一种基于有载调压变压器的风电场母线电压控制方法和系统

本发明属于风力发电，具体涉及一种基于有载调压变压器的风电场母线电压控制方法和系统。

背景技术：

1、在清洁能源领域，风能作为一种免费、无污染的可再生能源备受瞩目。因此，风力发电已经成为清洁能源的关键组成部分。据数据显示，风电发电量占电力总量的比重不断增加。

2、在风电场中，由于风能的不稳定性和季节性变化，风电场输出功率具有较大的波动性，这会导致电网电压的不稳定性，甚至引发电压越限等问题。近年来，研究工作人员逐渐关注到风电场从低电压阶段快速过渡至高电压阶段的连续穿越现象。这一现象的原因是风机之间的无功协调不到位，在风电场低电压穿越时，导致并网点电压骤升。在严重情况下，可能会导致设备大面积损坏，进而引发大规模风机脱网事故；而电能的远距离传输需要变压器进行电能电压变化，变压器是风力发电场与电网连接的关键设备；但是现有的变压器难以满足风电场电压变化的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于有载调压变压器的风电场母线电压控制方法和系统，以解决现有技术中，风电场在低电压穿越时，电压易波动，易于导致并网点电压骤升越限的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制方法，包括以下步骤：

4、步骤1，每一个控制器采集对应单台风电机组的本地信息，若干个单台风电机组成总风电机组；控制器根据采集的本地信息，监测判断单台风电机组对应的oltc高次侧的节点电压是否越限，如果越限执行步骤2，否则持续监测；

5、步骤2，所有控制器汇总所有单台风电机组的输出信号qi(t)后，根据一致性协议，获得下一时刻的每一个单台风电机组的输出信号qi(t+1)；

6、步骤3，每一个控制器根据qi(t+1)调整单台风电机组输出的无功功率；

7、步骤4，若oltc高次侧的节点电压仍然越限，每一个控制器调整单台风电机组对应的oltc分接头进行二次电压调节；

8、步骤5，重复步骤1-步骤4。

9、本发明的进一步改进在于：

10、优选的，步骤1中，所述本地信息包括电压、有功输出、无功输出和分接头位置。

11、优选的，其特征在于，步骤2中，一致性协议为：

12、q(t+1)＝m·q(t) (1)

13、其中，q(t+1)，q(t)为风电机组无功输出和分接头位置列向量，m为权值矩阵。

14、优选的，其特征在于，权值矩阵m的计算公式为：

15、

16、其中，mj为相邻节点个数，a＝max{fi|i＝1,2,3,…n}，fi为节点的出度，d表示最小无功容量，hi表示节点i与它相邻的节点的集合之和。

17、优选的，步骤3中，控制器调整单台风电机组输出的无功功率介于最大值和最小值之间，最大值和最小值的计算公式分别为：

18、

19、式中，qmax为单台风电机组输出无功功率的最大值；qmin为单台风电机组输出无功功率的最小值；s为网侧变流器的额定容量；s为风机的转差率；u为网侧电压的幅值；xm为发电机的激磁电抗；x为发电机定子电抗；imax为机侧变流器；p为单台风电机组的有功输出。

20、优选的，步骤4中，通过oltc的分接头进行二次电压调节过程中，调整值小于自身的调整极限。

21、优选的，步骤3中，一致性协议分配原则为：oltc高次侧的节点电压满足要求，各个单台风电机组的根据自身容量，输出功率均衡。

22、优选的，步骤1中，控制器根据采集的本地信息，监测判断单台风机对应的oltc低次侧电压，通过oltc低次侧电压计算出oltc的高次侧电压。

23、一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制系统，其特征在于，包括若干个控制器，每一个控制器连接有一个单台风电机组，控制器之间电信号连接；

24、每一个单台风电机组连接有一个oltc的低压侧，所有oltc的高压侧共同连接有中压母线，中压母线连接有升压变压器。

25、优选的，所述单台风电机组包括依次连接的风机、机侧变流器和网侧变流器，网侧变流器和oltc的低次侧连接。

26、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

27、本发明公开了一种基于有载调压变压器的风电场母线电压控制方法，该方法将oltc与风电场的变压器结合使用，在风电场并网时实施电压控制策略。通过及时调节风电场输出电压，oltc可以有效地应对风电场的电压波动，维持电网的电压稳定，确保电网的安全运行。本发明具有以下优势：

28、⑴本发明针对单个被控单元的采用的风电机组和oltc协同控制策略大大增强了风电机组的电压控制能力，同时由于在变流器无功控制最大化之后才会启用oltc分接头进行控制，提升了调节电压的速度，减少了oltc分接头改变的频率，因此可以减少分接头的机械损耗和因分接头改变带来的电压波动。

29、⑵本发明所提出的集群控制策略，每个控制器都拥有更高的自主性，能够自主感知环境信息并基于收集到的数据做出独立决策，调整自身状态，不需要再经过人工干预；同时相比传统的对象完全服从中央控制器指令的模式，该策略中每个控制器都可以感受环境和周围控制器的变化，响应速度更快；传统控制策略的中央控制器故障时，整个控制系统都会崩溃，而本发明提出的集群控制策略中单个控制器的故障对整体稳定性影响很小，系统稳定性更高。

技术特征：

1.一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制方法，其特征在于，步骤1中，所述本地信息包括电压、有功输出、无功输出和分接头位置。

3.根据权利要求1所述的一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制方法，其特征在于，步骤2中，一致性协议为：

4.根据权利要求3所述的一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制方法，其特征在于，权值矩阵m的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制方法，其特征在于，步骤3中，控制器调整单台风电机组输出的无功功率介于最大值和最小值之间，最大值和最小值的计算公式分别为：

6.根据权利要求1所述的一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制方法，其特征在于，步骤4中，通过oltc的分接头进行二次电压调节过程中，调整值小于自身的调整极限。

7.根据权利要求1所述的一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制方法，其特征在于，步骤3中，一致性协议分配原则为：oltc高次侧的节点电压满足要求，各个单台风电机组的根据自身容量，输出功率均衡。

8.根据权利要求1所述的一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制方法，其特征在于，步骤1中，控制器根据采集的本地信息，监测判断单台风机对应的oltc低次侧电压，通过oltc低次侧电压计算出oltc的高次侧电压。

9.一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制系统，其特征在于，包括若干个控制器，每一个控制器连接有一个单台风电机组，控制器之间电信号连接；

10.根据权利要求9所述的一种基于风电机组和有载调压变压器协同的风电场母线电压控制系统，其特征在于，所述单台风电机组包括依次连接的风机、机侧变流器和网侧变流器，网侧变流器和oltc的低次侧连接。

技术总结本发明公开了一种基于有载调压变压器的风电场母线电压控制方法和系统，属于风力发电技术领域。该方法将OLTC与风电场的变压器结合使用，当OLTC高次侧的节点电压越限时，基于一致性协议，计算单台风电机组的应调整电压，进一步的在风电场并网时实施电压控制策略。通过及时调节风电场输出电压，OLTC可以有效地应对风电场的电压波动，维持电网的电压稳定，确保电网的安全运行。技术研发人员：薛彦廷,柳轶彬,梁得亮受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10