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专栏·新能源技术
NEWENERGYTECHNOLOGY

第28卷第8期电力科学与工程Vol.28，No.8
13
2012年8月ElectricPowerScienceandEngineeringAug．，2012

基于灵敏度方法的大规模风电接入区域电压优化控制

杜波1，刘文颖1，汪宁渤2，马彦宏2

(1.华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206;
2.甘肃省电力公司风电技术中心，甘肃兰州730050)

摘要:对大规模风电接入区域的电压问题提出优化控制措施。首先分析目前3种主流的风电机组的无功
电压特性、大型风电场接入区域的电压波动机理以及含大规模风电区域电压的空间特性。其次推导出电
压/无功灵敏度系数计算方法以及影响因素，并基于该系数提出大规模风电区域电压优化控制目标和优化
控制流程。最后对国内某含大规模风电区域实际电网进行仿真计算分析，仿真结果表明，采取优化措施
后能以较少的调压手段有效提高大规模风电区域电压运行水平。

关键词:风电场;灵敏度方法;大规模接入风电区域;优化控制;电压波动

中图分类号:TM614文献标识码:A

0引言1大规模风电接入区域电压特性分析

我国已经规划建设数个千万千瓦级的风电基1.1各种风机的电压特性
地，当此类风电基地建成后，其容量在所属区域鼠笼异步风电机组(鼠笼机)不能发无功，
［］
所占比例不可忽视1。大规模风电对接入区域的当此类风电机组并入电网时需要并联电容器组。
影响是多方面的，其中风速扰动下风电场输出功通常电容器组是分组投切，因此不能对电压进行
率的波动对接入区域电压幅值的影响是一个值得连续调整和动态控制。双馈风电机组通过变流器
关注的问题。文献［2］提出一种兼顾风电接入为转子线圈提供励磁，从而实现了有功功率和无
地区电压/无功需求的风电场无功控制方法。文献功功率的解耦控制。永磁直驱风电机组与双馈风
［3］以风电场群的汇集站为电压中枢点，兼顾各电机组类似，发电机经过容量与本体相当的变流
个风电场的无功电压要求，协调各风电场的无功器接入电网，网侧变流器可以运行在无功不交换
调节装置动作。但是这几种控制措施都是针对风的状态。理论上后两种风电机组可调节无功功率
电场出口电压(PCC)进行风电机组的无功控制，和控制电网电压［4］。
而没有综合考虑风电场接入区域的电压情况。并1.2风电场接入区域电压波动机理分析
且风电场内风电机组数量众多，控制难度大，实风力发电引起电压波动的根本原因是并网风
际中也很少采用。本文以风电区域内所有风电场电机组输出功率的波动［5］。风电场高压母线至无
接入点以及区域内重要节点为电压控制点，以电限大系统的输电线路两端的电压差为
压为控制目标，当系统扰动引起接入点电压波动(PR+QX)+j(PX－QR)
ΔU=(1)
时，根据相关灵敏度信息控制某些点的电压，使UN
式中:，，，，分别为注入系统的有功
接入区域电网的电压保持在合理的水平。PQUNRX、
无功功率、额定电压、线路电阻和电抗。通常，

收稿日期:2012－06－12。
基金项目:国家高科技研究发展计划(863计划)资助项目(2011AA05A104)。
作者简介:杜波(1986-)，男，硕士研究生，研究方向为电力系统分析与控制、风电并网技术，E-mail:dujinsong1986@
126．com。
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14电力科学与工程2012年

风电场并网的输电线路较短，两端电压相角差不
大，在研究电压波动时可忽略式(1)的虚部分2灵敏度方法
量有:
PR+QX2.1灵敏度方法的理论
ΔU=(2)
UN灵敏度分析法主要用于研究电力系统可控变
对式(2)求微分得电压降落变化量，即:量与状态变量之间的相互关系［6］。电力系统节点
d(P)R+d(Q)X功率平衡方程可表示为
d(ΔU)=(3)
UNf(x，u)=0(4)
由式()可知，风电场风速随机变化引起
3式中:u，x分别表示控制变量和状态变量。设某
，
注入系统的有功功率P和无功功率Q的变化造一区域运行在状态(x(0)，u(0))下，如某一
，
成电压波动。并且大规模风电通常处于偏远地区扰动使系统相应发生了状态偏离Δx，控制变量会
网架结构薄弱，系统短路容量小，电源等值阻抗做出相应的调整Δu，则系统的功率平衡方程应为
()()
大，风电接入区域的电压波动范围大。f(x0+Δx，u0+Δu)=0(5)
1.3大规模风电接入区域的电压空间特性假设稳态情况下各变量的变化很小，则式
在我国建设和规划的几个大型风电基地中，(3)可以展开化简为
各个风电场之间分布非常分散，覆盖区域广，风()
JxΔx+JuΔu=06
上式称为灵敏度方程，其中，分别为
电场的地理分散效应使得不同风电场风速到达高J