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。
2双馈风电场协调控制的数学模型
2.1风电场DFIG和STATCOM无功分配分层协调控制根据电网无功需求:首先对双馈机群和所有STATCOM优化整定无功参考值，两种无功源的无功分配，如式(1);其次，对DFIG和STATCOM各单元进行无功分配，如式(2);最后，DFIG单元进行定子侧和网侧无功分配。网侧变流器无功能力通过滑差选择，无功调节能力远小于定子侧。因此在定子和网侧变流器之间的无功功率分配应优先考虑定子端出力。当系统无功功率的参考值超出了定子侧无功发生极限时，不足的无功分配至网侧。
式中i∈M，M为参与无功电压控制的DFIG节点集合;j∈L，L为参与无功电压控制的STATCOM节点集合。QGref为电网对风电场总的无功功率需求参考值;Qgtotalref为电网对双馈机群的无功参考值;Qstatref为所有STATCOM的无功参考值;Qstat为STATCOM总容量;Qgtotal为双馈机群总的无功容量;α为双馈机群和STATCOM无功调整因子，α∈［0，1］。Qgref_i为第i台DFIG的无功参考值;Qgmax_i为第i台DFIG机组的无功上限;Qstatref_j为第j单元STATCOM的无功参考值;Qstatmax－j为第j单元STATCOM的无功上限;βi由风速决定的加速因子。采用这种分配方式能够尽可能地使每台机组在安全运行的允许范围以内，充分发挥每台机组的无功调节能力。
2.2风电场电压稳定指标
3.2基于粒子群优化算法的退火罚函数算法
惩罚函数法是用来处理非线性约束优化的一种方法，它通过对约束条件施加惩罚函数而使有约束问题变为无约束优化问题，从而利用无约束优化方法求解。对于式(7)的求解可以化为下列无约束问题的求解:
式中P(x，)是惩罚函数;是惩罚因子。目前，粒子群算法已被广泛应用于各种优化问题求解。用粒子群优化算法求解约束优化问题，基本上采用罚函数的二次型形式，这种处理方法在某些非线性优化问题中的求解性能并不好。为了改变上述方法的缺陷，本文采用粒子群优化算法的退火不可微精确罚函数法。由于粒子群算法对问题的可微性没有限制，罚函数的形式采用了不可微精确罚函数。通过调整自适应退火罚因子，结合不可微精确罚函数来处理约束条件，最终可使算法快速收敛于有可行域的极值点，从而实现非线性约束优化问题的求解。罚函数的形式如下:
惩罚因子吸取了模拟退火的思想，使T逐渐下降，即逐渐增大，其增加速度由参数k来控制。随着迭代的不断进行，逐渐增大，使得可行解趋于最优解。
结束语
建立风电场无功电压控制系统是改善大型风电场接入地区局部电压水平的有效途径之一。从时间尺度和空间粒度协调风电场内多无功源的运行配合是大型风电场无功电压控制发展的必然需求。本文从双馈风电场内多无功源的动态响应配合和物理分布特性出发，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双馈风电场无功电压协调控制策略。算例系统的仿真结果表明，所提控制策略能够实现风电机组与风电机组之间、风电机组与升压站设备之间的协调控制，在满足ＰＣＣ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。
参考文献
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论文作者:冯海峰
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/8/2
标签：电压论文; 风电场论文; 参考值论文; 函数论文; 机组论文; 风电论文; 策略论文; 《电力设备》2018年第10期论文;