[发明专利]一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统

说明书

本发明公开了一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统，包括：自适应调节层，依据风电场调节能力与并网点电压波动轨迹预测，提出一种并网点电压自适应调节策略；无功分配层，在无功需求容量求解基础上，给出一种可考虑各机组无功调节裕度的改进比例分配策略；实时控制层，依据状态预测与参考、反馈信息实时修正控制误差。通过分层MPC，各层内不同时间级的预测信息可被高效利用，各层间不同时间尺度的控制可得到有效协调。基于PSCAD的仿真分析结果验证了论文所提方法的有效性。

技术领域

本发明涉及风电场无功电压分层协调控制技术领域，特别是涉及一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统。

背景技术

受风资源分布影响，大量规模化风电场群远离负荷中心，由电网末端接入，与系统间呈现弱连接关系，缺乏来自于系统侧坚强、有效的支撑。由此导致其电压调节易受风电场侧与系统侧波动的影响，是友好型风电场并网运行中所面临的关键问题。

作为当前风电场的主流机型，双馈风力机(double-fed induction generator，DFIG)自身即具有一定的动态无功补偿能力，应当在风电场侧的电压控制中充分利用其无功调节能力。另一方面，包含风机在内，电容器、静止无功发生器(static var generator，SVG)等多种类型无功补偿设备被广泛应用于风电场，使得风电场的无功协调面临极大挑战，成为风电无功电压调节的关键性难题之一，受到工程与学界的广泛关注。

现有风电场内部多设备间的无功电压协调控制研究已取得了诸多有效成果，但过往多数研究仅以当前断面状态进行优化控制，并未考虑调节过程对未来状态的影响，易出现控制滞后等问题。然而，模型预测控制(MPC)可在系统当前运行状态基础上，同时考虑系统未来一段时间内的运行的状态，实现当前和未来有限时段的最优控制。目前，MPC在风电、微网的调度运行中已有部分应用研究。在风电无功电压控制中，稀有金属利用模型预测控制，实现了风电场中DFIG、SVC/SVG以及变压器分接头的协调控制。现有技术针对与电网连接较弱的风电场，利用模型预测控制实现了并网点电压调节。但风电场电压等级较低，线路R/X比值较大，节点电压同时受到有功和无功出力影响。为此，针对有功在风电场电压控制中的影响，现有技术采用模型预测控制同时调节风电场有功和无功出力，实现了风电场中节点电压偏差最小，动态无功储备最多的控制目标。现有技术结合有功预测信息，采用模型预测控制协调了风电场中SVG和DFIG等无功补偿设备。上述研究推动了MPC在风电场电压控制中的应用，但依然存在下述几方面问题：

首先，已有的MPC电压控制中缺乏对风机之间的无功协调与分配以及可能出现的无功调节能力不足的考虑，而无功调节能力不足极易引起控制失效。

其次，现有风电电压控制中对有功预测信息的考虑不足或处理较为粗糙，特别对于预测误差的影响，或未有计及，或过于保守，需要进一步细化研究。

最后，在机组无功分配方面，多采用等比例方式，该方式易引起有功出力多的机组饱和，而有功出力少的机组未能充分发挥其无功调节能力。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统，通过分层MPC，各层内不同时间级的预测信息可被高效利用，各层间不同时间尺度的控制可得到有效协调。

本发明的第一目的是公开一种基于分层MPC的风电无功电压协调控制系统，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；