[发明专利]一种风电接入电网的无功电压两级分区及控制方法

权利要求书

1.一种风电接入电网的无功电压两级分区及控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：获取电网数据及风电场运行的基础数据；

步骤2：对电网进行潮流计算，得到风电场对电网节点的无功电压灵敏度矩阵，根据风电场对节点电压影响程度不同，结合聚类算法实现风电场对电网电压控制的初级区域划分；

步骤3：判断所划分的初级区域是否有必要进行二次区域划分；

步骤4：结合步骤1中的风电场运行数据，获取需要进行二次区域划分的初级区域内每个风电场的无功电压控制能力，并计算出风电场的无功裕度；

步骤5：构建风电场无功裕度指标、无功电压控制能力指标以及无功电压灵敏度指标；

步骤6：基于步骤5中构建的3个关键指标，构建初级区域内风电场二次分区指标，并计算出初级区域内每个风电场对每个节点的二次分区指标值；

步骤7：比较步骤6中初级区域内各风电场二次分区指标的大小，完成风电场无功电压控制区域二次划分；

步骤2中，风电场对电网电压控制的初级区域划分应首先获取风电场的无功电压控制空间，并计算待分区节点间的欧式距离，最后采用聚类分析方法完成初级区域划分；

步骤2中，风电场对电网电压控制的初级区域划分通过以下步骤来完成：

首先获取风电场j对集合n内各节点电压的无功-电压灵敏度S_ij，其表征风电场j对每个节点的电压控制能力，将其作为风电场无功电压控制空间中的一维；

其中i代表第i个节点，j代表第j个风电场；V_i表示节点i的电压，其中i＝1,2,…，n；Q_j表示第j个风电场注入电网的无功功率；表示节点i的电压对节点j无功功率的灵敏度；

其次，构建电网中风电场对全部节点的无功电压控制空间，将每一个风电场对集合n内所有节点的控制能力作为风电场无功电压控制空间矩阵的一维，得到：

其中，M_VQ为电网中所有风电场的无功电压控制空间；m为电网中风电场个数，n为电网节点个数；V_i表示节点i的电压，其中i＝1,2,…，n-1，n；Q_j表示第j个风电场注入电网的无功功率，其中j＝1，2,…,m-1,m；表示节点i的电压对节点j无功功率的灵敏度；在无功电压控制空间M_VQ中，列向量表示该列对应的风电场对全网节点的无功电压控制能力，如第m列表示全网所有节点对第m个风电场的无功电压灵敏度；行向量表示该行对应的电网节点受不同风电场注入无功时的电压影响程度，如第n行表示第n个节点对全网所有风电场的无功电压灵敏度；

再次，对无功电压灵敏度进行对数处理：

l_ij＝-lg|S_ij| (3)

其中l_ij为对第i个节点对第j个风电场无功电压灵敏度进行对数处理后的值；

对公式(2)采用公式(3)的处理方式，得到：

其中，从而为进行对数处理后的无功电压控制空间；l_ij为对第i个节点对第j个风电场无功电压灵敏度进行对数处理后的值，特别指出的是i＝1,2,…，n-1，n，代表电网中节点个数取值；j＝1，2,…,m-1,m，代表电网中风电场个数取值；

紧接着，以两个待分区节点p和k为例，计算两个节点之间的欧式距离D_pk，

式中(x_p1,x_p2,…,x_pr)与(x_k1,x_k2,…,x_kr)分别为两个待分区节点p和k的坐标矢量，其值从公式(4)得出；其表征为不同风电场对节点p和k的无功电压的影响程度，r代表第r个风电场；

最后，以欧氏距离为对象，采用聚类分析的方法实现风电场无功电压控制区域的初级划分；

步骤3中，初级区域是否有必要进行二次区域划分取决于该区域是否含有2个及两个以上风电场，若包含2个及2个以上的风电场，则需要进行二次区域划分，否则不需要进行二次区域划分；

步骤4中的无功电压控制能力R(j)由风电场业主提供，且对风电场的无功电压控制能力分级如下：当1≤R(j)1.8时，控制能力为“优”；当1.8≤R(j)2.6时，控制能力为“良好”；当2.6≤R(j)3.4时，控制能力为“一般”；当3.4≤R(j)4.2时，控制能力为“合格”；当4.2≤R(j)≤5时，控制能力为“不合格”；

步骤4中的风电场无功裕度Q_RPR由公式(6)计算得出：

其中S为风电场的视在功率，P为风电场发出有功功率；

步骤5中，基于风电场实际运行数据以及电网运行数据，定义风电场无功裕度指标、无功电压控制能力指标以及无功电压灵敏度指标；其中，定义某初级区域内第k个风电场的无功裕度指标Q_k为：

式中，q_k为初级区域内第k个风电场中所有风电机组的无功裕度，μ_q为区域A内所有风电场无功裕度的平均值，该指标为极大型指标；

定义风电场无功电压控制能力指标E_k为：

式中，e_k＝5-R_k为初级区域内第k个风电场的无功电压控制能力R_k通过减法一致化法化为极大型指标后的值；μ_e为初级区域内所有风电场e_k的平均值；

定义无功电压灵敏度指标I_nk：

式中，i_nk＝△U_n/△Q_K为初级区域内第k个风电场对该区域内第n个节点的Q-U灵敏度，μ_ni为初级区域内所有风电场对第n个节点的Q-U灵敏度的平均值，该指标为极大型指标；

步骤6中的初级区域内风电场二次分区指标由无功裕度指标、无功电压控制能力指标以及无功电压灵敏度指标综合得到；其重要程度不减排序为无功电压控制能力指标、风电场无功裕度指标以及无功电压灵敏度指标，其权重由层次分析法得到，判断矩阵如式(10)所示：

其中，J为风电场二次分区指标权重判断矩阵，根据判断矩阵，得到某初级区域内第k个风电场在第n个节点处的二次分区指标值Z_nk，

Z_nk＝0.396Q_k+0.33E_k+0.274I_nk (11)

步骤7中通过比较二次分区指标值的大小，完成风电场无功电压控制区域的二次划分；具体来说，二次分区指标值越大，表示此风电场更被期望优先参与节点的无功电压调节；对于初级区域I内的节点p来说，比较该区域内的所有风电场对节点p的二次分区指标值，值越大的风电场优先参与该节点的无功电压控制，即节点p属于较大二次分区指标值风电场的二次无功电压控制区域；藉此，将含有两个及两个以上风电场的初级区域划分为每个区域有唯一风电场的二次无功电压控制区域。

2.根据权利要求1所述的风电接入电网的无功电压两级分区及控制方法，其特征在于：步骤1中，电网数据包括电网拓扑、线路参数、变压器参数、负荷参数以及无功补偿装置容量；风电场运行基础数据包括有功功率、无功功率以及无功电压控制能力。