[发明专利]一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统

权利要求书

1.一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统，其特征在于，包括：

并网自适应调节层，接受上级控制中心下达的并网点电压调节指令，依据分钟级风功率预测信息预测并网点电压轨迹、计算场内未来时段的极限调压能力；

无功协调分配层，以辅助支撑并网点电压、保证其电压水平在规定范围内为目标，建立综合考虑并网点、汇集母线以及各风机出口处电压偏差影响的调压目标函数；利用秒级风功率预测信息求解无功需求量，在多类别设备间协调分配无功；

实时跟踪反馈控制层，风电场内风机依其所收到的指令与自身预测数据实施基于状态空间模型的模型预测控制，并实时采集反馈数据与参考数据进行对比分析，修正控制误差，以达到最优控制效果；

所述的以辅助支撑并网点电压、保证其电压水平在规定范围内为目标，具体为：

根据风电场并网点，汇集母线以及各风机出口电压与对应参考值之间偏差，建立综合考虑并网点、汇集母线以及各风机出口处电压偏差影响的调压目标函数；

选取并网点、汇集母线以及各风机出口电压作为状态变量无功功率变化作为控制输入，建立相应的状态空间单位阶跃响应模型；

基于上述预测模型，选取与并网点、汇集母线以及各风机出口电压对应的参考电压作为追踪目标，将调压目标函数转化为动态矩阵控制的开环优化问题，并采用二次规划方法进行求解；

所述建立综合考虑并网点、汇集母线以及各风机出口处电压偏差影响的调压目标函数，具体为：

其中：F代表调压目标函数，ΔV_PCC、ΔV_CB、ΔV_Wi分别表示并网点、汇集母线以及各风机出口电压与对应参考值之间偏差；W_PCC、W_CB、W_Wi分别为各偏差对应权重，n表示风机总数；

所述无功协调分配层的无功总体协调分配策略具体为：

当风电场节点电压不满足调压目标函数的约束条件时，采用预防控制，优先发挥SVG的快速无功补偿能力，调整各节点电压达到规定范围；

当风电场节点电压满足调压目标函数的约束条件时，采用优化控制，在进一步校正节点电压的同时进行快慢无功置换，最大化SVG动态无功储备，以应对潜在扰动。

2.如权利要求1所述的一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统，其特征在于，所述依据分钟级风功率预测信息预测并网点电压轨迹、计算场内未来时段的极限调压能力，具体为：

考虑有功变化引起的电压偏差，根据当前时刻电压值以及风功率预测信息，计算得到并网点电压预测变化轨迹；

结合风电场极限调压能力，在并网点电压预测变化轨迹的基础上叠加得到并网点极限调压曲线；

依据并网点电压调度指令与极限调压曲线自适应调节风场有功输出。

3.如权利要求2所述的一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统，其特征在于，如果并网点电压调度指令始终处于并网点极限调压上、下限之间，说明风场在现有无功能力的基础上能够实现并网点电压调度指令的追踪控制，此时保持风机最大功率追踪运行；否则，说明风场存在无功缺额，需优化调节有功出力，增大风机无功调节能力以优化支撑电网电压。

4.如权利要求1所述的一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统，其特征在于，所述建立相应的状态空间单位阶跃响应模型，具体为：

其中，为k时刻的并网点、汇集母线以及风机出口处电压实际量测值；ΔQ(k)为k时刻无功变化量；S_Q是无功电压变化系数矩阵；ΔP(k)表示k时刻有功变化量；S_P是有功电压变化系数矩阵；V(k+1)表示k+1时刻，并网点、汇集母线以及风机出口处电压预测变化序列；v(k+1)表示k+1时刻，并网点、汇集母线以及风机出口处电压预测值；M_ss和C是常系数矩阵。

5.如权利要求1所述的一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统，其特征在于，所述无功协调分配层的无功分配策略由上下两层协调实现，具体为：上层根据总体无功指令，在SVG与风电场之间协调分配无功；下层根据风电场无功指令，在风机之间协调分配无功。