專利名稱：風電場無功功率控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風電場無功功率控制方法，屬于電力系統(tǒng)發(fā)電技術領域。
背景技術：
近幾年來，風力發(fā)電作為最具規(guī)模化開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的新能源技術之一， 以一種前所未有的速度迅猛發(fā)展。風力發(fā)電接入電網給電力系統(tǒng)帶來了很多問題，其中電壓無功問題就是最突出的問題之一。隨著風電機組技術的不斷發(fā)展，變速恒頻風電機組逐漸成為風電場的主流機型， 主要包括雙饋式異步風電機組和直驅式永磁同步風電機組。變速恒頻風電技術實現(xiàn)了有功功率、無功功率的解耦控制，可以獨立調節(jié)發(fā)電機的有功功率和無功功率，變速恒頻風電機組可以作為風電場的重要無功源。但是，受風機變流器發(fā)熱的限制，風電機組并不能在宣稱的功率因數(shù)范圍內長期提供對應的無功功率。實際運行中，風電機組基本未參與無功功率調節(jié)，導致大容量的低成本無功功率容量閑置。風電場一般都配備了無功功率補償設備，其中靜止型動態(tài)無功補償器(簡稱SVC) 和靜止型動態(tài)無功發(fā)生器(SVG)目前應用最為廣泛。SVC、SVG可以運行在恒電壓的控制模式，控制風電場并網點電壓恒定。但是，在分多期建設的風電場中，常常出現(xiàn)多個SVC、SVG 并存的情況，由于多個無功功率補償設備各自為政，缺乏協(xié)調，調節(jié)時極易出現(xiàn)電壓振蕩。 而且，動態(tài)無功功率補償設備在系統(tǒng)故障導致的低電壓穿越過程中大量發(fā)出無功，導致故障消除后系統(tǒng)電壓過高，風電機組因系統(tǒng)過電壓保護動作而脫網。此外，現(xiàn)有風電場中無功功率控制與有功功率控制各自為政，相互之間未建立協(xié)調關系。

發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術存在的以上問題，本發(fā)明提出了一種風電場無功功率控制方法， 實現(xiàn)風電場多個無功功率補償設備和風電機組間的無功功率協(xié)調控制；根據風電場并網點的無功功率需求對風電場的無功功率統(tǒng)一規(guī)劃，在風電場的無功源間進行無功功率分配； 一方面充分發(fā)揮變速恒頻風電機組的無功功率調節(jié)能力，另一方面對多個無功功率補償設備進行協(xié)調控制，使得風電場并網點的無功功率輸出滿足系統(tǒng)負荷的變化，維持風電場并網點電壓穩(wěn)定，改善風電場對接入電網的影響。本發(fā)明具體采用以下技術方案一種風電場無功功率控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟(1)根據風電場并網點的三相電流和三相電壓實時采集數(shù)據進行風電場接入電網系統(tǒng)故障判別，當系統(tǒng)發(fā)生故障時閉鎖無功功率調節(jié)，返回步驟(1)，否則進入步驟(2)；(2)計算風電場并網點實時電壓Umea與并網點目標電壓Utarget的差值的絕對值
AU，AU= |U_-Utargrt|，如果AU大于電壓調節(jié)死區(qū)設定值則進入步驟(3)，否則返回步驟 ⑴；
(3)計算每條集電線路上的風電機組的實發(fā)無功功率和無功功率損耗，所有集電線路的無功功率損耗和；(4)計算風電場并網點目標電壓Utarget對應的無功功率Qu ；(5)計算風電場目標無功功率Qtargrt，Qtargrt = QU+Qall-Q_，其中Qall為所有正常運行的無功功率補償設備和風電機組的實發(fā)無功功率，Q_是風電場并網點的無功功率采集值；(6)根據無功功率補償設備和風電機組的有效無功功率容量與風電場目標無功功率Qtmgrt的關系采取預先設定的不同的分配方法在無功功率補償設備和風電機組間進行無功功率分配；(7)根據風電場目標無功功率Qtawt在無功功率補償設備和風電機組間分配的結果向無功功率補償設備和風電機組發(fā)出無功控制指令；(8)等待無功功率補償設備和風電機組接收到控制指令并執(zhí)行指令動作完成后， 返回步驟(I)0本發(fā)明的有益效果如下1)本控制方法根據風電場的無功功率需求對多個無功源統(tǒng)一規(guī)劃，實現(xiàn)了無功功率補償設備和風電機組的協(xié)調控制，避免了調節(jié)的振蕩；2)當風電場的無功功率容量不足以維持并網點電壓時，給出提示信號，限制風電場并網有功功率值，以減少風電場的無功功率需求來保證并網點電壓穩(wěn)定合格，提高電網的電壓穩(wěn)定水平；3)對變速恒頻風電機組的無功功率容量進行兩級管理，正常情況下，以不會導致變流器過熱的安全無功值參與調節(jié)，緊急情況下，以最大無功功率值參與調節(jié)，這種控制方法既充分利用了變速恒頻風電機組自身的無功功率容量和調節(jié)能力，又可以減輕風電機組變流器的負擔，延長風電機組的使用壽命；4)故障閉鎖無功功率調節(jié)，避免了系統(tǒng)故障消除后所導致的系統(tǒng)過電壓；5)本控制方法實用性強，可用于整個風電場的無功功率補償設備和風電機組的無功功率協(xié)調控制、風電機組間的無功功率控制以及風電場多個無功功率補償設備間的協(xié)調控制；6)本控制方法只需要軟件實現(xiàn)，無需增加硬件，經濟成本低。


圖1為本發(fā)明風電場無功功率控制方法中的數(shù)據流圖；圖2為本發(fā)明風電場無功功率控制方法流程圖；圖3為本發(fā)明風電場無功功率控制方法中無功功率補償設備和風電機組間分配無功功率的流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明本發(fā)明控制方法以風電場并網點的電壓作為控制目標，當系統(tǒng)出現(xiàn)擾動或風電場風速、負荷變化引起電壓波動時，通過對無功功率補償設備和風電機組的協(xié)調控制，使并網點的電壓跟蹤電壓目標值。如圖1所示為本發(fā)明風電場無功功率控制方法中的數(shù)據流圖， 無功補償設備和風電機組間的無功功率協(xié)調控制取決于無功功率補償設備和風電機組的有效無功功率容量與風電場目標無功功率值的關系，而且當風電場接入電網系統(tǒng)故障時， 閉鎖無功功率補償設備和風電機組的無功功率調節(jié)。如圖2所示，本控制方法包括以下步驟1)根據風電場并網點的三相電流和三相電壓實時采集數(shù)據進行風電場接入電網系統(tǒng)故障判別，首先判斷三相電流中的最大值是否大于1. 2Ie，其中Ie為額定電流，如果三相電流中的最大值大于1.2Ie，則判定為風電場接入電網系統(tǒng)故障，閉鎖無功功率調節(jié)，返回步驟1)；否則，按照公式(1)、(2)計算三相電壓不平衡度UB，如果UB大于10%，則判定為風電場接入電網系統(tǒng)故障，閉鎖無功功率調節(jié)，返回步驟1)，否則進入步驟2)；如果UavSUeJlJUB = I Um-Uav | /Uav (1)如果 Uav < Ue,UB = I Um-Uav | /Ue (2)其中，Uav為三相平均電壓，Um為最大或最小電壓，Ue為并網點額定電壓，UB為三相電壓不平衡度；2)計算風電場并網點實時電壓Umea與并網點目標電壓Utmget的差值的絕對值AU， AU= |U_-Utawt|，如果Δυ大于電壓調節(jié)死區(qū)設定值則進入步驟3)，否則返回步驟1)；3)利用下面的公式計算每條集電線路上的風電機組的實發(fā)無功功率和無功功率損耗，所有集電線路的無功功率損耗和Qgwaste
權利要求
1.一種風電場無功功率控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟(1)根據風電場并網點的三相電流和三相電壓實時采集數(shù)據進行風電場接入電網系統(tǒng)故障判別，當系統(tǒng)發(fā)生故障時閉鎖無功功率調節(jié)，返回步驟(1)，否則進入步驟(2)；(2)計算風電場并網點實時電與并網點目標電壓Utmgrt的差值的絕對值AU，AU =IUmea-UtargetI,如果Δυ大于電壓調節(jié)死區(qū)設定值則進入步驟(3)，否則返回步驟(1)；(3)計算每條集電線路上的風電機組的實發(fā)無功功率和無功功率損耗，所有集電線路的無功功率損耗和；(4)計算風電場并網點目標電壓Utarget對應的無功功率Qu；(5)計算風電場目標無功功率Qtmgrt，Qtarget= Qu+Qall_Q_，其中Qall為所有正常運行的無功功率補償設備和風電機組的實發(fā)無功功率，Qfflea是風電場并網點的無功功率采集值；(6)根據無功功率補償設備和風電機組的有效無功功率容量與風電場目標無功功率 Qtogrt的關系采取預先設定的不同的分配方法在無功功率補償設備和風電機組間進行無功功率分配；(7)根據風電場目標無功功率Qtawt在無功功率補償設備和風電機組間分配的結果向無功功率補償設備和風電機組發(fā)出無功控制指令；(8)等待無功功率補償設備和風電機組接收到控制指令并執(zhí)行指令動作完成后，返回步驟(1)。
2.根據權利要求1所述的風電場無功功率控制方法，其特征在于在所述步驟(1)中， 風電場接入電網系統(tǒng)故障閉鎖判據包括三相電流過流判據，即當風電場三相電流中的最大值超過1. 2Ie時，判定為風電場接入電網系統(tǒng)故障，閉鎖無功功率調節(jié)，其中，Ie為額定電流。
3.根據權利要求1所述的風電場無功功率控制方法，其特征在于在所述步驟(1)中， 風電場接入電網系統(tǒng)故障閉鎖判據包括三相電壓不平衡度判據，即當風電場三相電壓不平衡度超過10%時，判定為系統(tǒng)故障，閉鎖無功功率調節(jié)。
4.根據權利要求1所述的風電場無功功率控制方法，其特征在于在所述步驟(6)中， 針對變速恒頻風電機組的運行特性，對其無功功率容量進行兩級管理，即在正常情況下，風電機組以不影響變流器發(fā)熱的安全無功功率值參與無功功率分配；緊急情況下，風電機組以其最大無功功率值參與無功功率分配。
5.根據權利要求1所述的風電場無功功率控制方法，其特征在于在所述步驟(6)中， 如果不存在正常運行的無功功率補償設備，判斷所有風電機組的最大無功功率值之和是否大于風電場目標無功功率Qtawt，如果大于風電場目標無功功率Qtawt，采用等比例法在風電機組間分配風電場目標無功功率Qtogrt ；否則，每臺風電機組的目標無功功率值為該臺風電機組的最大無功功率值，同時發(fā)出限制風電場并網有功功率值的信號，以減少風電場的無功功率需求。
6.根據權利要求1所述的風電場無功功率控制方法，其特征在于在所述步驟(6)中， 如果正常運行的無功功率補償設備的無功功率容量大于風電場目標無功功率Qtogrt，則首先依據就地補償?shù)脑瓌t，以每條集電線路呈現(xiàn)純阻性作為控制目標，由每條集電線路上的風電機組來滿足該條集電線路上的無功功率需求，風電機組間采用等比例法進行無功功率分配。
7.根據權利要求6所述的風電場無功功率控制方法，其特征在于由每條集電線路上的風電機組分配后剩余的無功功率需求在正常運行的無功功率補償設備間采用等比例法進行無功功率分配。
8.根據權利要求6或7所述的風電場無功功率控制方法，其特征在于如果正常運行的無功功率補償設備的無功功率容量小于風電場目標無功功率Qtmgrt，但正常運行的無功功率補償設備和風電機組的總無功功率容量大于風電場目標無功功率Qtmgrt時，則采用等比例法在正常運行的無功功率補償設備和風電機組間進行無功功率分配。
9.根據權利要求6或7所述的風電場無功功率控制方法，其特征在于如果正常運行的無功功率補償設備和風電機組的總無功功率容量小于或等于風電場目標無功功率Qtogrt 時，則每個正常運行的無功功率補償設備的目標無功功率值為該設備的最大容量；每臺風電機組的目標無功無功值為該臺風電機組的最大無功功率值；同時發(fā)出限制風電場并網有功功率值的信號，以減少風電場的無功功率需求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風電場無功功率控制方法，適用于對風電場變速恒頻風電機組和無功功率補償設備進行無功功率協(xié)調控制。所述的控制方法包括實時計算風電場的無功功率需求，根據無功功率補償設備和風電機組的有效無功功率容量采取對應的分配方法。所述的控制方法充分發(fā)揮變速恒頻風電機組的無功功率調節(jié)能力，實現(xiàn)了對多種無功源的協(xié)調控制，避免了調節(jié)振蕩的情況。當電力系統(tǒng)故障時，閉鎖無功功率調節(jié)，防止故障消除后系統(tǒng)無功功率富裕導致的系統(tǒng)過電壓。當風電場自身的無功功率容量不足以維持并網點電壓時，發(fā)出提示信號，限制風電場有功功率，實現(xiàn)有功功率和無功功率的協(xié)調。
文檔編號H02J3/18GK102354992SQ201110297938
公開日2012年2月15日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權日2011年9月30日
發(fā)明者劉靜芳, 奚志江, 崔彥波, 王曉峰, 蘇亞楠, 連倩 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司