，采用步骤3)中式(5)、式(6)计算出风机无功、电容器投切与变压器分接头调节的具体调节量ΔQ_tur、ΔQ_cap、Δt_tap对各区域实施控制。

3.如权利要求2所述的一种双馈风场自动电压控制系统的协调分区图控制方法，其特征在于，所述步骤5)各区域的控制方法如下：

①区域Z0：为正常运行区域，不需要附加额外控制；

②区域Z1：为欠补区域，按增加双馈风机无功、投入电容器、降低变压器分接头的优先顺序调节，使PCC状态点调整到区域Z0的状态内；

③区域Z2：为过补区域，按减少双馈风机无功、切除电容器、抬高变压器分接头的优先顺序调节，使PCC状态点调整到区域Z0的状态内；

④区域Z3：为PCC状态位于控制极限边界以上，在风速与电网电压不变时，已有控制手段将无法调整PCC状态到合格区域Z0；在优先满足电压限制的前提下，尽可能满足无功约束，即将控制目标修正为U＝U_max；若当前U＜U_max，则控制方法与Z1相同；反之与Z2相同；

⑤区域Z4：为PCC状态位于控制极限边界以下，与区域Z3类似，控制手段无法同时满足U-Q约束的要求，控制目标修正为U＝U_min；若当前U＜U_min，则控制策略与Z1相同；反之，与Z2相同。