广东水电二局股份有限公司北方运维分公司 杨 浩

在我国风力发电和太阳能发电站大多数是企业规模设计开发、集中化电力网接口方式、联接的电脑操作系统绝大多数坐落于传统式电力安装工程偏少的电力网末端，因而无功负荷的运用能力较弱。目前，一些国家制定了风能发电和光伏发电的标准，要求新能源发电厂依照正常运转规范开展合理控制，控制运营网的失效负载和电压，减轻电压起伏情况，确保新能源发电厂的电压稳定。因而，要实现对这种新能源发电厂的电压控制要求，必须让新能源发电机器设备参加电压控制工作中，灵便运用无功功率导出能力，挑选有效的低压无功补偿。

现阶段，对新能源发电厂的无功功率电压控制技术可分为集中控制和分散化控制两类。集中控制一直是供电系统无功功率电压控制构造的研究热点。中间控制器是集中控制新能源发电厂需要的构成部分，依据中间控制器搜集综合性控制需要的信息，依据精确测量，统一对控制因素（无效补偿装置、新能源发电发电机组机器设备等）的控制命令，完成总体控制目标。集中控制能够统计全部控制系统的信息，获得相当好的控制预期效果，但其信息统计量较大，容易受到通信系统干扰，集中控制处理速度缓慢[1]。因而，为了能得到迅速电压控制的实际效果，相关研究人员重点研究新能源发电机器设备、低压无功补偿和衔接的电力系统间的无功功率电压融洽控制等防范措施。

2.1 双馈风机的有功无功出力计算分析

DFIG的关键部件包含异步电机和转换器，其工作原理是由电机定子直接连接到电网，转子侧根据转子侧转换器和网状结构侧转换器间接性联接到电网，再加上定子侧和转子侧产生的数据功率放大电路和无功负荷，进而引进电网。在转子速率超过同步速率的前提下，转子根据转换器向电网导出电能，为此相对应的定子和转子能够向系统导出电能。此外，为了能向转子侧转换器给予交流电压，网侧转换器在企业功率因素情况下工作，需要DFIG根据对转子侧转换器的闭环控制来进行工作的耦合操纵。双馈风机构造如图1所示。

图1 DFIG的结构图

图2显示了DFIG在正常状态下的单相电闭合电路。其中：

图2 DFIG的等值电路

等值电源电路中可获得的转子工作电压方程式，如下所示：

定义内电势为：

代入可得：

可以用定子等效电路，如图3所示。

图3 定子等值电路

有功、无功功率计算公式计算如下所示：

忽视定子电阻器后，可按如下所示方法测算以上等值电路中转子有效功率和无功功率关系式：

可得：

从以上可以看出，Ps＞0周转率为负时，转子输出功率Pr为正。换句话说，发电机转速超过同步速率时，转子向电网传输功率。周转率为正数时，Pr为负值。换句话说，发电机组速率低于同步速率时，转子从电网消耗功率。

由此可见，DFIG的总输出仅为转子输出功率之和：

可得：

其中，W表示转速，ws表示同步速度，wp.u表明转速比标准值。根据上述公式计算表明，总有效功率输出伴随着转速比的提升而增加，较大有功能从较大转速比获得，与有功不一样，总无功注入并不是转子无功的总数。

DFIG输出约束如图4所示。较大定子电流下的数字功放无功功率输出曲线图要以起点为核心的半圆形，半径是定子的额定功率，静态数据可靠性约束在图4中展示为垂线。由于转子也可以释放出来一定的效率，因此再加上转子的有效输出功率，就能够获得DFIG的总功率输出类型，这时便会发生有效的输出类型。由于假定网侧逆变器在单位功率因素下工作中，因此对应的失效输出范畴不会改变[2]。

图4 DFIG的功率输出能力

2.2 双馈风机的控制特性

DFIG的励磁调节转换器由转子侧转换器和网状结构转换器构成。网端转换器主要运用于控制功率因素和确保电流电压的正弦化。电机转子侧转化器主要运用于控制DFIG的数字功放和非有源功率，DFIG导出来功率的控制是依据对电机转子侧转化器的控制来进行的。

DFIG的功率控制系统是自变量繁杂、耦合弱的非线性系统，在三相静止平面坐标下控制交流电路，控制系统尤其繁杂，控制预期目标普遍。为了能摆脱困境，引进了矢量素材控制技术性。依据电网电压方位，坐标转换和通讯沟通交流耦合简单化了DFIG数据模型，那也是矢量素材控制的主要内容。在DFIG系统中，依据从三相静止平面坐标到二相转动平面坐标的变换，能够结合数字功放和非有源控制分量，完成DFIG的功率耦合控制。在稳定运转的情况下，DFIG的功率控制系统软件相当于一级惯性力矩环，通过一段时间后，DFIG能够追踪功率导出指标值。

模型预测控制是近些年备受关注的控制方式（如图5所示）。MPC优化问题能够依据现阶段环节的系统软件运行状态，设定和处理独特期限内离散变量的长短优化问题，进而控制键入编码序列。将编码序列里的第一个控制元素控制为控制系统的控制量。控制量功效在一段时间后，将依据体系的新情况造成优化问题，进而开展一个新的优化控制。模型预测控制有许多优势，近几年来被广泛运用于风力发电工作电压控制难题的科学研究。能够调节不一样稳态值的低压无功补偿。能有效用对控制情况下的可变性和离散难题，强劲的稳健性等。

图5 MPC控制原则

4.1 新能源电站模型构建

为了能科学研究明确提出的工作电压控制方法，仿真的新能源发电厂实体模型如图6所示。

图6 新能源电站模型

如图6所示，这一新能源发电厂由320MW风力发电场和40MW太阳能发电厂构成。风电场各自集聚到4个集电变电站，4个集电变电站各自坐落于距离和点5km、10km、15km和20km的部位。风电场各部位都各有0.5km远的20个4MW双风机，在距离和点25km处，设定由20个2MW光伏发电列阵构成的40MW光伏发电站，每一个间距0.3km。在并接触点拼装160MVar的STATCOM是低压无功补偿，将短路故障问题率设定为1.5，以体现外界电网的弱沟通交流系统特点[3]。

4.2 MPC协调电压控制结构

依据集中式MPC控制板，新能源发电厂调整不一样平稳值的无功功率源（包含DFIG、光学发电量列阵、STATCOM），在额定值周边控制并接和新能源发电厂内部结构的各端电压，降低电压起伏。实际控制构造如图7所示。

图7 MPC电压协调控制结构图

4.3 电压控制策略的具体实施步骤

电压控制战略的实际实施步骤如下所示：

第一步：在目前环节，自始至终精确测量风力发电厂内部结构各节点的电压和相位差、各风机、光伏发电列阵和STATCOM的无功功率输出值。

第二步：依据系统节点导纳倍率引流矩阵和节点电压精确测量敏感度指数值。

第三步：依据设定的系统预测模型给予初始条件和输出自变量的估计值。

第四步：依据风机、光伏发电列阵和STATCOM无功功率转变预测分析和敏感度指数测算节点电压误差估计值。

第五步：依据风机、光伏发电列阵和STATCOM的无功功率标准值调节每一个无功功率源的无功输出。

该控制对策的预测分析周期时间为5s，控制周期为1s，采样周期为0.2s。在每一个控制对策控制期内，提升现在时间后时长节点的电压误差。在预测分析周期时间中，分考虑预测分析周期内风力发电机器设备和低压无功补偿的无功功率输出对各节点电压的风险，测量了降到最少电压偏差的最好无功功率指标值。

新能源发电厂应贴近短路电流低、弱的沟通交流系统，进一步提高无功功率补偿和电压控制的难度系数，为此必须制订合理的控制防范措施。因为有效地运用相对性比较有限的无功负荷、电压控制水准和系统的有功预留容积[4]。MPC电压控制战略规划能够有效精准定位新能源发电模块的有功导出水准，调节新能源发电模块和无功功率补偿模块的控制特点，考虑到新能源发电模块的端电压提升，使系统电压维持在有效范围之内。合理地降低系统的电压起伏，保证电压安全性裕量。

综上所述，国内外相关专家对新能源开发技术电网无功功率电压控制难点集中在发电机组的有效功率和无功功率耦合控制、电力能源发电厂低压无功补偿、功率因数角容积优化配置、低压无功补偿控制防范措施及其新能源电站内部构造无功功率开关电源电路的融洽控制防范措施等层面。本文对于联接到弱电网的DFIG，提出了MPC的无功功率电压调整控制对策。首先，依据DFIG的无功功率极限值和控制特性分析，在控制对策中灵敏应用新能源发电模块的积极导出来水准开展电压控制。其次，介绍了控制对策的搭建办法，包含电压调整控制的组成和控制整个过程、MPC优化问题的搭建和电压敏感度指数值的高效率计算方式。最后，在联接到弱交流电网的新能源发电厂的电压控制难题上，验证了该控制策略的实效性，验证了新能源发电厂的电压控制水平。

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