Master-Slave Cooperative Dynamic Reactive Power Optimization Method Considering Transient Voltage Security of High Proportion of Wind Power

XUE Lin; NIU Tao; FANG Sidun; CHEN Guanhong

doi:10.7500/AEPS20221201001

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Master-Slave Cooperative Dynamic Reactive Power Optimization Method Considering Transient Voltage Security of High Proportion of Wind Power

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Master-Slave Cooperative Dynamic Reactive Power Optimization Method Considering Transient Voltage Security of High Proportion of Wind Power
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 17, Pages: 57-66(2023)
- 作者机构：
  
  输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学），重庆市 400044
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  Natural Science Foundation of Chongqing(CSTB2022NSCQ-MSX0498);National Natural Science Foundation of China(52007017)
- DOI：10.7500/AEPS20221201001
  CLC：
- Received：01 December 2022，
  
  Revised：2023-04-17，
  
  Published Online：19 July 2023，
  
  Published：10 September 2023
- 稿件说明：
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薛霖,牛涛,方斯顿等.计及高比例风电暂态电压安全的主从协同动态无功优化方法[J].电力系统自动化,2023,47(17):57-66.

XUE Lin,NIU Tao,FANG Sidun,et al.Master-Slave Cooperative Dynamic Reactive Power Optimization Method Considering Transient Voltage Security of High Proportion of Wind Power[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):57-66.
薛霖,牛涛,方斯顿等.计及高比例风电暂态电压安全的主从协同动态无功优化方法[J].电力系统自动化,2023,47(17):57-66. DOI： 10.7500/AEPS20221201001.

XUE Lin,NIU Tao,FANG Sidun,et al.Master-Slave Cooperative Dynamic Reactive Power Optimization Method Considering Transient Voltage Security of High Proportion of Wind Power[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(17):57-66. DOI： 10.7500/AEPS20221201001.

摘要

相比于传统电力系统，大规模高比例的风电馈入导致处于末端电网的风电基地网架结构更为薄弱，低电压穿越能力和动态无功支撑水平进一步降低。为保证整个风电系统的电压安全，必须精确计及大规模风电汇集区域内每台风电机组的暂态电压特性。该优化问题具有规模大、暂态约束多、主从系统交互变量多等特点，传统无功优化方法还存在计算时间长、收敛性无法充分保证等问题。因此，针对含高比例风电馈入系统的动态无功备用优化问题，提出一种计及暂态电压安全约束的广义主从分裂优化算法，实现主从系统的协同优化，同时保证计算的精度和收敛性。首先，基于轨迹灵敏度分析法将暂态稳定性约束转化为代数方程约束。然后，根据Karush-Kuhn-Tucker条件将原问题分解为主网无功优化模型和各风电子系统无功优化模型，主、子系统通过交互边界信息实现主从协同优化，并基于边界信息一致性保障含暂态约束问题的求解精度。最后，通过实际系统验证了所提方法的计算速度和结果精度。

Abstract

Compared with the traditional power system

the integration of large-scale and high proportion of wind power leads to a weaker terminal grid structure of wind power base and a further decline in low-voltage ride-through capability and dynamic reactive power support level. To guarantee the voltage security of the whole wind power system

the transient voltage characteristics of each wind turbine in the large-scale wind power collection area must be accurately considered. The optimization problem has the characteristics of large scale

multiple transient constraints

and multiple interaction variables of the master-slave system

traditional reactive power optimization methods also have problems such as long calculation time and insufficient guarantee of convergence. Therefore

this paper proposes a generalized master-slave splitting optimization algorithm for dynamic reactive power reserve optimization of a system with integration of high proportion of wind power

which considers the transient voltage security constraints

and realizes the cooperative optimization of the master-slave system while ensuring the computational accuracy and convergence. First

the transient stability constraints are transformed to the algebraic equation constraints based on the trajectory sensitivity analysis method. Then

the original problem is decomposed into the reactive power optimization model of the main power grid and the reactive power optimization model of each salve wind power system based on Karush-Kuhn-Tucker condition. The master and slave systems realize master-slave cooperative optimization by interacting boundary information

and guarantee the solution accuracy of the problem with transient constraints based on the consistency of boundary information. Finally

the computational speed and result accuracy of the proposed method are verified in an actual wind power system.

关键词

Keywords

references

周步祥，董申，林楠，等 . 电网电压骤降恢复对双馈风电机组连锁脱网的影响［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 17 ）： 34 - 41 .

ZHOU Buxiang ， DONG Shen ， LIN Nan ， et al . Effect of recovery stage of grid voltage dip on cascading trip-off of DFIG-based wind turbines ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 17 ）： 34 - 41 .

杨硕，王伟胜，刘纯，等 . 风电汇集系统暂态电压安全分析及其控制策略［J］. 高电压技术， 2017 ， 43 （ 6 ）： 2080 - 2087 .

YANG Shuo ， WANG Weisheng ， LIU Chun ， et al . Dynamic voltage security analysis and control strategy for wind power centralized system ［J］. High Voltage Engineering ， 2017 ， 43 （ 6 ）： 2080 - 2087 .

张杭，丁晓群，陈光宇，等 . 基于场景时域概率的主动配电网全协调无功优化［J］. 电力建设， 2018 ， 39 （ 8 ）： 53 - 58 .

ZHANG Hang ， DING Xiaoqun ， CHEN Guangyu ， et al . General coordinated reactive power optimization of active distribution network on the basis of scenario time domain probability ［J］. Electric Power Construction ， 2018 ， 39 （ 8 ）： 53 - 58 .

寇凌峰，吴鸣，李洋，等 . 主动配电网分布式有功无功优化调控方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1856 - 1865 .

KOU Lingfeng ， WU Ming ， LI Yang ， et al . Optimization and control method of distributed active and reactive power in active distribution network ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 6 ）： 1856 - 1865 .

刘梦依，邱晓燕，张志荣，等 . 计及风光出力相关性的配电网多目标无功优化［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 5 ）： 1892 - 1899 .

LIU Mengyi ， QIU Xiaoyan ， ZHANG Zhirong ， et al . Multi-objective reactive power optimization of distribution network considering output correlation between wind turbines and photovoltaic units ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 5 ）： 1892 - 1899 .

丰颖，贠志皓，周琼，等 . 考虑风电接入的在线风险评估和预防控制［J］. 电力自动化设备， 2017 ， 37 （ 2 ）： 61 - 68 .

FENG Ying ， YUN Zhihao ， ZHOU Qiong ， et al . Online risk assessment and preventive control considering wind-power integration ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2017 ， 37 （ 2 ）： 61 - 68 .

唐冠军，陈永华，罗剑波，等 . 集群风场并网地区无功电压紧急控制技术研究［J］. 电网与清洁能源， 2017 ， 33 （ 1 ）： 107 - 114 .

TANG Guanjun ， CHEN Yonghua ， LUO Jianbo ， et al . Research on reactive voltage emergency control in integrated cluster wind farms area ［J］. Power System and Clean Energy ， 2017 ， 33 （ 1 ）： 107 - 114 .

MENG K ， ZHANG W ， LI Y J ， et al . Hierarchical SCOPF considering wind energy integration through multiterminal VSC-HVDC grids ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2017 ， 32 （ 6 ）： 4211 - 4221 .

蔡游明，李征，蔡旭 . 计及控制时间窗内功率波动的风电场群无功电压分层优化控制［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 6 ）： 1240 - 1250 .

CAI Youming ， LI Zheng ， CAI Xu . Voltage hierarchical optimal control of a wind farm cluster in account of voltage fluctuation in control time window ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 6 ）： 1240 - 1250 .

夏鹏，刘文颖，朱丹丹，等 . 基于模型预测控制的多时间尺度无功电压优化控制方法［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 3 ）： 64 - 70 .

XIA Peng ， LIU Wenying ， ZHU Dandan ， et al . Multi-time scale optimal control method of reactive power and voltage based on model predictive control ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 3 ）： 64 - 70 .

WEI J ， WU Q W ， LI C B ， et al . Hierarchical event-triggered MPC-based coordinated control for HVRT and voltage restoration of large-scale wind farm ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2022 ， 13 （ 3 ）： 1819 - 1829 .

XU Y ， YIN M H ， DONG Z Y ， et al . Robust dispatch of high wind power-penetrated power systems against transient instability ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 174 - 186 .

胡珺如，窦晓波，李晨，等 . 面向中低压配电网的分布式协同无功优化策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 22 ）： 47 - 54 .

HU Junru ， DOU Xiaobo ， LI Chen ， et al . Distributed collaborative reactive power optimization strategy for medium and low voltage distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 22 ）： 47 - 54 .

杨珺，郝敬，薄志谦 . 基于相邻经验粒子群算法的风电场集群无功电压分层控制策略［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 6 ）： 1823 - 1829 .

YANG Jun ， HAO Jing ， BO Zhiqian . Hierarchical control strategy for reactive power and voltage of wind farm cluster based on adjacent experiential particle swarm optimization ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 6 ）： 1823 - 1829 .

DING T ， BO R ， SUN H B ， et al . A robust two-level coordinated static voltage security region for centrally integrated wind farms ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 1 ）： 460 - 470 .

葛怀畅，王彬，郭庆来，等 . 面向高比例可再生能源交直流混联电网的动态自动电压控制系统：设计与应用［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 16 ）： 5170 - 5179 .

GE Huaichang ， WANG Bin ， GUO Qinglai ， et al . Dynamic automatic voltage control system for AC-DC hybrid power grid with high proportion of renewable energy： design and application ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 16 ）： 5170 - 5179 .

NIU T ， GUO Q L ， SUN H B ， et al . Voltage security regions considering wind power curtailment to prevent cascading trip faults in wind power integration areas ［J］. IET Renewable Power Generation ， 2017 ， 11 （ 1 ）： 54 - 62 .

DING T ， LIU S Y ， YUAN W ， et al . A two-stage robust reactive power optimization considering uncertain wind power integration in active distribution networks ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2016 ， 7 （ 1 ）： 301 - 311 .

ZHAI J Y ， ZHOU M ， LI J N ， et al . Hierarchical and robust scheduling approach for VSC-MTDC meshed AC/DC grid with high share of wind power ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2021 ， 36 （ 1 ）： 793 - 805 .

LU Y D ， TOMSOVIC K . Wide area hierarchical voltage control to improve security margin for systems with high wind penetration ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 6218 - 6228 .

周红婷，宋玮 . 计及动态无功控制影响的大规模风电汇集地区电压稳定性分析［J］. 电力系统保护与控制， 2016 ， 44 （ 7 ）： 13 - 18 .

ZHOU Hongting ， SONG Wei . Analysis on voltage stability in large-scale wind farms integration area considering impact of dynamic reactive power control ［J］. Power System Protection and Control ， 2016 ， 44 （ 7 ）： 13 - 18 .

倪以信，陈寿孙，张宝霖 . 动态电力系统的理论和分析［M］. 北京：清华大学出版社， 2002 .

NI Yixin ， CHEN Shousun ， ZHANG Baolin . Theory and analysis of dynamic power system ［M］. Beijing ： Tsinghua University Press ， 2002 .

CHI Y ， XU Y ， DING T . Coordinated VAR planning for voltage stability enhancement of a wind-energy power system considering multiple resilience indices ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2020 ， 11 （ 4 ）： 2367 - 2379 .

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