风电场群的无功电压协调控制策略
大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略
大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略摘要：我国风电场一般处于电网末端，所连接电网相对薄弱，因此，电压稳定性也较电网其他部分弱。
当风电接入容量较大时，本地负荷无法消耗更多的有功功率，大量有功功率需通过长距离外送到负荷中心，因此需要大量无功支撑。
当前局部地区无法提供足够的无功支撑时，电网电压稳定性将会显著降低。
当前国内外的研究主要集中在风电接入引起的电压无功问题上，主要从几个研究层面展开:利用各种无功补偿装置提高风电场无功电压性能;从风电场或风电场群的角度出发，制定了相应的风电场无功控制方案和措施。
关键词：风电机组；无功补偿；电压控制；紧急控制；根据实际风电外送电网拓扑和参数建模，仿真重演了风电机组连锁脱网事故的暂态过程；分析了该暂态过程中风电机组和无功补偿装置的动态无功响应能力。
提出了综合考虑以上动态无功响应能力的大规模风电场全过程无功电压紧急控制策略：在电压跌落期间，风电机组网侧变流器基于电压变化量提供实时动态无功支撑，以缓解电压跌落；在故障切除之前，主动切除部分无功补偿装置来抑制暂态过电压；在故障恢复阶段，根据电压判据重新投入无功补偿装置，为系统提供无功调节能力。
一、分析电网故障期间ＳＶＣ和风电机组无功输出能力1.ＳＶＣ无功输出能力分析。
以较为典型的晶闸管投切电容器＋晶闸管控制电抗器（ＴＳＣ＋ＴＣＲ）型ＳＶＣ来说明其无功输出特性。
其向系统注入的无功功率为：式中：ω为角频率；Ｃ为投入电容大小；Ｖ为端电压；α为ＴＣＲ的触发角；ＸＬ为电感。
由上式可以看出，ＳＶＣ吸收或发出的无功功率与端电压的平方成正比。
当系统严重低电压时，ＳＶＣ的电压调节器会发出较大的电纳参考值而使其输出最大容性无功功率；由于ＳＶＣ含有相当容量的储能元件，其时滞影响导致无法实现瞬时无功控制，当故障切除时，电纳参考值过高会导致ＳＶＣ发出过量的无功功率，从而使系统出现严重过电压。
2.风电机组无功输出能力分析。
双馈风电机组在正常情况下的无功输出能力已有大量文献研究，在此不作过多赘述。
双馈风电场无功电压协调控制策略
双馈风电场无功电压协调控制策略摘要：针对风能随机变化的特性以及双馈风力发电机动态无功调节能力随有功功率的变动而存在的波动性，提出一种新型的无功电压控制策略。
该策略首先基于风功率预测数据对电容器进行投切控制，进而分析双馈风机的ＰＱ关系曲线，并配合静止无功补偿器对风电场进行实时的功率调控，实现无功电压的控制。
该改进可显著提高并网点电压的合格率，减少电容器的投切次数。
实时风速扰动风电场系统的仿真结果验证了上述策略的正确性和有效性。
关键词：双馈感应发电机；协调控制；电容器投切；静止无功补偿器引言随着大规模风电的并网，风速的不确定性和波动性给电网的安全稳定运行和经济调度带来了一系列问题，无功电压问题就是其中最突出和最受关注的问题之一。
风电场并网点电压波动难以通过电容器或电抗器的投切得到有效平抑，文献[1]提出改善双馈风电场并网暂态电压稳定性的一般措施。
文献[2]研究了影响STATCOM电压调节器性能的诸多因素，在风电场升压站装设STATCOM能够增强双馈风电场的无功电压调节能力。
鉴于风电场的无功控制在保持电网电压稳定性，促进电网故障快速恢复具有重要作用。
因此，迫切需要深入研究双馈风电场的无功电压协调控制策略。
1无功电压协调控制策略的基本思路目前，双馈风电场的无功电压调控手段主要包括有载调压变压器、集中补偿电容器组、DFIG和动态无功补偿装置等。
并联电容器组和有载调压变压器（on-loadtapchanger,OLTC）等离散设备投切动作时限相对较长，只能实现阶跃性的分段控制，难以精确调节，可用于静态调控。
与之相比，DFIG以及SVC等动态设备具有快速调节能力，能迅速平抑风电场的无功电压波动，具有快速灵活的无功功率调节能力。
然而目前我国风电场中的DFIG通常情况下运行在恒功率因数方式下，导致其快速灵活的无功调节能力没有得到充分发挥。
所以，本文从双馈风电机组自身结构出发，研究其与无功补偿设备间的协调控制策略，同时可以保证风机运行的可靠性。
基于模型预测控制的风电场无功电压协调控制策略
基于模型预测控制的风电场无功电压协调控制策略哎，你们知道吗?我最近在研究一个超级酷炫的东西——基于模型预测控制的风电场无功电压协调控制策略。
听起来是不是就像科幻电影里的高科技?其实啊，它还真就是风电场里的“智能大脑”。
我们风电场啊，就像个大家庭，里面有各种各样的风电机组，它们就像家里的孩子们，各有各的性格和脾气。
有时候风大，它们就兴奋得不得了，拼命转啊转，有时候风小，它们就懒洋洋的，不怎么动弹。
可问题是，这些孩子们的无功电压输出，如果不能协调好，就会让整个风电场的电压波动得像过山车一样，那可真是让人头疼。
于是呢，我们就想到了这个模型预测控制策略。
它就像是家里的智慧家长，能够提前预判孩子们的行为，然后根据情况做出最合理的调整。
具体是怎么做的呢?简单来说，就是在每个采样时刻，它都会根据当前的风速、负荷这些实时信息，在线求解一个有限时域的开环优化问题，然后得出最优的控制策略，让风电机组的无功电压输出达到最佳状态。
有一次，我亲眼见证了它的威力。
那天风特别大，风电场里的机组们都兴奋得不得了，无功电压输出一个比一个高。
如果按照以前的老办法，可能就得手动去调整，费时费力还不一定准确。
但是这次，有了模型预测控制策略，它就像个自动导航仪一样，自动调整了各个机组的无功电压输出，让整个风电场的电压稳稳当当的，就像是在平静的湖面上划船一样。
我还记得有一次，跟同事们一起讨论这个策略的时候，大家都兴奋得不得了。
小张说：“这简直就是风电场的‘智能大脑’啊，以后咱们的工作可就轻松多了!”小李也附和道：“是啊，再也不用担心电压波动的问题了，咱们可以专心去研究如何提高发电效率了!”说实话，我也特别开心能够参与到这个项目中来。
每次看到风电场在模型预测控制策略的“指挥”下，稳稳当当地运行，我就感到特别的满足和自豪。
就像看着自己的孩子一步步成长，变得越来越优秀一样。
当然啦，这个策略也不是万能的。
有时候，遇到特别复杂的情况，比如风速突然变化特别大，或者负荷突然增加很多，它可能也会有点手忙脚乱。
风电场无功补偿与电压控制策略分析
风电场无功补偿与电压控制策略分析摘要：风电作为最成熟的可规模化发展，并具有商业化开发价值的可再生源能源，已成为国家能源结构调整和应对气候变化的重大举措。
我国风电机组的装机容量增长速度较快，目前全国风力发电装机规模已超越核电，成为继煤电、水电之后的中国第三大主力电源。
但是在风力发电并入常规电网的过程中，由于风电出力的随机性和波动性，容易影响常规电网的无功功率和电压的稳定，本文在分析风电场无功电压控制的原则上，研究进行风电场无功补偿和无功电压控制的策略。
关键词：风电场；无功补偿；电压控制1引言我国为了变革能源结构，近年来大力开发和利用新型清洁能源，随着国家对风电上网保障、电能电价、税收优惠、补贴机制、技术支持等全方位风电产业鼓励扶持政策的落地和实施，我国风电也进入高速发展的快车道。
短短几年时间，在装机总量上首次超越美国，跃升为全球第一风电大国。
根据国家能源局统计，2016年全国风电累计并网装机容量1.49亿千瓦，占全部发电装机容量的9%，风电发电量2410亿千瓦时，占全部发电量的4%。
但是由于风能属一次不可控和不可储存能源，使风力发电具有随机性强、波动性大的特点，对常规电网产生诸多不利的影响，其中对电力系统的无功功率分布和电网的稳定运行影响较大，近年来，国内电网也出现过较多风电引起的无功功率和无功电压的问题和事故，因此需要研究风电场无功补偿与电压控制的策略，协调控制风电场无功电压，使之适应常规电网的要求，使电网安全稳定的运行。
2风电场无功电压控制的原则2.1无功补偿原则2.1.1正常时的无功平衡原则因为风电场的并网运行状况会影响电力系统的无功分布，当风电场出力较低时，风电场向电网注入无功；而当风电场出力较大时，风电场又从电网吸收无功功率。
所以需要采取无功补偿策略降低无功远距离传输引起的输电线路损耗，同时将电网电压控制在正常水平，以此平衡风电场的无功功率。
2.1.2故障时的动态无功调节原则当电网发生故障时，系统的电压会发生骤降，此时需要大量的无功功率来提供电压支持，所以要求电网故障时，风电场需具备一定的无功调节容量，将电网的电压稳定到正常水平。
风电场群的无功电压协调控制策略_陈惠粉
小控制策略如下 :
min F2 =Pl 式中 :Pl 为网损 。
(4)
综合考虑电压的安全性和网损的经济性 , 得到
风电场群的电压网损综合控制策略如下式 :
min F3 =a1 f 1 +a2 f 2 +a3 F2 式中 :a3 为 Pl 在目标函数中的权重 。
(5)
3 .2 约束条件
1)潮流约束方程
关键词 :风电场群 ;笼型机风电场 ;双馈机风电场 ;无功电压协调控制
0 引言
无功电压问题是风电场并网运行关注的主要问 题之一[ 1-2] 。 目前 , 中国电网对风电场接入的技术管 理规范都是针对单个风电场的并网点(PCC)的技术 指标进行考核的 。 在风电开发初期 , 由于风电场数 量不多 , 容量较小且处于电网末端 , 其电压问题的影 响往往局限在风电场 PCC 自身 , 对网侧变电站的电 压影响有限 。 但是 , 随着风电的大规模开发 , 单机 、 单场的容量都剧增 , 而且往往沿着同一风带梯级建 设若干风电场 , 集 中接入电网 , 形成 1 GW 级 甚至 10 GW 级的风电场群 。风电场群容量大 , 机组出力 具有一定的空间耦合特性 , 因此 , 其无功出力波动将 急剧恶化局部地区的电压 、无功状况 。 已经建成的 河北张北地区 、内蒙古灰腾梁与辉腾锡勒地区 、吉林 西部地区已经凸显了这个问题 , 而拟建中的甘肃 、内 蒙古 、新疆 、吉林 、河北和江苏等 6 个省(自治区)的 7 个 10 GW 级风电基地都将存在类似问题 。
风电场有功与无功功率控制系统的调度与维护
风电场有功与无功功率控制系统的调度与维护近年来，随着全球能源危机的加剧以及环境保护的迫切需求，可再生能源逐渐成为全球能源发展的重要方向之一。
作为其中的重要组成部分，风能通过风力发电为人类提供了清洁、绿色的电力资源。
然而，由于风力的不可控性和不稳定性，风电场的有功与无功功率控制成为了风电发展中的一大挑战。
本文将深入探讨风电场有功与无功功率控制系统的调度与维护。
首先，风电场有功与无功功率控制系统的调度是指综合利用风能资源，保证风电场的有功和无功功率的平衡，实现电网稳定和电能质量的要求。
在风电场的调度中，需要兼顾风电机组的发电产能与电网的需求。
有功功率调度主要涉及发电机组的运行控制策略，以保证风电场的有功功率输出满足电网的负荷需求。
无功功率调度则是通过调节并控制风电场的无功功率输出，以维持电网的电压稳定。
因此，风电场有功与无功功率控制系统的调度是风电场正常运行的关键。
在风电场调度过程中，有功功率控制是维持电网运行稳定的核心。
其中，对风电机组的出力进行控制是影响有功功率输出的关键因素。
通常，一个风电场由多个风电机组组成，每个风电机组由一个或多个风力发电机组成。
为了实时掌握风电机组的运行状态，调度员需要关注风速、发电机组的性能特点、各机组之间的配合等因素。
根据电网的需求以及预测的风速变化，调度员会对风电机组的出力进行动态调整，保证风电场的有功功率的稳定输出，满足电网的负荷需求。
此外，风电机组的启停也是调度员重要的工作之一，根据电网负荷情况以及风电机组的可用性，合理安排机组的运行状态，确保风电场的有功功率的稳定调度。
除了有功功率的调度外，风电场的无功功率调度同样重要。
无功功率调度的目的是通过合理调整风电场的无功功率输出，维护电网的电压稳定，同时减少无功功率对电网损耗的影响。
在风电场的无功功率调度中，调度员需要根据电网电压的变化情况以及其与无功功率之间的关系，调整风电场的无功功率输出。
通过控制风电机组的无功功率，调度员可以合理维持电网的电压稳定范围，防止电网电压异常波动，保证供电质量和电网的安全稳定运行。
双馈风电场无功电压协调控制策略_杨硕
ＤＯＩ：１０．７５００／ＡＥＰＳ２０１２１１１３６双馈风电场无功电压协调控制策略杨 硕，王伟胜，刘 纯，黄越辉，许晓艳（中国电力科学研究院，北京市１００１９２）摘要：针对大型风电场并网运行的电压稳定问题，研究了双馈风电场内多无功源在时间尺度上的动态响应配合和空间粒度上的物理分布特性，提出了一种综合考虑升压站集中动态无功补偿设备和双馈风电机组的无功电压协调控制策略。
该策略以在线实时监控数据为基础，采用基于过滤集合的原对偶内点法求解风电场无功电压多目标优化控制模型，能够在满足公共接入点电压控制指令的同时，使得集中动态补偿设备无功裕度更大，馈线上各风电机组的机端电压裕度更均衡。
对中国北方某风电场的仿真计算验证了所提控制策略的有效性。
关键词：双馈感应发电机；风电场；无功电压控制；多目标优化；内点法收稿日期：２０１２－１１－１５；修回日期：２０１３－０３－２８。
国家自然科学基金资助项目（５１２０７１４５）；国家高技术研究发展计划（８６３计划）资助项目（２０１１ＡＡ０５Ａ１０１）；国家电网公司科技项目“风电集中接入弱端电网无功电压稳定控制策略研究”。
０ 引言随着风电穿透功率的增加，风速的随机变化和系统运行方式的改变等扰动会引起风电接入地区局部电网的电压波动，影响电力系统的安全稳定运行［１－２］。
中国和世界许多国家的电网运营商都制定了风电并网技术导则［３－５］，要求风电场在正常运行条件下能够调节公共接入点（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｃｏｍｍｏｎｃｏｕｐｌｉｎｇ，ＰＣＣ）的无功功率和电压，平抑风速变化带来的电压波动，保证电网接入点的电压稳定。
考虑到双馈感应发电机（ｄｏｕｂｌｙ－ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ＤＦＩＧ）的无功输出受变流器容量限制，通常在升压站装设动态无功补偿设备，例如静止无功补偿器（ｓｔａｔｉｃ ｖａｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ＳＶＣ）和静止同步补偿器（ｓｔａｔｉｃ ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ，ＳＴＡＴＣＯＭ）等，以增强双馈风电场的无功电压调节能力。
风电场动态无功补偿装置的协调控制
较远 ， 网络结构相对薄弱 。由于风 电场有功出力具有 随风波动 的
特点 ， 网线路或送 电通 道上潮 流变化频 繁 ， 并 因此 大规模 风 电场 并 网运行会引起电网电压质量和电压稳定 性问题 Ｊ需要 配置无 ， 功补偿装置对局部电网的无功电压进 行调节 。Ｊ 。 风电场动态无功补偿装置 的配置 目的主要是 用来补 偿风 电 场变压器及线路负载时的感性无 功损耗、 出线路的充 电无功 功 送
《 气自 化 ２１年第３卷 第５ 电电控 制 技
Ｔ ｅ Ｎｅ Ｅ ｅ ｇ ｏ ｒ ｎ ｒ Ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｈ ｗ ｎ ｒ ｙ Ｐ ｗｅ Ｃｏ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ Ｔ
风 电场 动态 无功 补 偿装 置 的协 调 控 制
杨 勇 ，郑 晶 晶 ，高 磊 ，安 亮 亮 （ 肃 电力 科 学 研 究 院 ， 肃 甘 甘 兰州 ７０ ５ ） ３０ ０
Ｒｅ ｃ ｉｅ Ｃｏ ｐ ｎ ａ ｉｎ Ｄｅ ｉｅ ｉ Ｗ ｉ ｄ Ｐ ｗｅ ａ ｉ ｎ ａ ｔ ｍ ｅ ｓ ｔ ｖｃ ｎ ｏ ｒＳｔ ｔ ｖ ｏ ｎ ｏ
Ｙ Ｎ ｏ ｇ Ｈ Ｎ ｉｇ ｉｇ Ａ ，Ａ ｉ ｇ］ ｎ Ａ Ｇ Ｙ ｎ ，Ｚ Ｅ Ｇ Ｊ －ｎ ，Ｇ Ｏ ｋｉ Ｎ Ｌａ 一ａ ｇ ｎ ｊ ｎ ｉ （ ｌ ｔｃＰ ｗ ｒ ｅ ａｃ ｓｔｔ ｏ ａ ｓ ， ａ ｏ ａ ｓ ３ ０ ０ ｈｎ ） Ｅｅ ｒ ｏ ｅ Ｒ ｓ ｒ Ｉ ｔｕｅ ｆＧ ｎｕ Ｌ ￣ｈ ｕＧ ｎｕ７ ０ ５ ，Ｃ ｉａ ｃｉ ｅ ｈ ｎｉ
Ａｂ ｔａ ｔ： ｅ ｈｅ ｒｍｏｅｏ ＶＣ ｅ ｕｐ ｎ ｆ２ ０ ＭＷ ｎ ｏ ｒｓａｉｎ ｉ ｉｑ ａ ｓｒ ｎ ｉｇａ ｈ ａ ｉ ｎ ａ３ ０ ｋ ｏｓｅ ｓｒ ｃ Ｗｈ ｎ ｔｒｅｏ ｒ ｆ Ｓ ｑ ｉｍｅ ｔｏ ０ ｗｉｄｐ ｗｅ ｔｔ ｎＪｕ ｕ ｎ ｉ ｕ ｎｎ ｔｔｅｓ ｍｅｔ ｏ ｍｅｉ ３ Ｖ ｂ ｏｔｒ
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风电场群的无功电压协调控制策略
无功电压问题是目前风电场群面临的主要技术缺陷之一，如何提高风电场并网运行、合理优化无功电压协调控制显得尤为重要。
本文结合现阶段笼型和双馈发电机组无功电压控制存在的问题，分析了风电场群协调控制机理，并分别基于典型工况、风速不同和无穷大电网母线电压变化等三方面的控制措施，更好地实现了风电场群的协调兼容性管理。
标签：风电场群，无功电压，笼型机，双馈机，协调控制，典型工况
前言：随着环境不断恶化，能源开采日益紧张的局面，各国加强了新能源的开发和利用，作为新能源的代表--风电发电场，受到了高度重视和关注，不仅因为它环保无污染，而且具有较高的经济利润，是新能源发展的主要方向。
然而在众多的风电场并网运行中，存在无功电压协调控制问题，这些问题直接影响了系统母线的正常运行，而且加大了总电网的能量损耗。
因此，解決风电场群的无功电压协调控制势在必行。
一、风电场群无功电压控制存在的问题
分析无功电压控制存在的问题，首先要引入风电场并网运行的系统拓扑结构图。
风电场群是由若干个风电场组成，而且每个风电场都具有相对独立性，都可根据自身“免疫能力”协调控制无功电压，减少支链系统的能量损耗。
但这些独立的风电场中包含多种类型的发电机组，就目前技术力量而言，应用最多的要数笼型异步和双馈异步风力发电机。
笼型异步发电机主要依靠运转中吸收、消化系统的无功电压，降低线路损耗，而这种技术的实现需配置电容器组或SVC系统，相对增加了动力输出，提高了运营成本。
双馈异步发电机因自身配置较高，具有自动调节无功电压能力（通常以功率因数的0.98倍进行恒功率补偿）是目前较为实用，应用最广的风电发电机组。
根据风电场群汇入系统拓扑结构图可知，B3、B4至Bm+2这些分支风电场，有的为单只串联主流混入B2系统母线，有的在其基础上并联了支链风电场，并网进入母线，它们各自存在自己的协调控制能力，即通过B3至Bm+2来考核无功电压损耗，当系统超出或不符合要求时，可采取自身调整控制手段来达到系统条件。
采用B3至Bm+2单独控制策略虽在一定程度上解决了随时随地调节和操作简便的优点，但对于并网连接后，是否符合系统调节控制能力，或者因协调不同步导致系统振荡等情况都有可能发生，而一旦出现总网失控局面，将无法优化配置无功功率，无法有效的减低系统损耗。
二、风电场群协调控制机理分析
风电场对于并网运行和协调控制无功电压问题，采取的最有效措施就是分支加注控制器，其协调控制机理：各分支实时输出有功功率为Pg，应用有功功率计算各分支电路的无功发生极限Qj，风电场群控制中心汇集了众多Qs、Qc等分
支无功控制系统，通过各支链控制器的调整和总枢纽控制中心的控制要求，总体实现各风电场的无功输入和协调控制过程，以提高总电网的电压合格率，降低各分支站点的网损及线损为目的，然后根据风力发电机接入系统特点和调节控制程度，经控制中心统一协调配置，最终提高总电网的运行安全性和经济效益的双赢。
三、风电场群的无功电压协调控制策略
1、基于典型工况下的无功电压协调控制措施
风电场群典型工况，指的是各风电场单独控制、网损最小化协调和电压网损综合控制原则（如图1）当系统母线B1电压较低时，显然各分支电压超出了运行范围，且随风电发电机的运转变小，此时支路网损最大，但基于总网控制中心的协调，并按照具体控制要求进行调整和配置，最终增加了各分支的无功补偿能力，使得各分支协调控制在合格范围内，保证了总网的安全运行。
2、基于风速不同条件下的无功电压协调控制措施
因各个风力发电场位置不一、环境不一，因此风电场风速、频率等各不相同，如何提高风电场群的协调控制管理，有效降低整体网损，只依靠单独控制器的调节是远远不够的，通过计算和分析，网损最小控制策略，虽在一定程度上降低了线路中的无功功率损耗，但它的调节过程瞬时抬高了各支路电压，导致了系统的不安全运行，降低了总网的可靠性，而结合实际引入电压、网损综合控制策略，则在网损最小化基础上，兼顾了电网安全性原则，达到了总网有节制、有秩序的运行特点，有效提高了风电场群的安全性和经济性。
3、基于无穷大电网母线电压变化的无功电压协调控制措施
风电场群运行中，总会遇到各种复杂协调控制情况，而出现频率较高的要数无穷大电网母线电压变化的无功电压控制，此情况的出现需要结合实际生产需要和运行设备的配置来综合解决。
首先正确选择控制器和发电机，要求调节因数控制在0.95-1.05，建议采用双馈异步发电机组，通过机组自身的协调控制能力，进行无功功率补偿，从而适应总网的运行要求。
其次采用多种方式并存的协调控制策略，根据线路电压、有功功率和控制器调整系数，具体安排系统配置，通过网损最小化和电压、网损综合控制，选择最优技术方案。
四、结束语
综上所述，通过分析当前风电场发电机现状和总网协调控制机理，有助于我们了解整体系统的协调控制水平及技术状况，从而更好地深入问题本质。
其次根据风电场不同工况，提出了各风电场单独控制、网损最小化协调和电压网损综合控制策略，有效降低了总网线损，还兼顾了风电场群的安全性，实现了经济效益和社会效益的双赢。
参考文献：
[1]朱凌志，王伟.改善接入地区电压稳定性的风电场无功控制策略[J].中国电机工程学报，2009（11）.
[2]朱凌志，陈宁.兼顾接入地区无功需求的风电场无功控制策略[J].电气系统自动化，2011（6）.
[3]王海超，周双喜.含风电场的电力系统潮流计算的联合迭代方法机应用[J].电网技术，2010（4）.。