兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的statcom控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及風(fēng)電場無功電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，具體設(shè)及一種兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓 調(diào)節(jié)的STATC0N控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展越來越迅速，隨著風(fēng)力發(fā)電的普及W及容量的不斷增 加，風(fēng)力發(fā)電導(dǎo)致的電網(wǎng)電壓波動問題日趨嚴(yán)重。目前，為了有效抑制風(fēng)速的波動性帶來的 電壓波動，通常在風(fēng)電場出口側(cè)母線加裝STATCOM。一般的STATCOM電壓控制策略跟蹤風(fēng)電 場出口側(cè)電壓，迅速輸出或吸收無功W平抑電壓波動，然而該策略只考慮了風(fēng)電場出口側(cè) 的電壓波動，沒有考慮到全網(wǎng)的電壓波動和質(zhì)量，尤其在配電網(wǎng)福射型的結(jié)構(gòu)下，不僅要考 慮到風(fēng)電場出口側(cè)的電壓質(zhì)量，同時要兼顧線路其他節(jié)點的電壓波動，提高全網(wǎng)的電壓水 平，W達(dá)到最優(yōu)的STATCOM無功補償效果。為了進一步有效抑制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電壓波動W及 更好的利用風(fēng)電場出口側(cè)STATCOM容量，需要研究一種兼顧風(fēng)電場與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的 STATCOM控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 發(fā)明目的；本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種兼顧風(fēng)電場 和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATCOM控制方法。
[0004] 技術(shù)方案；本發(fā)明的一種兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)路節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATCOM控制方法， 具體包括W下步驟：
[000引 （1)當(dāng)電網(wǎng)配備有多個STATCOM時，針對節(jié)點電壓的波動，對各個STATCOM的調(diào)節(jié) 范圍進行分區(qū)，采用分區(qū)處理能夠避免對所有STATCOM進行電壓調(diào)節(jié)，提高工作效率；
[0006] 似對分區(qū)后的單個STATCOM管轄范圍內(nèi)的局部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，采用基于節(jié)點電壓越 限的電壓控制法，收集節(jié)點的電壓數(shù)據(jù)并通過依據(jù)算法調(diào)整巧,來調(diào)控?zé)o功，使得最大限 度保障區(qū)域內(nèi)節(jié)點電壓不越限，其中，巧為目標(biāo)電壓整定值；
[0007] 做依據(jù)目標(biāo)函數(shù)尋找STATCOM的最優(yōu)電壓整定值町be,t，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓平均 波動率最低。
[000引進一步的，所述步驟（1)中采用節(jié)點電壓靈敏度來表示STATCOM對于全網(wǎng)節(jié)點電 壓的影響因子，并采用模糊聚類法對各個STATCOM的調(diào)節(jié)范圍進行分區(qū)，確定各個STATCOM 的調(diào)節(jié)范圍。
[0009] 其中，采用模糊聚類法對各個STATCOM的調(diào)節(jié)范圍進行分區(qū)的具體過程如下：
[0010] 節(jié)點電壓靈敏度主要用來衡量節(jié)點i無功變化對于節(jié)點j電壓波動的影響，通常 采用牛頓拉夫遜法中雅克比矩陣元素來表示。在采用極坐標(biāo)方式表示牛頓拉夫遜法的迭代 方程為：
[0011]
【主權(quán)項】
1. 一種兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATCOM控制方法，其特征在于：具體包括 以下步驟： (1) 當(dāng)電網(wǎng)配備有多個STATCOM時，針對節(jié)點電壓的波動，對各個STATCOM的調(diào)節(jié)范圍 進行分區(qū)； (2) 對分區(qū)后的單個STATCOM管轄范圍內(nèi)的局部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，采用基于節(jié)點電壓越限的 電壓控制策略，收集節(jié)點的電壓數(shù)據(jù)并通過依據(jù)算法調(diào)整以調(diào)控STATCOM輸出無功， 使其最大限度保障區(qū)域內(nèi)節(jié)點電壓不越限，其中，UL,為STATCOM目標(biāo)電壓整定值； (3) 依據(jù)目標(biāo)函數(shù)尋找STATCOM的最優(yōu)電壓整定值Usbest，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓平均波動 率最低。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATCOM控制方法，其特 征在于：所述步驟（2)中控制區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓不越限的具體過程為： 通過檢測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓的波動趨勢來判斷STATCOM整定值的調(diào)節(jié)方向，并通過逐 步縮小步長Δ?/^ι的方式改變的整定值； 其
為電網(wǎng)電壓最大偏差值，At為STATCOM調(diào) 節(jié)周期，AiTlx為上一次STATCOM整定值變化引起的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓最大變化量， Δ?7_=ΠΒχ{|ΔΜ|,|ΔΜ|,···|Δ?/；|}，Δ?Τ；為節(jié)點i的電壓與電壓標(biāo)準(zhǔn)值的偏差值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATCOM控制方法，其特 征在于，所述STATCOM整定值調(diào)節(jié)的具體過程為： (21) 采集各個節(jié)點電壓值M，并與節(jié)點電壓參考值做差獲取t時刻i節(jié)點電 壓偏差量M/丨=M-同時，采集風(fēng)電場有功變化量 <,=忠-$廣和無功變化量 Δβ；,.=么-么f，M和％分別指t時刻的節(jié)點電壓值和電壓參考值，<、仏為七時刻 i節(jié)點接入的風(fēng)電場有功和無功出力值； (22) 考察風(fēng)電場有功無功出力變化與各個節(jié)點的電壓偏差量：若由于風(fēng)機出力變化 或者外部電網(wǎng)波動導(dǎo)致節(jié)點電壓偏差量|ΔΚ Ι>ειη3Χ，即超出該電網(wǎng)對于電壓不超過土 ε _ 的要求，啟動STATCOM無功調(diào)節(jié)，否則經(jīng)過Λ t的檢測周期后轉(zhuǎn)步驟（21)繼續(xù)檢測網(wǎng)絡(luò)節(jié) 點電壓信息和風(fēng)電場有功和無功出力信息； (23) 若Δ?Τ； <0且I AR |> Smax，即該節(jié)點電壓具有下降趨勢，則上調(diào)STATCOM整定值 若Δ/7/ > 0且I Δ?Τ； |> Smax，即該節(jié)點電壓具有上升趨勢，則下調(diào)STATCOM整定值， 然后檢測AR是否滿足I AU) ISsmax條件，滿足轉(zhuǎn)步驟（25)，否則轉(zhuǎn)步驟（24)，其中 AtC；/為STATCOM的調(diào)節(jié)步長，該調(diào)節(jié)步長隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的電壓變化而變化； (24) 若經(jīng)過單次STATC0M整定值調(diào)節(jié)，目標(biāo)節(jié)點仍不能回歸電壓偏差限內(nèi)，則需要 進行連續(xù)STATC0M整定值調(diào)節(jié)，逐次修改以及STATC0M整定值，即重復(fù)步驟 (21)~（23)直至目標(biāo)節(jié)點電壓誤差I(lǐng) ΔΚ Icsmax，然后停止調(diào)節(jié)接著轉(zhuǎn)至步驟（25);若在對 于目標(biāo)節(jié)點調(diào)節(jié)過程中，STATC0M無功輸出這達(dá)到無功輸出或吸收的容量上限Qsmax，則停 止RU整定值的改變，維持上一周期的值，同時轉(zhuǎn)至步驟（25); (25) 當(dāng)風(fēng)機出力和節(jié)點電壓的變化較大時，控制策略優(yōu)先保證STATC0M控制范圍內(nèi)節(jié) 點均滿足|ΔΚ?<ε_條件，即重復(fù)進行步驟（21)~（24)進而保證電壓不越限； 當(dāng)風(fēng)機出力和節(jié)點電壓的變化趨于平穩(wěn)，即滿足|Δ0, l<Km I、I△么,|<|Δ^ιη I和 丨Δ" |< ε_條件，則轉(zhuǎn)為尋找全網(wǎng)最小電壓波動率的優(yōu)化控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATC0M控制方法，其特 征在于：所述步驟（3)中控制網(wǎng)絡(luò)平均節(jié)點電壓波動率最小時，首先以區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的平均電 壓波動率作為優(yōu)化目標(biāo)，控制變量為STATC0M的目標(biāo)電壓整定值，然后對目標(biāo)節(jié)點的 電壓以及風(fēng)機出力進行監(jiān)控，最后在保證區(qū)域內(nèi)節(jié)點電壓不越限的基礎(chǔ)上，通過尋找最優(yōu) 電壓整定值以獲得STATC0M控制區(qū)域內(nèi)電壓波動最?。? 其中，尋找最小電壓波動率的目標(biāo)函數(shù)如下：
式中：m為STATC0M調(diào)控區(qū)域內(nèi)的節(jié)點個數(shù)，U丨為第i個節(jié)點在t時刻的電壓，Uiref為 t時刻的系統(tǒng)參考電壓，δ 節(jié)點電壓越界罰函數(shù)，保證系統(tǒng)優(yōu)化過程中不出現(xiàn)節(jié)點越限 的情況，且：
AU丨為節(jié)點i的電壓誤差，ε_為該電網(wǎng)電壓最大誤差限，M為常數(shù)且M>1，同時優(yōu)化 目標(biāo)函數(shù)需要滿足一系列約束條件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATC0M控制方法，其特 征在于：所述優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)需要滿足的約束條件具體為： 潮流方程約束為：
式中：Jf和0分別指t時刻注入節(jié)點i的有功功率和無功功率，[^和C7；為t時刻的 i節(jié)點和j節(jié)點的電壓，GjP B u為線路ij的電導(dǎo)和電納，Θ〗為t時刻節(jié)點i與j的相角 差； 風(fēng)機出力約束為：
JA1hT :rci、rcimintiA/X r Cimaxyj τπ?指雙饋異步風(fēng)電機組在t時刻的有功出力和有功出力 上下限，QeA Qeimin以及Qeimax分別指雙饋異步風(fēng)電機組在t時刻的無功出力和無功出力上 下限； 目標(biāo)節(jié)點電壓約束：
式中：t//指t時刻目標(biāo)節(jié)點電壓，和ε _分別為節(jié)點母線電壓參考值和最大誤 差限； STATCOM控制變量約束：
式中：Re/、^<_和分別為t時刻STATC0M電壓整定值和電壓整定最低值 和最高值，β、0_和Q smax分別為t時刻STATCOM無功輸出值和STAT0CM容量上下限。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATCOM控制方法，其特 征在于：所述步驟（3)中控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓波動率最小的具體過程為： (31) 采集各個節(jié)點電壓值^，并與節(jié)點電壓參考值做差獲取t時刻i節(jié)點 電壓偏差量AW 采集風(fēng)電場有功變化量ΔΡ〗;=^-Ρ』廣和無功變化量 (32) 若<0且I Δ?7丨|> ειη3Χ，則該節(jié)點電壓具有下降趨勢，然后上調(diào)STATCOM整定 值以L/，即 GL/ = A"二； 若Μ/；>0且ΙΔΙΤ； |>ε_，則該節(jié)點電壓具有上升趨勢，然后下調(diào)STATCOM整定值 ，即％%/= -Δ";/，由此確定最優(yōu)STATCOM整定值的搜索方向； (33)最后根據(jù)確定的搜索方向，依據(jù)目標(biāo)函數(shù)以及優(yōu)化控制算法尋找網(wǎng)絡(luò)最小電壓波 動率所對應(yīng)的STATCOM整定值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATC0M控制方法，其特 征在于：所述步驟（33)中的尋找搜索網(wǎng)絡(luò)最小電壓波動率的過程分為粗調(diào)和微調(diào)兩個部 分： 所述粗調(diào)階段的過程為： 考慮到系統(tǒng)設(shè)備負(fù)擔(dān)，設(shè)每次最大探索次數(shù)為nmax，設(shè)與STATC0M電壓參考值?/：·ε/: 相對應(yīng)的全網(wǎng)電壓波動率為f\初始步長為AUL/，假設(shè)節(jié)點電壓具有下降趨勢，即 +△%<，依據(jù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)計算其對應(yīng)的函數(shù)值為f t+A t，若ft+A 乂產(chǎn)，則將 作為新的電壓參考值，并繼續(xù)探索；若經(jīng)過η次探索，ft+nAΛ1，表示STATC0M電 壓最優(yōu)參考值最優(yōu)整定值搜索轉(zhuǎn)為區(qū)間內(nèi)微調(diào)階段； 所述微調(diào)階段的具體過程為： 通過縮小STATC0M電壓參考值步長在區(qū)間尋找最優(yōu)STATC0M電壓整定 值，即 AC/：: = λΔ?/^1-1)Af，0 < λ < 1; λ為步長控制因子，經(jīng)過多次縮小步長探索，若第k+1次縮小步長時，滿足 ft+(n+k+1) Δ t>ft+(n+!d Δ t且 f t+fn+k-? Δ t>ft+(n+!d Δ t條件，則選定第讓次 STATC〇M 參考電壓值為最優(yōu) 參考值 Usbest，即^si = +λ??/：^ ; 若持續(xù)探索尋找不到最優(yōu)參考值，則認(rèn)為第nmax次縮小步長后的STATC0M參考電壓值 為最優(yōu)參考值 Usbest,即 CZsfcsi = = c/(re/ +λ^Δ^/：^。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種兼顧風(fēng)電場和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓調(diào)節(jié)的STATCOM控制方法，具體包括以下步驟：(1)當(dāng)電網(wǎng)配備有多個STATCOM時，對各個STATCOM的調(diào)節(jié)范圍進行分區(qū)；(2)對分區(qū)后的單個STATCOM管轄范圍內(nèi)的局部網(wǎng)絡(luò)節(jié)點調(diào)控?zé)o功，使得最大限度保障區(qū)域內(nèi)節(jié)點電壓不越限；(3)尋找STATCOM的最優(yōu)電壓整定值，使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓平均波動率最低。本發(fā)明與傳統(tǒng)的面向風(fēng)電場接入點電壓調(diào)節(jié)策略相比，能夠?qū)崿F(xiàn)降低全網(wǎng)節(jié)點電壓波動，提高網(wǎng)絡(luò)節(jié)點電壓水平，從而提高網(wǎng)絡(luò)運行質(zhì)量的目的，同時有效利用了STATCOM快速反應(yīng)的特點，增強了電網(wǎng)的健壯性和安全性，實現(xiàn)了兼顧電網(wǎng)電壓波動與風(fēng)電場出口側(cè)波動調(diào)節(jié)的目標(biāo)。
【IPC分類】H02J3-16
【公開號】CN104638654
【申請?zhí)枴緾N201510053805
【發(fā)明人】蔣平, 馮士睿
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月2日