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适应于柔性直流送出的新能源集群无功优化控制技术研究

1引言

1.1新能源集群背景介绍与分析

随着全球能源结构的转型和环境保护的日益重视，新能源的开发和利用成为各国能源战略的重要组成部分。新能源集群，主要包括风电、太阳能等，具有清洁、可再生、分布式等特点，但其出力的波动性和不确定性给电网带来了诸多挑战。我国新能源发展迅速，规模化集群接入电网的需求日益迫切，如何有效控制和管理新能源集群的无功功率，提高电网运行的经济性和稳定性，成为亟待解决的问题。

1.2柔性直流送出技术概述

柔性直流送出技术（HVDC）是一种基于电压源换流器（VSC）的高压直流输电技术，具有控制灵活、响应速度快、适应性强等优点。它能够实现有功和无功的独立控制，有效提高系统的稳定性、可靠性和输电能力。柔性直流送出技术在新能源集群中的应用，有助于解决新能源并网带来的技术难题，为新能源的高比例接入提供了可能。

1.3无功优化控制技术在新能源集群中的应用意义

新能源集群的无功优化控制技术是提高新能源并网性能的关键手段，其应用意义主要体现在以下几个方面：

提高新能源集群的功率因数，降低线路损耗，提高输电效率；

抑制新能源集群的电压波动和闪变，改善电能质量；

增强新能源集群的电压稳定性和暂态稳定性，提高电网运行可靠性；

优化新能源集群的运行控制策略，提高新能源发电的经济性。

通过对新能源集群无功优化控制技术的研究，有助于推动我国新能源事业的发展，促进能源结构的优化调整。

2新能源集群特性及无功优化控制需求

2.1新能源集群的运行特性

新能源集群通常由多种新能源发电单元组成，如风力发电、太阳能发电等。这些发电单元具有以下运行特性：

波动性与不确定性：新能源发电受气候、季节等自然因素影响，具有明显的波动性和不确定性。例如，风力发电在风速变化时会输出不同的功率，太阳能发电受光照强度影响。

分散性与互补性：新能源集群中各个发电单元分散布置，有利于提高能源利用率和降低单一发电单元对整体系统的影响。同时，不同类型的新能源之间具有一定的互补性，如风能和太阳能。

可调控性：新能源发电单元的输出功率可以通过相应的控制系统进行调节，以适应电网需求。

无功功率需求：新能源发电单元在运行过程中，会产生一定的无功功率需求。合理控制这些无功功率，对于系统稳定运行至关重要。

2.2柔性直流送出系统对新能源集群的影响

柔性直流送出技术具有以下特点，对新能源集群产生重要影响：

稳定性：通过直流输电，能有效降低新能源集群并网时对交流电网的影响，提高系统稳定性。

可控性：柔性直流送出系统具有良好的可控性，可以快速调节新能源集群的有功和无功输出，满足电网需求。

兼容性：柔性直流送出系统可以与各种新能源发电技术相结合，实现不同新能源集群之间的有效融合。

降低损耗：柔性直流送出系统在传输过程中损耗较低，有利于提高新能源的利用效率。

2.3无功优化控制需求分析

针对新能源集群的无功优化控制需求，主要包括以下几个方面：

提高系统电压稳定性：新能源集群的无功输出对系统电压稳定性具有显著影响。无功优化控制可以调节无功功率流动，维持系统电压稳定。

降低线路损耗：通过无功优化控制，可以降低输电线路的损耗，提高能源传输效率。

提高新能源集群的运行效率：无功优化控制有助于新能源集群在各种运行工况下，实现有功和无功的合理分配，提高整体运行效率。

应对新能源并网对电网的影响：无功优化控制可以减少新能源并网时对电网的冲击，降低对其他发电单元的影响。

综上所述，针对新能源集群的特性及无功优化控制需求，研究适应于柔性直流送出的新能源集群无功优化控制技术具有重要意义。

3柔性直流送出新能源集群无功优化控制策略

3.1无功优化控制策略概述

在新能源集群并网系统中，由于风能、太阳能等新能源出力的波动性和不确定性，系统的无功平衡面临着极大的挑战。柔性直流送出技术作为一种新型的电力传输技术，具有对无功功率控制能力强的特点，为实现新能源集群的无功优化提供了可能。本节将概述适用于柔性直流送出新能源集群的无功优化控制策略，包括其基本原理、分类及性能指标。

无功优化控制策略主要包括两大类：一类是基于模型的预测控制策略；另一类是基于人工智能的控制策略。这些控制策略的目标是在保证系统稳定运行的前提下，最大限度地提高新能源集群的功率因数，降低系统损耗，提高电网的运行效率。

3.2基于模型的预测控制策略

基于模型的预测控制策略（Model-BasedPredictiveControl,MBPC）是近年来在新能源并网系统中得到广泛应用的一种先进控制方法。该策略通过建立准确的数学模型，对未来的系统状态进行预测，并结合优化算法求解控制问题。

在本研究中，基于模型的预测控制策略主要包括以下几个步骤：

建立新能源集群及柔性直流送出系统的数学模型；

构建