一種風電場恒定功率因數控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及風電場控制技術，具體涉及一種風電場恒定功率因數控制系統及其控 制方法。
【背景技術】
[0002] 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。隨著風電并網容量的不斷增大，風速波動、電網強度和風電裝機容 量的大小都會給區域電網電壓穩定帶來一系列的問題，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。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種風電場恒定功率因數控制系統及其控制方法，結合風 電場控制的特點，以提高風電場調度自動化控制水平，提高電網的電壓穩定水平。
[0004] 為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現：一種風電場恒定功率因數控 制系統，用于風電場并網控制中，由一電池儲能設備完成對風電場的無功功率補償，其中風 電場的電能輸出端通過一第一變壓器連接至IOkV母線，電池儲能設備的電能輸出端通過 一第二變壓器連接至IOkV母線，IOkV母線通過一第三變壓器連接至35kV母線后接入電網， 其特點是，該風電場恒定功率因數控制系統包含： 采集模塊，用于采集當前時刻IOkV母線處的無功功率因數實時值、有功功率實時值及 無功功率實時值； 給定值輸出模塊，用于輸出IOkV母線處的無功功率因數給定值； 額定值輸出模塊，用于輸出電池儲能設備的無功功率輸出額定值； 對比模塊，分別與所述采集模塊及給定值輸出模塊連接，用于將所述無功功率因數給 定值與無功功率因數實時值進行對比； 計算模塊，與所述采集模塊連接，用于根據無功功率因數實時值、有功功率實時值和無 功功率實時值計算得到無功功率輸出初始值； 指令生成模塊，分別與所述額定值輸出模塊及計算模塊連接，用于將無功功率輸出初 始值與無功功率輸出額定值進行比較，得到無功功率補償指令； 指令執行模塊，分別與所述對比模塊及指令生成模塊連接，用于根據無功功率補償指 令控制所述電池儲能設備完成對風電場的無功功率補償。
[0005] 所述的計算模塊包含一誤差修正單元，分別與所述采集模塊及指令生成模塊連 接，用于完成對所述電池儲能設備的無功功率輸出初始值進行誤差修正。
[0006] 所述的指令生成模塊包含一判斷單元，與所述計算模塊連接，用于判斷所述無功 功率輸出初始值是否小于零；一比較單元，分別與所述額定值輸出模塊及判斷單元連接， 用于比較無功功率輸出額定值與無功功率輸出初始值的絕對值的大小；選擇單元，分別連 接判斷單元、比較單元及指令執行模塊，用于根據無功功率輸出初始值是否小于零及無功 功率輸出額定值與無功功率輸出初始值的絕對值的大小關系，選擇對應的無功功率補償指 令。
[0007] -種風電場恒定功率因數控制方法，其特點是，包含以下步驟： 51、 采集當前時刻IOkV母線處的無功功率因數實時值、IOkV母線處的有功功率實時值 及IOkV母線處的無功功率實時值； 52、 獲取IOkV母線處的無功功率給定值及電池儲能設備的無功功率輸出額定值； 53、 判斷無功功率因數實時值是否大于無功功率因數給定值； 54、 若是，則電池儲能設備無需進行無功功率補償； 若否，則執行步驟S5; 55、 根據無功功率因數實時值、有功功率實時值和無功功率實時值計算得到無功功率 輸出初始值； 56、 將無功功率輸出初始值與無功功率輸出額定值進行比較，得到無功功率補償指 令； 57、 根據無功功率補償指令控制所述電池儲能設備完成對風電場的無功功率補償。
[0008] 所述的風電場恒定功率因數控制方法還包含一步驟S8,位于步驟S5與步驟S5之 間； 58、 對所述無功功率輸出初始值進行誤差修正。
[0009] 所述的步驟S6中包含： S6. 1、判斷所述無功功率輸出初始值是否小于零； S6. 2、比較無功功率輸出額定值與無功功率輸出初始值的絕對值的大小； S6. 3、根據無功功率輸出初始值是否小于零及無功功率輸出額定值與無功功率輸出初 始值的絕對值的大小關系，選擇對應的無功功率補償指令。
[0010] 所述的步驟S6. 3中包含： 若無功功率輸出初始值大于等于零，且無功功率輸出額定值大于等于無功功率輸出初 始值的絕對值，則將無功功率輸出初始值設定為無功功率補償指令； 若無功功率輸出初始值大于等于零，且無功功率輸出額定值小于無功功率輸出初始值 的絕對值，則將無功功率輸出額定值設定為無功功率補償指令； 若無功功率輸出初始值小于零，且無功功率輸出額定值大于等于無功功率輸出初始值 的絕對值，則將無功功率輸出初始值設定為無功功率補償指令； 若無功功率輸出初始值小于零，且無功功率輸出額定值小于無功功率輸出初始值的絕 對值，則將無功功率輸出額定值的相反數設定為無功功率補償指令。
[0011] 本發明一種風電場恒定功率因數控制系統及其控制方法與現有技術相比具有以 下優點：儲能電池在有功出力的基礎上，在變流器容量限制內通過發出或吸收無功保證 IOkV出口母線處的功率因數與給定值相同；結合風電場控制的特點，以提高風電場調度自 動化控制水平，提高電網的電壓穩定水平。
【附圖說明】
[0012] 圖1為本發明一種風電場恒定功率因數控制系統的整體結構框圖； 圖2為本發明一種風電場恒定功率因數控制方法的流程圖； 圖3為平均風速在7m/s時，電池儲能設備的實際無功出力與無功容量的對比圖； 圖4為平均風速在7m/s時，電池儲能設備的無功指令與無功出力對比圖； 圖5為平均風速在lOm/s時，電池儲能設備的實際無功出力與無功容量的對比圖； 圖6為平均風速在10m/s時，電池儲能設備的無功指令與無功出力對比圖； 圖7為平均風速在7m/s時，補償前后功率因數對比圖； 圖8為平均風速在lOm/s時，補償前后功率因數對比圖。
【具體實施方式】
[0013] 以下結合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發明做進一步闡述。
[0014] 如圖1所示，一種風電場恒定功率因數控制系統，用于風電場并網控制中，由一電 池儲能設備完成對風電場的無功功率補償，其中風電場的電能輸出端通過一第一變壓器連 接至IOkV母線，電池儲能設備的電能輸出端通過一第二變壓器連接至IOkV母線，IOkV母線 通過一第三變壓器連接至35kV母線后接入電網，該風電場恒定功率因數控制系統包含：采 集模塊100,用于采集當前時刻IOkV母線處的無功功率因數實時值、有功功率實時值及無 功功率實時值；給定值輸出模塊200,用于輸出IOkV母線處的無功功率因數給定值；額定值 輸出模塊300,用于輸出電池儲能設備的無功功率輸出額定值；對比模塊400,分別與所述 采集模塊100及給定值輸出模塊200連接，用于將所述無功功率因數給定值與無功功率因 數實時值進行對比；計算模塊500,與所述采集模塊100連接，用于根據無功功率因數實時 值、有功功率實時值和無功功率實時值計算得到無功功率輸出初始值；指令生成模塊600， 分別與所述額定值輸出模塊300及計算模塊500連接，用于將無功功率輸出初始值與無功 功率輸出額定值進行比較，得到無功功率補償指令；指令執行模塊700,分別與所述對比模 塊400及指令生成模塊600連接，用于根據無功功率補償指令控制所述電池儲能設備完成 對風電場的無功功率補償。
[0015] 在另外一些實施例中，所述的計算模塊500包含一誤差修正單元501，分別與所述 采集模塊100及指令生成模塊600連接，用于完成對所述電池儲能設備的無功功率輸出初 始值進行誤差修正。
[0016] 在本實施例中，所述的指令生成模塊600包含一判斷單元601，與所述計算模塊 500連接，用于判斷所述無功功率輸出初始值是否小于零；一比較單元602,分別與所述額 定值輸出模塊300及判斷單元601連接，用于比較無功功率輸出額定值與無功功率輸出初 始值的絕對值的大小；選擇單元603,分別連接判斷單元601、比較單元602及指令執行模 塊700,用于根據無功功率輸出初始值是否小于零及無功功率輸出額定值與無功功率輸出 初始值的絕對值的大小關系，選擇對應的無功功率補償指令。
[0017] 如圖2所示，一種風電場恒定功率因數控制方法，包含以下步驟： 51、 采集當前時刻IOkV母線處的無功功率因數實時值、IOkV母線處的有功功率實時值 及IOkV母線處的無功功率實時值； 52、 獲取IOkV母線處的無功功率給定值及電池儲能設備的無功功率輸出額定值； 53、 判斷無功功率因數實時值是否大于無功功率因數給定值； 54、 若是，則電池儲能設備無需進行無功功率補償； 若否，則執行步驟S5; 55、 根據無功功率因數實時值、有功功率實時值和無功功率實時值計算得到無功功率 輸出初始值； 56、 將無功功率輸出初始值與無功功率輸出額定值進行比較，得到無功功率補償指 令； 57、 根據無功功率補償指令控制所述電池儲能設備完成對風電場的無功功率補償。
[0018] 在另外一些實施例中，較佳地，還包含一步驟S8,位于步驟S5與步驟S6之間； 58、 對所述無功功率輸出初始值進行誤差修正