计及电网支撑能力影响的风电场电压协调控制理论研究

Several factors such as the dependence of doubly-fed induction generators (DFIGs) on the grid, the limitation of voltage support of the grid, the volatility of wind power and the coordination of the DFIGs in wind farm have become intertwined and overlaid. The voltage control of wind farm at the point of common coupling (PCC) is facing severe challenges. Therefore, this project proposes the voltage coordinated control theory of wind farm considering the impact of voltage support ability of the grid. First, the mechanism of action of voltage support between wind farm and the grid is analyzed; the measurements of the voltage support ability of the gird at PCC are studied; the influence rules of volatility of wind power on the voltage support ability are mined; then the coordinated methods between wind power and the voltage support ability of the gird are proposed. Second, On the basis of that, the coordinated ability of voltage support between wind farm and the grid is integrated into the control of wind farm and based on the model predictive control theory, a strategy for procedural voltage coordinated control of wind farm is proposed considering the coordinated relationship between wind farm and the grid in real-time. Finally, the wind farm voltage control adaptability to the support of the gird and volatility of wind power will be improved and the security of wind farm integrating into grid will be significantly enhanced. This project thus has the paramount theoretical significance and urgent practical needs in realizing the wind farm integrating into the grid friendly.

双馈风电机组对电网的依赖性、电网对风电场电压支撑能力的有限性、风电功率的波动性，以及风电场内双馈机组间的协调性等多种因素的交织、叠加作用，使得风电场并网电压控制问题面临严峻挑战。对此，本项目提出计及电网电压支撑能力影响的风电场电压协调控制理论研究。首先，从机理层面分析风电场与电网间电压支撑的作用机制，研究并网点电压支撑能力的度量方法，挖掘风电波动性对电压支撑能力的影响规律，进而给出风电场与电网间电压支撑能力的衔接与协调方法；在此基础上，将风电与电网间的电压支撑能力协调性融入风电场电压控制中，并基于分层模型预测控制理论，研究提出可实时考虑风电与电网间协调关系的风电场过程化电压协调控制方法。通过对风电与电网间电压支撑能力协调性的考虑，将有效改善风电场电压控制对电网支撑、功率波动等影响因素的适应性，提升风电并网安全性。由此，本项目在实现风电场友好并网运行方面具有重要的理论意义和迫切的现实需求性。

双馈风电机组对电网的依赖性、电网对风电场电压支撑能力的有限性、风电功率的波动性，以及风电场内双馈机组间的协调性等多种因素的交织、叠加作用，使得风电场并网电压控制问题面临严峻挑战。本项目结合模型预测控制(MPC)在处理系统复杂模型、不确定性以及控制约束等问题时的优势，在分析、探讨多种无功补偿设备对电压影响规律基础上，将MPC及其扩展的随机MPC应用于风电场并网点电压控制上，实现了风电场过程化电压控制。主要工作与成果包括：.针对电压支撑能力考量问题，提出了一种计及电网支撑能力影响的风电场电压控制策略。首先，分析了风电场与电网之间的电压支撑相互作用机理。在此基础上，推导了风电功率波动对并网点电压的影响规律。继而，将风电场与电网之间的电压支持协调能力集成到风电场电压控制策略中，并结合模型预测控制，实现了并网点电压的优化控制。.针对弱连接并网运行场景，提出一种基于多时间级垂直分层思想与MPC理论相结合的风电场无功电压分层协调控制策略。首先，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。其次，针对无功分配求解无功需求容量，并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。最后，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亦可得到有效协调。.针对风功率随机波动影响，提出了一种基于随机模型预测控制(SMPC)的风电并网电压分层协调控制策略。在上控制层中，有载调压变压器和电容器被协调控制，应对长时间尺度下风功率波动引起的电压波动；在下控制层中，短时间尺度下的电压波动通过调整静止无功发生器(SVG)与风电机组的连续无功出力得以解决。通过垂直分层，各层内可分别实施SMPC以应对不同时间尺度的波动；各层间的连续、离散性无功补偿设备亦可得到有效协调。并同时给出一种风电机组与SVG间的无功置换方法，使SVG拥有了应对未来时刻潜在电压波动的较多快速无功储备。