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第34卷第5期Vol.34No.5
2010年3月10日Mar.10,2010

双馈风电场自动电压协调控制策略

乔颖,鲁宗相,徐飞
(清华大学电机系电力系统国家重点实验室,北京市100084)

摘要:依据当前风速与电网状态进行实时在线的电压无功控制(VQC)是大型风电场参与系统优化
运行、改善局部电网电压水平的关键技术。以风电场自动电压控制(AVC)的3层结构模型为基
础,讨论了升压站集中补偿设备和双馈风力发电机的协调控制策略。针对双馈风电场AVC优化,
借鉴变电站综合无功控制方法,采用近似线性化方法推导出一种风电场AVC的分区图简化策略,
为风力发电机群与集中补偿设备的协调优化提供了一种新型实用化方法。进一步考虑风能随机性
与波动性的影响,对分区图策略进行了改进。该改进可显著提高电压合格率,减少设备调节次数。
对中国北方某风电场仿真计算验证了所提出的模型与方法的有效性。
关键词:双馈风力发电系统;风电场;自动电压控制;协调控制

0引言赖广域测量系统(WAMS)等高速通信设备实现逆
变器级控制,变更风力发电机已有的控制策略设计。
大规模风电场集中并网给电力系统的安全运行
2)以风电场升压站为核心,借鉴变电站综合控
与经济调度带来了一系列深远的影响,其中风电场
制系统的经验[9211]———电压无功控制(voltageand
引起的电压—无功问题是最早引起关注、也是实际
reactivepowercontrol,VQC),调节变压器分接头
运行中最为常见的问题之一。目前大量文献讨论了
与电容器组保证PCC的电压质量。该方法不干涉
风电场集中补偿,特别是分组投切电容器组等静态
风力发电机运行,易为风电场业主接受,但离散调节
补偿装置的容量整定方法与控制策略[123]。这些研
难以适应风速的波动,且闲置了双馈风力发电机的
究主要针对笼型异步风力发电机组成的风电场;而
无功调节能力。
由双馈风力发电机构成的风电场(以下简称双馈风
综合上述2种思路,本文讨论风电场级的自动
电场),则普遍认为采用PQ解耦控制的双馈风力发
电压控制(automaticvoltagecontrol,AVC)系统,考
电机具有一定的无功—电压调节能力,给电网带来
虑含有载调压变压器、集中补偿电容器和双馈风力
的调压负担不像前者那么严重,相关讨论也较少。
发电机等多种无功源设备的协调控制策略。双馈风
然而,根据内蒙古等风电穿透率较高地区的运
力发电机采用现有控制器普遍支持的变功率因数控
行经验,双馈风电场仍存在突出的无功/电压问题,
制,可控范围一般在[-0.95,0.95]。
如功率因数合格率偏低(不足70%)、公共连接点
本文以风电场AVC的3层结构模型为基础,
(pointofcommoncoupling,PCC)电压波动过大等。
讨论双馈风电场整体的特性定量分析不同控
这是由于双馈风力发电机普遍采用定功率因数运U2Q,
制手段对PCC状态的影响。风电场无功源协调优
行,风速变化引起的无功注入波动,从而导致PCC
化问题是典型的含非线性潮流约束的混合整数优化
电压水平不能满足电网要求。关于改善双馈风电场
问题,建模与求解的代价都较高,不利于工程应用。
的无功/电压水平的研究,现有2种思路:
本文将借鉴常规变电站综合无功控制的分区图原
1)利用双馈风力发电机自身的无功调节能力,
理,采用近似线性化的方法,推导出基于分区图的风
将风力发电机群综合为一个连续可控的无功源,使
电场AVC控制策略,为风电场无功协调控制提供
其在外特性上类似配有自动电压调节器(automatic
了一种新型使用方法。本文特别讨论了风能的随机
voltageregulator,AVR)的常规电厂,可以参与区域
性与波动性对风电场的影响。
无功优化、甚至二级电压控制等[428]。该方法的优点AVC
是调节范围大且响应迅速,缺陷是没有考虑风力发1双馈风电场AVC的原理结构
电机与升压站内集中补偿装置的配合问题,需要依
1.1双馈风电场AVC的系统结构
中国并网型风力发电场一般采用集约式开发模
收稿日期:2009211209;修回日期:2009212217。式,就地升压至中/高压输电网络,本地负荷很少,各

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·绿色电力自动化·乔颖,等双馈风电场自动电压协调控制策略

类电压/无功控制措施主要针对PCC实施。风电场理定无功或定功率因数2种类型的指令,但由于
AVC的目的是利用最小的调节成本,在保证电压安AVC的数据采集与指令下达总存在通信延时,无法
全的前提下,使风电场PCC的无功电压水平处于期准确计算风力发电机实时无功极限,所以本文采用
望的U2Q区域。较为保守的定功率因数控制。
综合考虑双馈风电场的各种无功电压控制手
段,可以将风电场AVC系统划分为3层结构,如图
1所