專利名稱：一種風電場無功功率控制方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及風力發電技術領域，尤其涉及一種風電場無功功率控制方法和系統。
背景技術：
風能是隨機和不可控的，風機輸出的功率和電壓也隨機波動，對相對穩定的電力系統來說是一個干擾源。大規模風電場集中并網給電力系統的安全運行與經濟調度帶來了一系列深遠的影響，其中風電場引起的電壓-無功問題是最早引起關注，也是實際運行中最為常見的問題之一。早期的風電場通過投切電容器組對風電場進行無功控制。在電網結構較弱的情況下，受風能隨機變化的影響，只靠這些電容器組并不能跟上風速對電網的影響。目前，新建風電場大都配置了動態無功補償裝置，如SVC、SVG等，以提高無功功率調節的動態響應速度。風電場配置合適容量的無功補償裝置，并根據系統需求進行控制和管理，可有效提高風電場輸出電壓的穩定，減小風電對電網的擾動，并提高應對風電場的故障能力。隨著風電技術的發展，變速恒頻風電機組(主要包括變速恒頻雙饋機組和全功率換流器風機)逐漸成為并網風電場的主流機型，這些機型采用四象限大功率電力電子變流器與電網連接，通過變流器的控制可實現有功、無功的解耦控制，具備動態調節無功輸出的能力。在雙饋型的變速恒頻風電機組方面，美國的GE公司已開發了風電場無功控制產品” WindVAR",通過WindVAR系統與機組自身的電子控制裝置的配合，控制風電場的電壓。WindVAR系統是以GE風電機組為控制單元，通過在機組接入線路采集并網點電壓，與設定的基準電壓進行比較獲取實時電壓偏差，再經過PI控制器求取實時無功補償量，將補償量下發給風電機組。GE的WindVAR系統可以保證風電機組的輸出無功功率實時跟蹤接入點電壓變化，但是其以風電機組為控制單元，缺乏對整個風電場無功的統一規劃， 風電機組自治控制，可能會在風電機組間形成較大的無功功率潮流，甚至使某些機組無功功率輸出能力達到極限，降低風電場系統的穩定。申請號為201010172M6. 7的中國發明專利申請“風電場無功電壓的協調控制方法”公開了一種風電場無功電壓控制方法，該方法以風電場并網點無功功率為調整參考量， 但并沒有給出無功功率參考量的計算方法。此外，其在無功功率的指令分配上，沒有考慮到風電場內的集中式無功補償設備，如果僅有機組輸出無功功率，可能無法滿足系統的需要， 且造成設備的浪費。
發明內容
本發明的目的在于提出一種風電場無功功率控制方法和系統，使風電場并網點的無功輸出滿足系統的需求，以抑制母線電壓的波動和調節風電場功率因數，并協調控制風電場內每臺風電機組和集中式無功補償設備的無功輸出。為達此目的，本發明采用以下技術方案一種風電場無功功率控制方法，包括以下步驟
A、實時測量風電場并網點的電、有功功率P·和無功功率Q_，并將測量獲得的電壓U-與風電場并網點母線電壓的標稱電壓UMf的差值設置為電壓偏差Δυ，同時根據有功功率Ρ_和無功功率Q_計算并網點的實際功率因數λ _ ；B、根據電網對電壓和功率因數偏差的要求設置電壓偏差Δυ的死區閾值和功率因數偏差Δ λ的死區閾值；C、首先判斷電壓偏差AU是否在電壓偏差AU的死區閾值范圍內，其次判斷功率因數偏差Δ λ是否在功率因數偏差Δ λ的死區閾值范圍內，若電壓偏差AU不在電壓偏差Δυ的死區閾值范圍內，則轉至步驟D，若電壓偏差AU在電壓偏差AU的死區閾值范圍內、且功率因數偏差Δ λ不在功率因數偏差Δ λ的死區閾值范圍內，則轉至步驟Ε;若電壓偏差AU在電壓偏差AU的死區閾值范圍內、且功率因數偏差Δ λ在功率因數偏差Δ λ 的死區閾值范圍內，則控制風電場需輸出的總無功功率值WFref等于檢測到的并網點無功功率9_，并轉至步驟F;D、風電場電壓控制模塊將電壓偏差Δ U輸入調節電壓偏差的比例系數Ksl。pe模塊， 得到無功功率參考值(^f，無功功率參考值(^f與無功功率Q_的差值經過PI調節器處理后作為風電場需輸出的總無功功率值Qwref，并轉至步驟F ；E、風電場功率因數控制模塊根據電網要求的功率因數λ &和實測的有功功率 Pfflea,獲得無功功率參考值(^f，無功功率參考值Arf與無功功率Q_的差值經過PI調節器處理后作為風電場需輸出的總無功功率值Qwref，并轉至步驟F ；F、根據風機實時運行工況和風機的P-Q特性，計算風電場內風機的總無功功率輸出極限值Qmax，并計算風電場需輸出的總無功功率值Qwftrf與總無功功率輸出極限值Qmax的差值AQwref，若差值AQwftrf大于零，則風電場內風機需要輸出的總無功指令值Qftrf設置為風電場需輸出的總無功功率值Qwref ；若差值AQwref小于零，則風機需要輸出的總無功指令值Qftrf設置為總無功功率輸出極限值Qmax，風電場內集中式無功補償設備輸出的無功指令為風電場需輸出的總無功功率值Qwref與總無功功率輸出極限值Qmax的差值AQwftrf，且差值 AQwpref不超過風電場內配有的集中式無功補償設備容量；G、風力機群無功分配策略模塊向每臺風機分配無功功率，其中第i臺的風機無功功率輸出參考值Aref的計算公式如下式
權利要求
1.一種風電場無功功率控制方法，其特征在于，包括以下步驟A、實時測量風電場并網點的電壓U·、有功功率？_和無功功率0_，并將測量獲得的電壓Umea與風電場并網點母線電壓的標稱電壓Uref的差值設置為電壓偏差△ U，同時根據有功功率P_和無功功率Q_計算并網點的實際功率因數λ _ ；B、根據電網對電壓和功率因數偏差的要求設置電壓偏差AU的死區閾值和功率因數偏差Δ λ的死區閾值；C、首先判斷電壓偏差AU是否在電壓偏差AU的死區閾值范圍內，其次判斷功率因數偏差Δ λ是否在功率因數偏差Δ λ的死區閾值范圍內，若電壓偏差AU不在電壓偏差AU 的死區閾值范圍內，則轉至步驟D，若電壓偏差AU在電壓偏差AU的死區閾值范圍內、且功率因數偏差Δ λ不在功率因數偏差Δ λ的死區閾值范圍內，則轉至步驟Ε;若電壓偏差 ΔU在電壓偏差ΔU的死區閾值范圍內、且功率因數偏差Δ λ在功率因數偏差Δ λ的死區閾值范圍內，則控制風電場需輸出的總無功功率值WFref等于檢測到的并網點無功功率Q_， 并轉至步驟F;D、風電場電壓控制模塊將電壓偏差ΔU輸入調節電壓偏差的比例系數Ksl_模塊，得到無功功率參考值Arf，無功功率參考值Arf與無功功率Q_的差值經過PI調節器處理后作為風電場需輸出的總無功功率值Qwref，并轉至步驟F ；E、風電場功率因數控制模塊根據電網要求的功率因數λref和實測的有功功率P·，獲得無功功率參考值Arf，無功功率參考值Arf與無功功率Q_的差值經過PI調節器處理后作為風電場需輸出的總無功功率值Qwref，并轉至步驟F ；F、根據風機實時運行工況和風機的P-Q特性，計算風電場內風機的總無功功率輸出極限值Qmax，并計算風電場需輸出的總無功功率值Qwftrf與總無功功率輸出極限值Qmax的差值 Δ Qwpref,若差值Δ Qffpref大于零，則風電場內風機需要輸出的總無功指令值Qftrf設置為風電場需輸出的總無功功率值Qw^f ；若差值AQwref小于零，則風機需要輸出的總無功指令值 Qftrf設置為總無功功率輸出極限值Qmax，風電場內集中式無功補償設備輸出的無功指令為風電場需輸出的總無功功率值Qwref與總無功功率輸出極限值Qmax的差值AQwpref，且差值 AQwpref不超過風電場內配有的集中式無功補償設備容量；G、風力機群無功分配策略模塊向每臺風機分配無功功率，其中第i臺的風機無功功率輸出參考值Aref的計算公式如下式
2.根據權利要求1所述的一種風電場無功功率控制方法，其特征在于，步驟D中，調節電壓偏差的比例系數Ksl_模塊根據無功電壓敏感系數進行實現。
3.根據權利要求1所述的一種風電場無功功率控制方法，其特征在于，步驟D和步驟E 中，PI調節器的調整幅度K根據響應速度和控制精度實現，滿足以下公式
4.根據權利要求1所述的一種風電場無功功率控制方法，其特征在于，步驟D和步驟E 中，PI調節器中的該運行工況下風電場的預期最大無功輸出值為Qwmax和預期最小無功輸出值為Qwmin，風電場的無功參考值限制在預期最大無功輸出值Qwmax和預期最小無功輸出值Qwmin兩者之間，其中Qwmax為所有風機的預期最大無功輸出及集中式無功補償設備的預期最大無功輸出之和，Qwmax為所有風機的預期最小無功輸出及集中式無功補償設備的預期最小無功輸出之和。
5.一種風電場無功功率控制系統，其特征在于，包括參考值給定模塊、并網點狀態獲取模塊、無功源狀態獲取模塊、風電場控制方式決策模塊、風電場級無功分配策略模塊、風力機群無功分配策略模塊、無功補償設備無功分配策略模塊、風機、集中式無功補償設備和并網點，其中，參考值給定模塊與電網調度通訊接口連接，并網點狀態獲取模塊與并網點連接，參考值給定模塊、并網點狀態獲取模塊和無功源狀態獲取模塊分別與風電場控制方式決策模塊連接，風電場控制方式決策模塊與風電場級無功分配策略模塊連接，風電場級無功分配策略模塊分別與風力機群無功分配策略模塊和無功補償設備無功分配策略模塊連接，風力機群無功分配策略模塊與不少于1個風機連接，無功補償設備無功分配策略模塊與集中式無功補償設備連接，風機和集中式無功補償設備分別與并網點連接，風機和集中式無功補償設備還分別與無功源狀態獲取模塊連接。
全文摘要
本發明公開了一種風電場無功功率控制方法和系統，以風電場高壓側母線電壓為控制目標，以無功功率作為調整量，根據風電場母線電壓的波動范圍和功率因數選擇風電場電壓控制策略、功率因數控制策略或強制控制系統無功輸出為恒定值，并根據風電場需要輸出的無功功率參考值，確定風電場內每臺風機和集中式無功補償設備的無功功率輸出值。采用了本發明的技術方案，使風電場并網點的無功輸出滿足系統的需求，以抑制母線電壓的波動和調節風電場功率因數，并協調控制風電場內每臺風電機組和集中式無功補償設備的無功輸出。
文檔編號H02J3/46GK102299527SQ20111024368
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月23日 優先權日2011年8月23日
發明者原美琳, 張憲平, 徐佳園, 潘磊, 秦明 申請人:國電聯合動力技術有限公司