一种无功电压控制方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及一种无功电压控制方法、装置及存储介质，具体涉及一种适用于多海上风电场柔直送出系统的无功电压控制方法、装置及存储介质，属于海上风电技术领域。

背景技术

近年来随着海上风电装机规模不断扩大，深远海风力资源的开发逐渐受到人们的重视，同时海上风电柔性直流输电技术发展势头也十分迅猛，通过该技术可将海上风电资源源源不断经柔性直流线路送出。

在海上风电柔直送出系统中，柔直送出系统的控制目标一般定为阀侧母线电压，提供给海上风电场稳定的交流电压。海上柔直换流器一般运行在孤岛控制模式下，采用U/f控制，对阀侧母线电压幅值和频率进行控制。由于海上柔直送出系统多运行在孤岛控制模式，海上风机发出的无功无法通过直流线路送至陆上，且目前海上风电场网侧无功/电压管理尚无成熟的控制方法。一方面，通过管理海上风电场网侧无功，给予柔直送出系统无功支撑，缓解柔直换流器阀侧无功输出值超出设计值的情况，避免集电线线路开关跳开后果的发生。另一方面，如图1所示的多海上风电场经柔直送出系统(后续简称“柔直送出系统”)，为了保证海上供电可靠性，不同海上风电场间的低压母线间可通过断路器连接构成环网型供电网络。因此，随着断路器的分合操作，多海上风电场网侧母线间存在着灵活的电气拓扑关系，但目前少有针对多海上风电场柔直送出系统中无功电压控制的研究。

发明内容

本发明提供了一种无功电压控制方法、装置及存储介质，解决了背景技术中披露的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种无功电压控制方法，包括：

根据柔直送出系统中低压母线间的拓扑关系，确定各低压母线所连风机；

若检测出柔直送出系统中任一低压母线电压越限，根据越限低压母线所连各风机的当前无功和电压，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节越限低压母线所连风机的无功出力；

若检测出柔直送出系统中所有低压母线电压均不越限、且柔直送出系统阀侧无功越限，根据柔直送出系统阀侧无功和柔直送出系统各风机的当前无功，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节柔直送出系统风机的无功出力。

若检测出柔直送出系统中任一低压母线电压越限，根据越限低压母线所连各风机的当前无功和电压，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节越限低压母线所连风机的无功出力，包括：

若检测出柔直送出系统中任一低压母线电压越限，根据越限低压母线电压，确定越限低压母线升无功或降无功；

根据越限低压母线所连各风机的当前无功，确定越限低压母线所连各风机的无功可调量；

根据越限低压母线所连各风机的无功可调量，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量；

根据无功可调总量，调节越限低压母线所连风机的无功出力。

无功可调量包括无功可上调量和无功可下调量；根据越限低压母线所连各风机的无功可调量，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量，包括：

若越限低压母线升无功，第i个越限低压母线所连所有风机的无功可调总量为

若越限低压母线降无功，第i个越限低压母线所连所有风机的无功可调总量为

根据无功可调总量，调节越限低压母线所连风机的无功出力，包括：

若越限低压母线升无功，第i个越限低压母线所连的第m′台风机的无功出力调节目标值为，

若越限低压母线降无功，第i个越限低压母线所连的第m′台风机的无功出力调节目标值为，

其中，

若检测出柔直送出系统中所有低压母线电压均不越限、且柔直送出系统阀侧无功越限，根据柔直送出系统阀侧无功和柔直送出系统各风机的当前无功，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节柔直送出系统风机的无功出力，包括：

1)若检测出柔直送出系统中所有低压母线电压均不越限、且柔直送出系统阀侧无功越限，根据柔直送出系统阀侧无功，确定柔直送出系统升无功或降无功；

2)根据柔直送出系统各风机的当前无功，确定柔直送出系统各风机的无功可调量；

3)根据柔直送出系统各风机的无功可调量，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量；

4)若柔直送出系统的第n条低压母线电压留有安全裕度，根据无功可调总量，调节第n条低压母线所连风机的无功出力，n＝n+1，若n不大于N，则转至4)；其中，n的初始值为1，n∈[1,N]，N为柔直送出系统的低压母线总数；

若柔直送出系统的第n条低压母线电压没有留安全裕度，对第n条低压母线所连风机不进行无功出力调节，将第n条低压母线所连风机的无功可调量置0，n＝n+1，若n不大于N，则转至3)。

无功可调量包括无功可上调量和无功可下调量；根据柔直送出系统各风机的无功可调量，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量，包括：

若柔直送出系统升无功，柔直送出系统所有风机的无功可调总量为

若柔直送出系统降无功，柔直送出系统风机的无功可调总量为

根据无功可调总量，调节第n条低压母线所连风机的无功出力，包括：

若柔直送出系统升无功，第n条低压母线所连的第m台风机的无功出力调节目标值为，

若柔直送出系统降无功，第n条低压母线所连的第m台风机的无功出力调节目标值为，

其中，

无功可调量包括无功可上调量和无功可下调量；确定各风机的无功可调量，公式为：

/>

其中，

一种无功电压控制装置，包括：

风机确定模块，根据柔直送出系统中低压母线间的拓扑关系，确定各低压母线所连风机；

第一无功处理调节模块，若检测出柔直送出系统中任一低压母线电压越限，根据越限低压母线所连各风机的当前无功和电压，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节越限低压母线所连风机的无功出力；

第二无功处理调节模块，若检测出柔直送出系统中所有低压母线电压均不越限、且柔直送出系统阀侧无功越限，根据柔直送出系统阀侧无功和柔直送出系统各风机的当前无功，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节柔直送出系统风机的无功出力。

一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行无功电压控制方法。

本发明所达到的有益效果：本发明根据拓扑关系确定各低压母线所连风机，在存在低压母线电压越限情况下，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量，进行越限低压母线所连风机的无功出力调节，在不存在低压母线电压越限、但存在柔直送出系统阀侧无功越限情况下，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量，进行调节柔直送出系统风机的无功出力调节，实现了柔直送出系统中无功电压控制，可充分利用海上风电场风机无功调节能力，保证海上风电场低压母线电压安全，避免柔直换流器阀侧无功输出值超出设计值的情况，保障柔直运行安全裕度。

附图说明

图1为多海上风电场柔直送出系统的拓扑图；

图2为无功电压控制方法的详细流程图；

图3为低压母线的拓扑编号示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种无功电压控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据柔直送出系统中低压母线间的拓扑关系，确定各低压母线所连风机；

步骤2，若检测出柔直送出系统中任一低压母线电压越限，根据越限低压母线所连各风机的当前无功和电压，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节越限低压母线所连风机的无功出力；

若检测出柔直送出系统中所有低压母线电压均不越限、且柔直送出系统阀侧无功越限，根据柔直送出系统阀侧无功和柔直送出系统各风机的当前无功，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节柔直送出系统风机的无功出力。

上述方法根据拓扑关系确定各低压母线所连风机，在存在低压母线电压越限情况下，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量，进行越限低压母线所连风机的无功出力调节，在不存在低压母线电压越限、但存在柔直送出系统阀侧无功越限情况下，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量，进行调节柔直送出系统风机的无功出力调节，实现了柔直送出系统中无功电压控制，可充分利用海上风电场风机无功调节能力，保证海上风电场低压母线电压安全，避免柔直换流器阀侧无功输出值超出设计值的情况，保障柔直运行安全裕度。

如图2所示，上述无功电压控制为周期性的无功电压控制，周期的长度为10至300秒，具体可自行设置，当一个周期到来时，获取一些海上风电场相关预设值，从柔直送出系统、风机监控系统和升压站监控系统分别获取柔直送出系统、风机和站内电力二次设备的运行状态数据；

数据具体可以为：

柔直送出系统阀侧无功，记为Q

相关预设值可以为：

Q

柔直送出系统中，低压母线之间设置断路器，在断路器合的情况下，断路器所连低压母线可视为一条低压母线，因此可根据柔直送出系统中低压母线间的拓扑关系，确定各低压母线所连风机，见图3，具体如下：

A1)获取各低压母线、风机序号，及低压母线间的连接关系；

A2)确定各低压母线、风机的拓扑编号；

序号为i1的低压母线和序号为j1(i1

序号为i1的低压母线和序号为j1的低压母线不相连时，其拓扑编号分别记为i1、j1，连接在序号i1、序号为j1的低压母线的风机的拓扑编号分别记为i1、j1。

根据上述数据中的低压母线的电压，进一步检测柔直送出系统中低压母线电压是否越限，具体包括：若低压母线的电压U

如果检测出柔直送出系统中任一低压母线电压越限，可根据越限低压母线电压，确定越限低压母线升无功或降无功，具体包括：若越限低压母线的电压大于预设电压上限，则对应的越限低压母线降无功，无功调节量为-Q

可根据越限低压母线所连各风机的当前无功，确定越限低压母线所连各风机的无功可调量，无功可调量包括无功可上调量和无功可下调量，用公式可表示为：

其中，

进一步可根据越限低压母线所连各风机的无功可调量，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量，具体如下：

S1)如果越限低压母线升无功，第i个越限低压母线所连所有风机的无功可调总量为

S2)如果越限低压母线降无功，第i个越限低压母线所连所有风机的无功可调总量为

如果越限低压母线所连所有风机的无功可调总量为0，那么当前周期的无功电压控制结束，如果不为0，则可进一步根据无功可调总量，调节越限低压母线所连风机的无功出力。

无功出力调节主要是计算无功目标值，根据无功目标值进行调节；如果越限低压母线升无功，第i个越限低压母线所连的第m′台风机的无功出力调节目标值可表示为：

若越限低压母线降无功，第i个越限低压母线所连的第m′台风机的无功出力调节目标值为，

/>

其中，

如果柔直送出系统中所有低压母线电压均不越限，进一步检测柔直送出系统阀侧无功是否越限，具体过程为：若柔直送出系统阀侧无功Q

如果柔直送出系统阀侧无功不越限，则结束电压控制方法，如果柔直送出系统阀侧无功越限，可进一步根据柔直送出系统阀侧无功和柔直送出系统各风机的当前无功，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节柔直送出系统风机的无功出力，具体过程可以如下：

1)若检测出柔直送出系统中所有低压母线电压均不越限、且柔直送出系统阀侧无功越限，根据柔直送出系统阀侧无功，确定柔直送出系统升无功或降无功。

和越限低压母线处类似，若柔直送出系统阀侧无功Q

2)根据柔直送出系统各风机的当前无功，确定柔直送出系统各风机的无功可调量。

3)根据柔直送出系统各风机的无功可调量，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量。

如果柔直送出系统升无功，柔直送出系统所有风机的无功可调总量为

4)如果无功可调总量等于0，则结束电压控制，否则转至5)。

5)若柔直送出系统的第n条低压母线电压留有安全裕度，根据无功可调总量，调节第n条低压母线所连风机的无功出力，n＝n+1，若n不大于N，则转至5)；其中，n的初始值为1，n∈[1,N]；

若柔直送出系统的第n条低压母线电压没有留安全裕度，对第n条低压母线所连风机不进行无功出力调节，将第n条低压母线所连风机的无功可调量置0，n＝n+1，若n不大于N，则转至3)。

上述判断低压母线电压是否留有安全裕度的过程为：

51)若U

52)若U

根据无功可调总量，调节第n条低压母线所连风机的无功出力，即计算计算无功目标值，具体如下：

若柔直送出系统升无功，第n条低压母线所连的第m台风机的无功出力调节目标值为：

若柔直送出系统降无功，第n条低压母线所连的第m台风机的无功出力调节目标值为：

其中，

上述方法在低压母线电压越限或柔直送出系统无功越限情况下是根据无功调节步长进行调节的，一个周期不一定能够完全将低压母线电压调回正常上下限范围，或将柔直送出系统无功调回正常上下限范围内，可能还需要经过多个周期调节才能完全实现控制目的。

上述方法能够通过对海上风电场无功电压管理，并分析多海上风电场网侧低压母线拓扑关系，在保证海上风电场网侧母线电压安全的前提下，充分利用海上风电场风机无功调节能力，保障柔直运行安全裕度。

基于相同的技术方案，本发明还公开了上述方法的软件装置，一种无功电压控制装置，包括：

风机确定模块，根据柔直送出系统中低压母线间的拓扑关系，确定各低压母线所连风机。

第一无功处理调节模块，若检测出柔直送出系统中任一低压母线电压越限，根据越限低压母线所连各风机的当前无功和电压，计算越限低压母线升无功或降无功情况下所连所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节越限低压母线所连风机的无功出力。

第二无功处理调节模块，若检测出柔直送出系统中所有低压母线电压均不越限、且柔直送出系统阀侧无功越限，根据柔直送出系统阀侧无功和柔直送出系统各风机的当前无功，计算柔直送出系统升无功或降无功情况下所有风机的无功可调总量，根据无功可调总量，调节柔直送出系统风机的无功出力。

上述各模块的数据处理流程与方法对应的步骤一致，这里不重复描述了。

基于相同的技术方案，本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行无功电压控制方法。

基于相同的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行无功电压控制方法的指令。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。