本发明提出了一种风电场集群多目标电压优化方法，将风电场集群作为一个整体进行控制，以风电场并网点电压偏移最小、风电场集群区域网损最小、风电场集群电压稳定裕度最大为目标函数，考虑了风电场无功可调容量约束、风电场并网点电压上下限约束，通过优化计算得到各风电场并网点的电压优化值，实现了风电场集群电压的优化控制。该方法可集成在风电场集群控制系统中，为风电场集群的安全稳定经济运行提供支持。
1.一种风电场集群多目标电压优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：获取各风电场的风功率预测信息，无功可调容量信息；
步骤2：建立风电场集群多目标电压优化控制的数学模型；
步骤3：求解风电场集群多目标电压优化的数学模型后对各风电场下发并网点电压进行优化。
2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤1中，风电场集群控制系统通过风功率预测系统得到风电场集群内各风电场下时段有功出力信息；风电场集群控制系统根据风电场的风机、无功设备运行状态得到风电场可调容量信息。
3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：步骤201：建立风电场集群的电压偏移指标：
Va是风电场a的并网点电压优化值，Va-ref是风电场a的并网点电压参考值，通常设定为1，n为风电场集群内风电场的数目；
Nk是风电场集群支路个数，Gk(i,j)是第k条支路的电导值，Vi、Vj分别是第k条支路线路两端节点i、j的电压幅值，θij是第k条支路两端节点i、j的电压相角差；
J为收敛潮流的雅可比矩阵，eig(J)表示雅可比矩阵的所有特征值的模，min|eig(J)|表示雅可比矩阵最小特征值的模；
步骤204：建立风电场集群多目标电压优化目标函数为：min(F)＝min(f1,f2,-f3) (4)步骤205：建立风电场集群多目标电压优化的约束条件，具体包括潮流约束条件、风电场输出无功约束条件和风电场并网点电压约束条件。
式中：Pi、Qi分别代表节点i的注入有功功率和无功功率，Vi是节点i的电压，θij是i、j两节点电压的相角差，Gij和Bij分别为所述第k条支路节点i和节点j之间的电导和电纳，在潮流计算中，风电场被处理为PQ节点，风电场的注入无功功率为自约束的控制变量，风电场注入有功功率则设为风电场下时段风功率预测值；j∈i表示所述与节点i通过支路相连的其它节点；
式中，Qa-min、Qa-max分别是风电场a的无功出力下限值和上限值，由风电场的当前无功可调容量决定，各风电场注入的无功功率应在该风电场的无功可调容量范围内；
式中，Va是优化后的风电场a的并网点电压值，Va-min、Va-max分别是风电场a的并网点电压允许下限值和上限值，各风电场的并网点电压应该控制在电压上下限之间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3采用二次规划法进行求解。先建立优化问题的拉格朗日函数，将非线性问题中的目标函数用二次模型表示，而对约束条件进行线性化处理，将目标转为线性规划问题来求解。求解结束后，风电场集群控制系统向各风电场下发并网点电压优化目标值对风电场并网点电压进行优化。
一种风电场集群多目标电压优化方法
技术领域
[0001] 电力系统自动化电压控制技术领域，新能源并网调度控制技术领域。
背景技术
[0002] 国内风电场大多采取集中式接入电网，直接接入地区电网，风电场集群装机规模很大，通常含有几个到数十个风电场。各风电场之间距离较近，电气联系紧密，具有很高的耦合度，当其中一个风电场并网点电压发生变化时，与其邻近的风电场电压也会受到影响。
[0003] 目前，以风电场为单位，各自独立调节的电压控制方法没有实现风电场集群内风电场间的相互协调配合，可能导致风电场间产生不合理的无功环流，不能实现风电场集群的最优运行。这样的风电场集群电压控制方法模式没有考虑集群内部风电场间的无功电压优化，存在不合理性。
[0004] 对于由多个风电场组成的风电场集群，可将各风电场作为一个整体进行协调控制，可以实现所辖区域内的电压优化控制，降低风电场集群区域的网损，提高风电场集群区域的电压稳定，以保证风电场以及接入电网的安全稳定和经济运行。
[0005] 在电力系统电压控制中，保持区域电压稳定、降低区域网损是进行优化控制的主要目标。风电场集群控制主站根据风电场集群区域潮流信息和各风电场运行数据，通过对区域电网的无功电压优化计算，对区域内各风电场进行协调控制，以保证中枢母线电压满足要求，降低区域电网内因无功流动而引起的网损。
发明内容
[0006] 为解决上述问题，本申请提出了一种风电场集群多目标电压优化方法。该发明以风电场并网点电压偏移最小、风电场集群区域电压稳定裕度最高、风电场集群网损最小为目标函数，考虑风电场无功可调容量约束和并网点电压上下限约束，实现了风电场集群各风电场并网点电压的最优化。
[0007] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0008] 一种风电场集群多目标电压优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0009] 步骤1：获取各风电场的风功率预测信息，无功可调容量信息；
[0010] 步骤2：建立风电场集群多目标电压优化控制的数学模型；
[0011] 步骤3：求解风电场集群多目标电压优化的数学模型后对各风电场下发并网点电压进行优化。
[0012] 本申请还可以进一步采用以下优选方案：
[0013] 步骤1中，风电场集群控制系统通过风功率预测系统得到风电场集群内各风电场下时段有功出力信息；风电场集群控制系统根据风电场的风机、无功设备运行状态得到风电场可调容量信息。
[0014] 步骤2优选包括以下步骤：
[0015] 步骤201：建立风电场集群的电压偏移指标：
[0016]
[0017] Va是风电场a的并网点电压优化值，Va-ref是风电场a的并网点电压参考值，通常设定为1，n为风电场集群内风电场的数目；
[0018] 步骤202：建立风电场集群的网损指标：
[0019]
[0020] Nk是风电场集群支路个数，Gk(i,j)是第k条支路的电导值，Vi、Vj分别是第k条支路线路两端节点i、j的电压幅值，θij是第k条支路两端节点i、j的电压相角差；
[0021] 步骤203：建立风电场集群的电压稳定指标：
[0022] f3＝min|eig(J)| (3)
[0023] J为收敛潮流的雅可比矩阵，eig(J)表示雅可比矩阵的所有特征值的模，min|eig(J)|表示雅可比矩阵最小特征值的模；
[0024] 步骤204：建立风电场集群多目标电压优化目标函数为：
[0025] min(F)＝min(f1,f2,-f3) (4)
[0026] 步骤205：建立风电场集群多目标电压优化的约束条件，具体包括潮流约束条件、风电场输出无功约束条件和风电场并网点电压约束条件。
[0027] 其中，潮流约束条件为：
[0028]
[0029] 式中：Pi、Qi分别代表节点i的注入有功功率和无功功率，Vi是节点i的电压，θij是i、j两节点电压的相角差，Gij和Bij分别为所述第k条支路节点i和节点j之间的电导和电纳，在潮流计算中，风电场被处理为PQ节点，风电场的注入无功功率为自约束的控制变量，风电场注入有功功率则设为风电场下时段风功率预测值；j∈i表示所述与节点i通过支路相连的其它节点；
[0030] 风电场输出无功约束条件为：
[0031] Qa-min＜Qa＜Qa-max (6)
[0032] 式中，Qa-min、Qa-max分别是风电场a的无功出力下限值和上限值，由风电场的当前无功可调容量决定，各风电场注入的无功功率应在该风电场的无功可调容量范围内；
[0033] 风电场并网点电压约束条件为：
[0034] Va-min＜Va＜Va-max (7)
[0035] 式中，Va是优化后的风电场a的并网点电压值，Va-min、Va-max分别是风电场a的并网点电压允许下限值和上限值，各风电场的并网点电压应该控制在电压上下限之间。
[0036] 步骤3采用二次规划法进行求解。先建立优化问题的拉格朗日函数，将非线性问题中的目标函数用二次模型表示，而对约束条件进行线性化处理，将目标转为线性规划问题来求解。求解结束后，风电场集群控制系统向各风电场下发并网点电压优化目标值对风电场并网点电压进行优化。
[0037] 本发明具有的有益效果：
[0038] 本发明可集成在风电场集群控制中心的系统中，实现了对风电场集群内各风电场并网点电压的优化控制，可提高风电场集群电压稳定性，减小风电场并网点电压偏移，降低风电场集群区域的网络有功损耗，实现风电场集群区域电网的安全稳定经济运行。
附图说明
[0039] 图1为一种风电场集群多目标电压优化流程图。具体实施方案
[0040] 本发明提出的一种限电状态下风电场集群有功功率分配方法，具体流程图如图1所示。该方法的特征在于该方法包括以下步骤：
[0041] 步骤1：获取风电场集群内各风电场的风功率预测信息，以及无功可调容量信息；
[0042] 风电场集群控制系统通过风功率预测系统得到风电场集群内各风电场下时段有功出力信息；风电场集群控制系统根据风电场的风机、无功设备运行状态得到风电场可调容量信息。
[0043] 步骤2：建立风电场集群多目标电压优化控制的数学模型；
[0044] 步骤201：建立风电场集群的电压偏移指标：
[0045]
[0046] Va是风电场a的并网点电压优化值，Va-ref是风电场a的并网点电压参考值，通常设定为1，n为风电场集群内风电场的数目。
[0047] 步骤202：建立风电场集群的网损指标：
[0048]
[0049] Nk是风电场集群支路个数，Gk(i,j)是第k条支路的电导值，Vi、Vj分别是第k条支路线路两端节点i、j的电压幅值，θij是第k条支路线路两端节点i、j的电压相角差；
[0050] 步骤203：建立风电场集群的电压稳定指标
[0051] f3＝min|eig(J)| (3)
[0052] J为收敛潮流的雅可比矩阵，eig(J)表示雅可比矩阵的所有特征值的模，min|eig(J)|表示雅可比矩阵最小特征值的模；
[0053] 步骤204：建立风电场集群多目标电压优化目标函数为：
[0054] min(F)＝min(f1,f2,-f3) (4)
[0055] 步骤205：建立风电场集群多目标电压优化的约束条件，具体包括潮流约束条件、风电场输出无功约束条件和风电场并网点电压约束条件。
[0056] 其中，潮流约束条件为：
[0057]
[0058] 式中：Pi、Qi分别代表节点i的注入有功功率和无功功率，Vi是节点i的电压，θij是i、j两节点电压的相角差，Gij和Bij分别为线路ij的电导和电纳。在潮流计算中，风电场被处理为PQ节点。风电场的注入无功功率为自约束的控制变量，风电场注入有功功率则设为风电场下时段风功率预测值；
[0059] 风电场输出无功约束条件为：
[0060] Qa-min＜Qa＜Qa-max (6)
[0061] 式中，Qa-min、Qa-max分别是风电场a的无功出力下限值和上限值，由风电场的当前无功可调容量决定，各风电场注入的无功功率应在该风电场的无功可调容量范围内；
[0062] 风电场并网点电压约束条件为：
[0063] Va-min＜Va＜Va-max (7)
[0064] 式中，Va是优化后的风电场a的并网点电压值，Va-min、Va-max分别是风电场a的并网点电压允许下限值和上限值，各风电场的并网点电压应该控制在电压上下限之间；
[0065] 步骤3：求解步骤2所建立的风电场集群多目标电压优化数学模型，得到各风电场并网点电压优化值。
[0066] 步骤3用二次规划法进行求解。先建立优化问题的拉格朗日函数，将非线性问题中的目标函数用二次模型表示，而对约束条件进行线性化处理，将目标转为线性规划问题来求解。求解结束后，风电场集群控制系统向各风电场下发并网点电压优化目标值。
[0067] 申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
