CN102882229B - 风电场动态电压自动控制系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种风电场动态电压自动控制(AVC)系统,包括:AVC控制器,设置在风电场中的多个风机上的多个风机主控系统,SVC,设置在风电送出线路、风电汇集线路、SVC线路、高压母线以及低压母线上的多个电压互感器和电流互感器,其中,每条风电汇集线路连接有多个风机,接收多个风机的电能输出,并连接到低压母线,AVC控制器通过光纤网络与各个风机主控系统通信,并电连接到所述多个电压互感器和电流互感器,AVC控制器确定需要风电场发出无功功率或吸收无功功率的总值、每条风电汇集线路能够发出或吸收的无功功率的总值、以及各台风机能够发出或吸收的无功功率,并将与每台风机需要发出或吸收的无功功率对应的控制信号发送到相应的风机主控系统。

Description

风电场动态电压自动控制系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种风电场动态电压自动控制(AVC)系统,更具体地讲,涉及一种能 够动态补偿无功功率的风电场AVC系统。
背景技术
[0002] 随着技术的发展,可再生能源的关注和利用程度日益增加,其中,风力发电是一种 已经发展相对成熟的能源技术。然而,我国风电行业"建设大基地,融入大电网"的发展规 划与欧洲"分散上网,就地消纳"不同,有着"大规模"、"高集中"等特点。间歇性风电造成 电网电压波动、系统短路容量增加、暂态稳定性改变,特别在大规模风电集中接入电网情况 下尤为突出。同时,电网末端电能质量也会影响风电场,例如电网扰动导致风机脱网、风电 场解列,不平衡电压会造成机组振动、过热等。
[0003] 研宄风电场并网的技术关键,在于将风电场作为一个整体单元接入电网来分析, 通过改善风电场并网点(简称PCC)的稳定性,以实现整个风电场的并网性能提高。
[0004] PCC点的稳定性最重要的指标为电压稳定性。电压波动直接影响了风机的安全稳 定运行,危害甚至波及所接入的电力网络。根据潮流分析技术可知,PCC点的电压主要受该 点的无功功率影响:当消耗感性无功功率(即吸收无功功率)过多时电压将会下降;反之, 当发出感性无功功率(即发出无功功率)过多时电压将会上升。通过某些技术控制PCC点 的无功功率动态平衡,即可达到控制PCC点电压稳定的效果。
[0005] 然而,在现有技术中,控制风电场PCC点的无功功率平衡,会受到两个技术点制 约:首先必须满足我国电力系统无功功率"分层分区"控制原则,其次必须充分考虑风电场 无功功率源的控制机理。
[0006] 风电场无功功率源主要有两种:风机和集中无功补偿设备。集中无功补偿设备,例 如静止无功功率补偿装置(SVC)对风电场的无功功率平衡起到了积极有效的作用,但也存 在造价高、损耗大和稳定性差的缺陷,并且SVC与风机运行配合差。另一方面,风机具有额 外发出无功功率的能力,但单个风机的自由控制会引起风电场无功功率内耗,无法达到指 定控制目标。风电场电压自动控制(AVC)系统可挖掘风电场内风机发出无功功率的能力, 与SVC配合,使风电场无功功率达到更好的动态平衡
[0007] 图1是示出根据现有技术的依靠集中无功功率补偿设备来实现PCC点的电压控制 的风电场AVC系统的拓扑示意图。
[0008] 如图1所示,在根据现有技术的风电场AVC系统中,多条风电汇集线路I-N(每条 风电汇集线路包括多个风机)以及设置有SVC的SVC线路接入到低压母线,低压母线上的 电压经由变压器升压,接入高压母线,然后经由PCC点通过风电送出线路接入大电网,从而 实现风电场并网,其中,SVC根据低压母线和/或高压母线的电压变化,自动发出无功功率 或吸收无功功率,从而调节PCC点的电压。
[0009] 然而,根据现有技术的风电场AVC系统存在以下缺点:(1)要实现整个风电场电压 稳定,需要装设大于总装机容量30 %~50 %的集中无功功率补偿设备(如,SVC或SVG),而 SVC造价昂贵,存在固有损耗,却稳定性不高;(2)当母线电压降低时,SVC发出无功功率的 能力下降,其补偿能力成平方倍地下降;(3)优先利用集中无功补偿设备,不利于释放风机 发无功功率的能力,这造成重要无功功率源的浪费;(4)集中无功补偿设备和风机运行的 配合性差,其特点为经常滞后于实时无功调节需求。
[0010] 为此,需要提供这样一种风电场动态电压自动控制(AVC)系统,所述系统可挖掘 风电场内风机发出无功功率的能力,与SVC-道配合,使风电场无功功率达到更好的动态 平衡,提高风电场并网性能。
发明内容
[0011] 本发明的多个方面在于至少解决上述问题和/或缺点,并至少提供以下描述的优 点。因此,本发明的一方面在于提供一种风电场动态电压自动控制(AVC)系统。
[0012] 根据本发明的一方面,提供一种风电场动态电压自动控制(AVC)系统,包括: AVC控制器,设置在风电场中的多个风机上的多个风机主控系统,静止无功功率补偿装置 (SVC),设置在风电送出线路、风电汇集线路、SVC线路、高压母线以及低压母线上的多个电 压互感器和电流互感器,其中,每条风电汇集线路连接有多个风机,接收多个风机的输出, 并且连接到低压母线,AVC控制器通过光纤网络与各个风机主控系统通信,并且电连接到所 述多个电压互感器和电流互感器,其中,AVC控制器将设置在高压母线风电送出线路上的电 压互感器提供的电压与风电场的目标电压进行比较,根据电压差值确定需要风电场发出无 功功率或吸收无功功率的总值;根据每条风电汇集线路上设置的电压互感器和电流互感器 提供的电压数据和电流数据确定每条风电汇集线路能够发出或吸收的无功功率的总值;根 据风机主控系统提供的电压数据和电流数据确定相应风机能够发出或吸收的无功功率,并 将与每台风机需要发出或吸收的无功功率对应的控制信号发送到相应的风机主控系统。
[0013] 此外,当各个风机发出或吸收的无功功率不足以将并网点的实际电压提高或降低 到目标值时,AVC控制器可控制SVC自动投入运行以发出或吸收无功功率,从而进一步提高 或降低并网点的电压。
[0014] 此外,所述风电场动态电压自动控制系统还可包括:用于执行远程控制的AVC主 站,所述AVC主站设置在远离风电场的任何位置,并且通过有线或无线通信方式与AVC控制 器通信并对AVC控制器进行远程控制。
[0015] 此外,AVC控制器可根据设置在风电送出线路上的电压互感器和电流互感器提供 的电压和电流计算风电送出线路上的实测无功功率,将实测无功功率与风电场的目标无功 功率进行比较,根据实测无功功率与风电场的目标无功功率的差值确定需要风电场发出无 功功率或吸收无功功率的总值。
[0016] 此外,AVC控制器可根据设置在风电送出线路上的电压互感器和电流互感器提供 的电压和电流计算实测功率因数,将实测功率因数与目标功率因数进行比较,根据实测功 率因数与目标功率因数的差值确定需要风电场发出无功功率或吸收无功功率的总值。
[0017] 此外,AVC控制器可执行如下操作:检测并网点电压当前值;将并网点电压当前值 与并网点电压期望值进行比较,确定并网点电压当前值是否偏离并网点电压期望值超过第 一预定阈值;如果并网点电压当前值偏离并网点电压期望值超过第一预定阈值,则根据在 并网点测量的电压和电流计算并网点系统阻抗当前值;将并网点系统阻抗当前值与并网点 系统阻抗先前值进行比较,确定并网点系统阻抗当前值是否偏离并网点系统阻抗先前值超 过第二预定阈值;如果并网点系统阻抗当前值偏离并网点系统阻抗先前值超过第二预定阈 值,则用并网点系统阻抗当前值更新并网点系统阻抗先前值,以对并网点系统阻抗进行修 正。
[0018] 此外,AVC控制器可执行如下操作:实时监测影响电气拓扑完整性的各个监测源 的状态;如果确定监测的任一个监测源发生将导致电气拓扑完整性破坏的异常,则停止执 行电网调度指令。
[0019] 此外,AVC控制器可执行如下操作:确定风机的有功功率和机端电压;根据确定的 有功功率和机端电压来确定无功功率能力。
[0020] 此外,AVC控制器可执行如下操作:(a)确认风电汇集线路中的N台风机中第i台 风机是否处于运行状态,其中,N为大于0的自然数,i的初始值为I; (b)如果确认第i台风 机处于非运行状态,则确定第i台风机的无功功率能力为零;(c)如果确认第i台风机处于 运行状态,则确定第i台风机的型号、有功功率和机端电压;(d)根据确定的第i台风机的 型号、有功功率和机端电压来确定第i台风机的无功功率能力;(e)使得i=i+1,并确定i 是否大于N; (f)如果i不大于N,则返回步骤(a) ; (g)如果i大于N,则将确定的所述N台 风机的无功功率能力相加。
[0021] 此外,AVC控制器可执行如下操作:确定并网点的总无功功率需求;根据并网点的 总无功功率需求以及每条风电汇集线路的无功功率能力,为每条风电汇集线路分配无功功 率任务;根据每条风电汇集线路的无功功率任务以及每条风电汇集线路中的每个处于运行 状态的风机的无功功率能力,为每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机分配无功 功率任务。
[0022] 此外,AVC控制器可执行如下操作:确定风电场并网PCC点电压是否突然降低;当 确定PCC点电压突然降低时,在等待第一预定时间之后闭锁风电场AVC系统对风电场的控 制;当确定SVC正在吸收无功功率时,发出控制命令以使SVC停止吸收无功功率;确定PCC 点电压是否在发生突然降低之后的第二预定时间内上升到特定阈值之上;当确定PCC点电 压在第二预定时间内上升到所述特定阈值之上时,恢复风电场AVC系统对风电场的控制。
[0023] 此外,AVC控制器可执行如下操作:确定风电场并网PCC点电压是否突然上升;当 确定PCC点电压突然上升时,在等待第一预定时间之后,向各个风机主控系统发出命令,以 使各个风机停止发出无功功率;当确定SVC正在发出无功功率时,发出控制命令以使SVC停 止发出无功功率;在等待第二预定时间之后,恢复风电场AVC系统对风电场的无功功率的 控制。
[0024] 本发明提供的风电场动态电压自动控制系统,能够充分释放风机额外发出无功功 率的能力,减小SVC的建设投资、运行损耗,达到风机发出无功功率和SVC发出无功功率的 配合效果,并且更加动态而精准地实现风电场PCC点的电压稳定控制,使风电场无功功率 达到更好的动态平衡,提高风电场并网性能。
附图说明
[0025]通过下面结合附图对实施例进行的描述,本发明的这些和/或其他方面和优点将 会变得清楚和更易于理解,其中:
[0026] 图1是示出根据现有技术的依靠集中无功功率补偿设备来实现PCC点的电压控制 的风电场AVC系统的拓扑示意图;
[0027] 图2是示出根据本发明实施例的风电场AVC系统的示图;
[0028] 图3示出了根据本发明实施例的风电场AVC系统的远程控制模式和就地控制模式 的不意图;
[0029] 图4是示出根据本发明实施例的风电场并网点系统阻抗自动辨识及修正方法的 流程图;
[0030] 图5示意性地示出本发明的电气主拓扑完整性的监测方法监测的监测源(图中用 椭圆标注的部件);
[0031] 图6是示出根据本发明示例性实施例的电气主拓扑完整性的监测方法的流程图;
[0032] 图7示出根据本发明的实施例的估计风机的无功功率能力的方法的流程图;
[0033] 图8示出根据本发明的示例性实施例的获取风机的有功功率和机端电压与无功 功率能力之间的映射关系的方法的流程图;
[0034] 图9A和图9B示出在不同机端电压下风机的有功功率与无功功率能力之间的映射 关系曲线(即,PQ曲线)的不例;
[0035] 图9C示出根据PQ曲线确定无功功率能力的一个示例;
[0036] 图10示出根据本发明的示例性实施例的对一条风电汇集线路的无功功率能力进 行估计的方法的流程图;
[0037] 图11示出根据本发明的实施例的风机群的无功功率任务分配方法的流程图;
[0038] 图12示出根据本发明的实施例的为一条风电汇集线路分配无功功率任务的流程 图;
[0039] 图13示出根据本发明的实施例的估计风机的无功功率能力的方法的流程图;
[0040] 图14示出根据本发明的示例性实施例的获取风机的有功功率和机端电压与无功 功率能力之间的映射关系的方法的流程;
[0041] 图15A和图15B示出在机端电压下风机的有功功率与无功功率能力之间的映射关 系曲线(即,PQ曲线)的示例;
[0042] 图15C示出根据PQ曲线确定无功功率能力的一个示例;
[0043] 图16示出根据本发明的示例性实施例的基于图13的方法对一条风电汇集线路的 无功功率能力进行估计的方法的流程图;
[0044] 图17是示出根据本发明实施例的在风电场AVC系统中提高并网暂态稳定性的方 法的流程图;
[0045] 图18是示出根据本发明另一实施例的在风电场AVC系统中提高并网暂态稳定性 的方法的流程图。
具体实施方式
[0046] 现在对本发明实施例进行详细的描述,其示例表示在附图中,其中,相同的标号始 终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。
[0047] 图2是示出根据本发明实施例的风电场AVC系统的示图。
[0048] 如图2所示,根据本发明实施例的风电场AVC系统可包括AVC控制器、设置在多个 风机上的多个风机主控系统,集中无功补偿设备(例如,SVC)以及设置在风电送出线路、风 电汇集线路、SVC线路、高压母线以及低压母线上的多个电压互感器和电流互感器,AVC控 制器通过光纤网络与各个风机主控系统通信,并且电连接到所述多个电压互感器和电流互 感器。具体地讲,AVC控制器接收电压互感器和电流互感器检测的电压数据和电流数据,并 且接收风机主控系统提供的风机自身的各种数据(例如,风机端口的电压数据、电流数据、 有功功率、风机的温度以及故障信息等)。此外,AVC控制器将控制信号发送到各个风机主 控系统,各个风机主控系统根据控制信号控制相应风机中的变流器,以使相应风机端口的 电流和电压之间存在角度,从而相应风机能够发出无功功率或吸收无功功率,其中,当电流 领先于电压时,风机发出无功功率,当电流落后于电压时,风机吸收无功功率。
[0049] 可选择地,AVC控制器可由各种电力屏柜来实现。此外,根据本发明实施例的风电 场AVC系统还可包括用于执行远程控制的AVC主站,所述AVC主站的数量不受限制,可设置 在远离风电场的任何位置(例如,市级电力控制中心、省级电力控制中心等),并且通过有 线或无线通信方式与AVC控制器通信并对AVC控制器进行远程控制。AVC主站可以由计算 机来实现。此外,根据本发明实施例的风电场AVC系统还可包括用于监控AVC运行状态的 AVC监控装置。AVC监控装置可以由计算机来实现。
[0050] 根据本发明的实施例,AVC控制器首先获取风电送出线路的电压数据。风电送出 线路的电压数据反映了PCC点的实际电压。随后,AVC控制器将风电送出线路的电压与风 电场的目标电压进行比较,并根据电压差值确定需要风电场发出无功功率或吸收无功功率 的总值。可选择地,AVC控制器可根据设置在风电送出线路上的电压互感器和电流互感器 提供的电压和电流计算风电送出线路上的实测无功功率,将实测无功功率与风电场的目标 无功功率进行比较,根据实测无功功率与风电场的目标无功功率的差值确定需要风电场发 出无功功率或吸收无功功率的总值。可选择地,AVC控制器可根据设置在风电送出线路上 的电压互感器和电流互感器提供的电压和电流计算实测功率因数,将实测功率因数与目标 功率因数进行比较,根据实测功率因数与目标功率因数的差值确定需要风电场发出无功功 率或吸收无功功率的总值。其后,AVC控制器可根据风电汇集线路的电压数据和电流数据 确定每条风电汇集线路能够发出或吸收的无功功率的总值,并根据风机主控系统提供的电 压数据和电流数据确定相应风机能够发出或吸收的无功功率。最后,AVC控制器将与每台 风机需要发出或吸收的无功功率对应的控制信号发送到相应的风机主控系统。这样,风机 主控系统就可以根据控制信号控制相应风机中的变流器,以使相应风机端口的电流和电压 之间存在角度,从而相应风机能够发出无功功率或吸收无功功率。最终,通过使风机发出无 功功率或吸收无功功率,可以提高或降低PCC点的实际电压,从而保证并网的稳定性。
[0051] 可选择地,当各个风机发出或吸收的无功功率不足以将PCC点的实际电压提高或 降低到目标值时,AVC控制器可控制SVC投入运行以发出或吸收无功功率,从而进一步提高 或降低PCC点的电压。
[0052] 以下,将进一步描述根据本发明实施例的风电场AVC系统的运行情况。
[0053] 1、远程控制模式和就地控制模式
[0054] 图3示出了根据本发明实施例的风电场AVC系统的远程控制模式和就地控制模式 的示意图。
[0055] 如图3所示,在远程控制模式下,可由用于电网调度的省级AVC主站将控制命令下 发到地市级AVC主站,再由地市级AVC主站将控制命令转发到电厂AVC子站(即,上述AVC控制器),然后电厂AVC子站根据接收到的命令调节风电场内的风机发出或吸收无功功率。 另一方面,在就地控制模式下,电厂AVC子站自行产生控制命令,以调节风电场内的风机发 出或吸收无功功率。根据本发明实施例的风电场AVC系统在同一时刻只能运行于一个模式 下。可通过设置在AVC控制器上的"远程控制模式压板"和"就地控制模式压板"在两种模 式之间进行切换。
[0056] 2、系统阻抗自动辨识
[0057] PCC系统阻抗反映了风电场和电网的电气联系强弱性,可以长时间稳定不变。但 是,随着风机运行方式的改变,PCC系统阻抗将发生突变。获取精确的系统阻抗决定着控制 精度和效率。因此,需要实时计算并更新系统阻抗,以使无功功率控制精度更高。
[0058] 图4是示出根据本发明实施例的风电场并网点系统阻抗自动辨识及修正方法的 流程图。该方法由AVC控制器执行。
[0059] 在步骤401,检测PCC电压当前值。在步骤402,将PCC电压当前值与PCC电压期 望值(即,PCC额定电压)进行比较,确定PCC电压当前值是否偏离PCC电压期望值超过第 一预定阈值(例如,第一预定阈值可以是1%至3% )。
[0060] 如果PCC电压当前值偏离PCC电压期望值超过第一预定阈值,则表示需要调整PCC 无功功率期望值,以使得PCC电压当前值接近于PCC电压期望值。因此,在步骤403,根据在 PCC测量的电压和电流(例如,三相电压和三相电流)计算PCC系统阻抗当前值。
[0061] 优选地,可在预定时间段期间(例如10秒)多次(例如10次)计算PCC系统阻 抗值,并取多次计算PCC系统阻抗值的平均值作为PCC系统阻抗当前值。
[0062] 在步骤404,将PCC系统阻抗当前值与PCC系统阻抗先前值进行比较,确定PCC系 统阻抗当前值是否偏离PCC系统阻抗先前值超过第二预定阈值(例如,第二预定阈值可以 是 30%至 50% )。
[0063] 在风电场运行方式不变时PCC系统阻抗变化很小。当风电场发生短路、甩负荷等 故障时,PCC系统阻抗会突然发生大幅度变化,也可称为风电场运行方式变化。因此,PCC系 统阻抗有着突然变化的特点。
[0064] 如果PCC系统阻抗当前值偏离PCC系统阻抗先前值超过第二预定阈值,则表示PCC 系统阻抗发生了突变,因此,在步骤305,用PCC系统阻抗当前值更新PCC系统阻抗先前值, 以对PCC系统阻抗进行修正。
[0065] 如果PCC系统阻抗当前值偏离PCC系统阻抗先前值没有超过第二预定阈值,则表 示PCC系统阻抗没有发生大幅度变化,因此不修正PCC系统阻抗,S卩,将PCC系统阻抗先前 值作为PCC系统阻抗当前值。
[0066] 在修正了PCC系统阻抗之后,可计算PCC无功功率期望值。具体地,可根据前面所 述的公式(1),使用PCC电压期望值、PCC电压当前值、PCC无功功率当前值以及PCC系统 阻抗当前值来计算PCC无功功率期望值。接着,设置在风电场中的AVC控制器根据计算的 PCC无功功率期望值,控制风电场中的风机端口的电流和电压之间存在相位差,使得风机发 出无功功率或吸收无功功率,从而使得PCC无功功率当前值接近于PCC无功功率期望值,进 而使得PCC电压当前值接近于PCC电压期望值。由此,可使得PCC电压稳定,从而提高风电 场并网性能。
[0067] 当PCC无功功率当前值小于PCC无功功率期望值时,AVC控制器控制风机发出无 功功率。当风机端口的电流的相位领先于电压的相位时,风机发出无功功率。
[0068] 当PCC无功功率当前值大于PCC无功功率期望值时,AVC控制器控制风机吸收无 功功率。当风机端口的电流的相位滞后于电压的相位时,风机吸收无功功率。
[0069] 另外,当各个风机发出或吸收的无功功率不足以改变PCC无功功率当前值以稳定 PCC电压时,AVC控制器控制设置在风电场中的集中无功补偿装置(例如SVC)发出或吸收 无功功率,使得PCC无功功率当前值接近于PCC无功功率期望值,进而使得PCC电压当前值 接近于PCC电压期望值,使得PCC的电压稳定,从而保证并网的稳定性。
[0070] 类似地,当PCC无功功率当前值小于PCC无功功率期望值时,AVC控制器控制风机 发出无功功率。当PCC无功功率当前值大于PCC无功功率期望值时,AVC控制器控制风机 吸收无功功率。
[0071] 3、风电场电气拓扑完整性的监测
[0072] 在本发明中,将风电场的电气主拓扑完整性定义为风电场内各部件不发生运行故 障、风机群整体处于发电状态或待机状态、主要开关处于闭合状态、风电场保持并网状态以 及采集回路正常。
[0073] -般来讲,风电场的电气主拓扑完整性破坏的主要原因为:1)并网变压器故障, 低压母线故障;2)风电场失去并网运行状态,如PCC点断路器断开;3)风电场失去所有风 电集电线路;或4)风电送出线路或任意母线的电气采集回路异常断开。将以上任意一个破 坏原因的触发认为是拓扑完整性破坏,此时必须停止响应远程指令。
[0074] 图5示意性地示出本发明的电气主拓扑完整性的监测方法监测的监测源(图中用 椭圆标注的部件)。参照图5,所述影响电气拓扑完整性的监测源包括但不限于,风电场发 电系统的高压母线、并网点的风电送出线路、风电场内所有的低压母线、所有的并网变压器 以及所有的集电线路。其中,将所有的集电线路作为监测的一个集电线路监测源,并且将所 述所有的并网变压器作为一个并网变压器监测源。也就是说,仅在所有的集电线路都停止 工作时,才认为集电线路监测源发生将导致电气拓扑完整性破坏的异常,导致电气主拓扑 完整性被破坏;同理,仅在所有的并网变压器都发生故障时,才认为并网变压器源发生将导 致电气拓扑完整性破坏的异常,导致电气主拓扑完整性被破坏。
[0075] 图6是示出根据本发明示例性实施例的电气主拓扑完整性的监测方法的流程图。
[0076] 参照图6,在步骤S610,AVC控制器实时监测影响电气拓扑完整性的各个监测源的 状态。其中,AVC控制器通过设置在电网中所述各个监测源处的电压互感器和电流互感器 采集各个监测源的状态信息,以监测所述各个监测源的状态。
[0077] 在步骤S620,AVC控制器确定监测的各个监测源是否发生将导致电气拓扑完整性 破坏的异常。
[0078] 根据本发明的示例性实施例,当通过电压互感器和电流互感器采集的状态信息监 测到并网点的风电送出线路的电流小于预定的工作电流门限值,且高压母线电压低于预定 的工作电压门限值时,确定风电送出线路发生将导致电气拓扑完整性破坏的异常。其中,所 述预定的工作电流门限值可设置为并网点的风电送出线路的额定工作电流的5%~8%, 所述预定的工作电压门限值可设置为并网点的风电送出线路的额定工作电压的20%。
[0079] 根据本发明的另一示例性实施例,当监测到风电送出线路的电气数据采集回路一 相或多相断开,导致并网点电气数据无法正常采集时,确定所述风电送出线路发生将导致 电气拓扑完整性破坏。
[0080] 根据本发明的示例性实施例,当监测到高压母线或任一低压母线发生短路故障 时,确定所述高压母线或低压母线发生将导致电气拓扑完整性破坏的异常。其中,当监测到 高压母线或任一低压母线电气数据采集回路一相或多相断开时,确定所述高压母线或低压 母线发生将导致电气拓扑完整性破坏的异常。
[0081] 根据本发明的示例性实施例,当监测到所有的并网变压器发生故障时,确定所述 并网变压器发生将导致电气拓扑完整性破坏的异常。其中,当监测到任一并网变压器的电 气数据采集回路一相或多相断开时,将导致无法得到正确的功率计算值等,因此确定所述 并网变压器发生故障。
[0082] 根据本发明的示例性实施例,当监测到每个集电线路的电流小于预定的工作电流 门限值,且其所连接的风机都未发电,则确定所有的集电线路作为一个集电线路监测源发 生将导致电气拓扑完整性破坏的异常。所述预定的工作电流门限值可设置为集电线路的额 定工作电流的5 %~8 %。如果在步骤S620,AVC控制器确定监测的任一个监测源发生将导 致电气拓扑完整性破坏的异常,则在步骤S630,AVC控制器停止执行电场调度指令。所述电 场调度命令可以是无功功率控制命令、并网点电压控制命令以及并网点功率因数控制命令 中的至少一个。
[0083] 4、风机群总无功功率能力实时评估
[0084] 图7示出根据本发明的实施例的估计风机的无功功率能力的方法的流程图。该方 法由AVC控制器执行。
[0085] 在步骤701,AVC控制器接收风机的变流器的温度,并确定风机的变流器的温度是 否正常(例如,温度过高或过低)。应该理解,变流器的正常运行温度是其自己的一个性能 参数,可根据型号的不同而存在差异。可通过设置在各个风机的温度传感器来检测风机的 变流器的温度。
[0086] 如果在步骤701确定风机的变流器温度不正常,则在步骤702,AVC控制器确定风 机的无功功率能力为零。
[0087] 如果在步骤701确定风机的变流器温度正常,则在步骤703,AVC控制器确定风机 的有功功率和机端电压。
[0088] 在步骤704,AVC控制器根据确定的风机的有功功率和机端电压来确定无功功率 能力。
[0089] 具体地说,根据预先存储的有功功率和机端电压与无功功率能力之间的映射关系 来确定无功功率能力。
[0090] 图8示出根据本发明的示例性实施例的获取风机的有功功率和机端电压与无功 功率能力之间的映射关系的方法的流程图。
[0091] 在步骤801,将风机的机端电压稳定在预定电压值;
[0092] 在步骤802,将风机的有功功率稳定在预定功率值;
[0093] 在步骤803,检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力。具体地说, 在保证风机的变流器不过流的极限电流情况下检测无功功率输出能力和吸收能力,从而得 到指示无功功率能力的无功功率输出能力和/或无功功率吸收能力。应该理解,无功功率 输出能力表示风机能够输出的最大无功功率。无功功率吸收能力表示风机能够吸收的最大 无功功率。
[0094] 针对至少一个预定电压值执行步骤801,在每个预定电压使用不同的有功功率执 行步骤802,从而在步骤803获得在至少一个预定电压下,不同的有功功率与无功功率能力 之间的映射关系。
[0095] 优选地,在相同预定电压值情况下,首先获得多个有功功率与无功功率能力之间 的映射关系,然后对获得的映射关系进行拟合而获得风机的有功功率与无功功率能力之间 的映射关系。通过上述拟合得到的映射关系可以是有功功率-无功功率能力关系(PQ)曲 线。此时,在步骤704,可以利用检测的有功功率,从与检测的机端电压相应的PQ曲线得到 无功功率能力。
[0096] 在另一实施例中,上面描述的预定电压值为预定电压范围。换句话说,在步骤801 中将风机的机端电压稳定在预定电压范围。这是因为将风机的机端电压稳定在一个固定的 值存在难度,并且对于在一定范围内的机端电压,与预定有功功率相应的无功功率能力变 化不大,对检测结果影响较小。因此,可以不针对每个机端电压而是针对不同的机端电压范 围(即,预定电压范围)来确定有功功率与无功功率能力之间的映射关系。
[0097] 该预定范围的宽度可根据风机的型号或者所需的精度而有所不同。在一个示例 中,该预定范围的宽度可以是风机的额定机端电压的1% -10%。优选地,该预定范围的宽 度是风机的额定机端电压的5%。
[0098] 例如,预定电压范围可以是额定机端电压的90 % -95 %、95 % -105 %、 105% _110%〇
[0099] 此外,对于不同型号的风机,上述映射关系是不同的。可针对不同型号的风机,执 行上述基于图3描述的方法,来得到不同型号的风机的有功功率和机端电压与无功功率能 力之间的映射关系。也即,不同型号的风机的与不同预定电压值或预定电压范围相应的PQ 曲线。
[0100] 图9A和图9B示出在不同机端电压下风机的有功功率与无功功率能力之间的映射 关系曲线(即,PQ曲线)的示例。
[0101] 在图9A和图9B中,曲线图的横轴表示无功功率,曲线图的纵轴表示有功功率。横 轴的正坐标部分表示能够输出的无功功率(即,无功功率输出能力),横轴的负坐标部分表 示能够吸收的无功功率(即,无功功率吸收能力)。
[0102] 如图9A所示,PQ曲线901表示在上述预定电压范围为额定机端电压的百分比范 围[95%,105% )时的PQ曲线,PQ曲线902表示在上述预定电压范围为额定机端电压的百 分比范围[105%,110% )时的PQ曲线。
[0103] 如图9B所示,PQ曲线903表示在上述预定电压范围为额定机端电压的百分比范 围[90%,95% )时的PQ曲线。
[0104] 通过图9A和图9B所示的PQ曲线可以确定,随着预定电压值或预定电压范围的中 值或端点电压增加,PQ曲线向右移动;随着预定电压值或预定电压范围的中值或端点电压 减小,PQ曲线向左移动。换句话说,在相同的有功功率下,预定电压值或预定电压范围的中 值或端点电压越大,无功功率输出能力越大,无功功率吸收能力越小。
[0105] 图9C示出根据PQ曲线确定无功功率能力的一个示例。
[0106] 如图9C所示,当检测的有功功率为Pl时,可以通过PQ曲线确定无功功率输出能 力Ql和吸收能力Q2。
[0107] 在另一实施例中,在步骤701还包括确定风机是否发出运行告警。如果风机的变 流器的温度不正常和/或风机发出运行告警,则在步骤702确定风机的无功功率能力为零。
[0108] 在另一实施例中,图7所示的方法中不包括步骤701和702。
[0109] 在另一实施例中,可获取风机的无功功率输出能力和吸收能力中的至少一个与有 功功率的关系。
[0110] 图10示出根据本发明的示例性实施例的对一条风电汇集线路的无功功率能力进 行估计的方法的流程图。该方法由AVC控制器执行。
[0111] 在风电场中,风机被分为多个组,每组风机形成一条风电汇集线路。
[0112] 在步骤1001,确认连接到风电汇集线路的N(N为大于0的自然数)台风机中第i(i 的初始值为1)台风机是否处于运行状态。
[0113] 如果确认第i台风机处于非运行状态,则在步骤1002,确定第i台风机的无功功率 能力为零。
[0114] 如果确认第i台风机处于运行状态,则在步骤1003,确定第i台风机的变流器的温 度是否正常。
[0115] 如果在步骤1003确定第i台风机的变流器温度不正常,则在步骤1004确定第i 台风机的无功功率能力为零。
[0116] 如果在步骤1003确定第i台风机的变流器温度正常,则在步骤1005,确定第i台 风机的型号、有功功率和机端电压。
[0117] 在步骤1006,根据确定的第i台风机的型号、有功功率和机端电压来确定第i台风 机的无功功率能力。
[0118] 具体地说,根据预先确定的型号、有功功率和机端电压与无功功率能力的映射关 系来确定第i台风机的无功功率能力。对于N台风机中每种型号的风机,可根据上面基于 图3所描述的方法来确定有功功率和机端电压与无功功率能力的映射关系。
[0119] 随后,在步骤1007,使得i=i+1,并确定i是否大于N。
[0120] 如果i不大于N,则返回步骤1001。
[0121] 如果i大于N,则进行步骤1008。
[0122] 在步骤908,将所述N台风机的无功功率能力相加,从而获得整条风电汇集线路的 无功功率能力。
[0123] 应该理解,当无功功率能力仅表示无功输出能力时,将所述N台风机的无功输出 能力相加;当无功功率能力仅表示无功吸收能力时,将所述N台风机的无功吸收能力相加; 当无功功率能力表示无功输出能力和无功吸收能力时,将所述N台风机的无功输出能力相 加,并将所述N台风机的无功吸收能力相加。
[0124] 在另一实施例中,图10所示的方法中不包括步骤1003和1004,而是在确定第i台 风机处于运行状态时,执行步骤1005。
[0125] 在另一实施例中,在步骤1001还包括确定风机是否发出运行告警。如果风机的变 流器的温度不正常和/或风机发出运行告警,则在步骤1002确定风机的无功功率能力为 零。
[0126] 5、风机群无功功率优化分配
[0127] 图11示出根据本发明的实施例的风机群的无功功率任务分配方法的流程图。该 方法由AVC控制器执行。
[0128] 在步骤1101,确定并网点的总无功功率需求。无功功率需求表示吸收无功功率的 需求或输出无功功率的需求。通常通过总无功功率需求的符号来确定吸收无功功率还是输 出无功功率。正的总无功功率需求表示需要输出无功功率,负的总无功功率需求表示需要 吸收无功功率。获得并网点无功功率需求属于现有的技术,不再赘述。
[0129] 在步骤1102,根据并网点的总无功功率需求,为每条风电汇集线路分配无功功率 任务。
[0130] 在步骤1103,根据为每条风电汇集线路分配的无功功率任务,为每条风电汇集线 路中的每个运行的风机分配无功功率任务。
[0131] 具体地说,单条风电汇集线路的无功功率任务将被分配给与该风电汇集线路相应 的风机组中的每个运行的风机(即,在该风电汇集线路中运行的风机)来执行。
[0132] 假设为一条风电汇集线路分配的无功功率任务为QbMndl,在该风电汇集线路中运 行的风机数量为M,则为这M台风机中的第n台风机分配的无功功率任务QMf (n)被表示为 等式(1):
Figure CN102882229BD00151
[0134] 这里,Qcapacdty(Ii)表示第n台风机的无功功率能力,Qcapacdty⑴表示第i台风机的 无功功率能力。
[0135] 应该理解,当总无功功率需求的方式为无功功率输出时,风电汇集线路的无功功 率能力为风电汇集线路的无功功率输出能力,风机的无功功率能力为风机的无功功率输出 能力;当总无功功率需求的方式为无功功率吸收时,风电汇集线路的无功功率能力为风电 汇集线路的无功功率吸收能力,风机的无功功率能力为风机的无功功率吸收能力。
[0136] 例如,当无功功率任务为输出无功功率(例如,为正值)时,等式(1)中的风机的 无功功率为风机的无功功率输出能力;当无功功率任务为吸收无功功率(例如,为负值) 时,等式(1)中的风机的无功功率为风机的无功功率吸收能力。换句话说,当无功功率任务 为正值时,Qeapac;ity(i)表示第i台风机的无功功率输出能力,为正值;当无功功率任务为负 值时,QMpac;ity(i)表示第i台风机的无功功率吸收能力,为负值。
[0137] 无功功率输出能力的绝对值表示能够输出的最大无功功率。无功功率吸收能力的 绝对值表示能够吸收的最大无功功率。
[0138] 可根据现有技术确定风机的无功功率能力。风机的无功功率能力属于其自身的性 能指标,因此可以利用风机的相应性能指标来确定其无功功率能力。
[0139] 此外,在本发明的另一实施例中,提出了一种考虑风机运行状态来确定其无功功 率能力的方案,该方案克服了现有技术中不能准确估计风机的无功功率的缺陷。将在后面 参照图13进行说明。
[0140] 图12示出根据本发明的实施例的为一条风电汇集线路分配无功功率任务的流程 图。
[0141] 在步骤1201,检测并网点的有功功率,根据检测的有功功率和并网点的总无功功 率需求,确定并网点的期望功率因数。
[0142] 应该理解,假设有功功率为P,总无功功率需求为Q,则根据有功功率与无功功率 的关系,P/Q=cot9,期望功率因数可被表示为cos0。
[0143] 在步骤1202,检测风电汇集线路的有功功率Pbraneh以及风电汇集线路的无功功率 目匕^branch-capacity。
[0144] 可将利用现有技术获取的风电汇集线路中的运行的风机的无功功率能力相加来 获得风电汇集线路的无功功率能力1_ 11_。__。应该理解,这里的相加是指分别针对无功 功率输出能力和无功功率吸收能力进行相加,从而得到表示无功功率能力 电汇集线路的无功功率输出能力和无功功率吸收能力。
[0145] 此外,也可利用将在后面参照图16描述的方法来获得风电汇集线路的无功功率 目匕^branch-capacity。
[0146] 在步骤1203,将在步骤1201确定的并网点的期望功率因数作为风电汇集线路的 期望功率因数,根据风电汇集线路的有功功率Pbrandi以及该期望功率因数,计算风电汇集线 路的期望无功功率。
[0147] 风电汇集线路的期望无功功率QbMnc;M可被表示为:
[0148] QbrnchO=PbranchXtg0 ⑵
[0149] 在步骤1204,确定期望无功功率Qfcanehtl是否超出风电汇集线路的无功功率能力 也即,QbrancM是否超出风电汇集线路的无功功率输出能力(即,能够输出的最 大无功功率)或无功功率吸收能力(即,能够吸收的最大无功功率)。
[0150]当确定期望无功功率Qbrancwi超出风电汇集线路的无功功率能力QbrandlMpac;ity时,在 步骤1205,将风电汇集线路的无功功率能力QfcandlMpac;ity作为风电汇集线路分配的无功功 率任务Qbranch°
[0151]应该理解,当QbMncM为无功功率输出任务且超出风电汇集线路的无功功率输出能 力时,将风电汇集线路的无功功率输出能力确定为风电汇集线路的无功功率任务Qbranc;h。此 时,无功功率任务Qbrandl的符号为正,表示输出无功功率。
[0152] 当QbMnc;M为无功功率吸收任务且超出风电汇集线路的无功功率吸收能力时,将风 电汇集线路的无功功率吸收能力确定为风电汇集线路的无功功率任务Qbramh。此时,无功功 率任务Qteamh的符号为负,表示吸收无功功率。
[0153]当确定期望无功功率Qbramhtl没有超出风电汇集线路的无功功率能力QbMnc;hc;apac;ity 时,在步骤1206,将期望无功功率Qbramhtl作为风电汇集线路的无功功率任务Qbrandl。
[0154] 根据上述对风电汇集线路分配无功功率任务的方案,可能存在并网点总无功功率 需求不能被完全满足的情况。在此情况下,剩余的无功功率任务AVC系统将分配给风电场 集中无功补偿设备(例如SVC)承担。
[0155] 图13示出根据本发明的实施例的估计风机的无功功率能力的方法的流程图。
[0156] 在步骤1301,检测风机的变流器的温度,并确定风机的变流器的温度是否正常 (例如,温度过高或过低)。应该理解,变流器的正常运行温度是其自己的一个性能参数,可 根据型号的不同而存在差异。
[0157] 如果在步骤1301确定风机的变流器温度不正常,则在步骤1302确定风机的无功 功率能力为零。
[0158] 如果在步骤1301确定风机的变流器温度正常,则在步骤1303,检测风机的有功功 率和机端电压。
[0159] 在步骤1304,根据检测的风机的有功功率和机端电压来确定无功功率能力。
[0160] 具体地说,根据预先存储的有功功率和机端电压与无功功率能力之间的映射关系 来确定无功功率能力。
[0161] 在另一实施例中,可省略步骤1301和1302。
[0162] 图14示出根据本发明的示例性实施例的获取风机的有功功率和机端电压与无功 功率能力之间的映射关系的方法的流程图。
[0163] 在步骤1401,将风机的机端电压稳定在预定电压值;
[0164] 在步骤1402,将风机的有功功率稳定在预定功率值;
[0165] 在步骤1403,检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力。具体地说, 在保证风机的变流器不过流的极限电流情况下检测无功功率输出能力和吸收能力,从而得 到指示无功功率能力的无功功率输出能力和/或无功功率吸收能力。
[0166] 针对至少一个预定电压值执行步骤1401,在每个预定电压使用不同的有功功率执 行步骤1402,从而在步骤1403获得在至少一个在每个预定电压下,不同的有功功率与无功 功率能力之间的映射关系。
[0167] 优选的,在相同预定电压值情况下,首先获得多个有功功率与无功功率能力之间 的映射关系,然后对获得的映射关系进行拟合而获得风机的有功功率与无功功率能力之间 的映射关系。通过上述拟合得到的映射关系可以是有功功率-无功功率能力关系(PQ)曲 线。此时,在步骤504,可以利用检测的有功功率,从与检测的机端电压相应的PQ曲线得到 无功功率能力。
[0168] 在另一实施例中,上面描述的预定电压值为预定电压范围。换句话说,在步骤1401 中将风机的机端电压稳定在预定电压范围。这是因为将风机的机端电压稳定在一个固定的 值存在难度,并且对于在一定范围内的机端电压,与预定有功功率相应的无功功率能力变 化不大,对检测结果影响较小。因此,可以不针对每个机端电压而是针对不同的机端电压范 围(即,预定电压范围)来确定有功功率与无功功率能力之间的映射关系。
[0169] 该预定范围的宽度可根据风机的型号或者所需的精度而有所不同。在一个示例 中,该预定范围的宽度可以是风机的额定机端电压的1% -10%。优选地,该预定范围的宽 度是风机的额定机端电压的5%。
[0170] 例如,预定电压范围可以是额定机端电压的90 % -95 %、95 % -105 %、 105% _110%〇
[0171] 此外,对于不同型号的风机,上述映射关系是不同的。可针对不同型号的风机,执 行上述基于图14描述的方法,来得到不同型号的风机的有功功率和机端电压与无功功率 能力之间的映射关系。也即,不同型号的风机的与不同预定电压值或预定电压范围相应的 PQ曲线。
[0172] 图15A和图15B示出在机端电压下风机的有功功率与无功功率能力之间的映射关 系曲线(即,PQ曲线)的示例。
[0173] 如图15所示,曲线图的横轴表示无功功率,曲线图的纵轴表示有功功率。横轴的 正坐标部分表示能够输出的无功功率(即,无功功率输出能力),横轴的负坐标部分表示能 够吸收的无功功率(即,无功功率吸收能力)。
[0174] 如图15A所示,PQ曲线1501表示在上述预定电压范围为额定机端电压的百分比 范围[95%,105% )时的PQ曲线,PQ曲线402表示在上述预定电压范围为额定机端电压的 百分比范围[105%,110% )时的PQ曲线。
[0175] 如图15B所示,PQ曲线1503表示在上述预定电压范围为额定机端电压的百分比 范围[90%,95% )时的PQ曲线。
[0176] 通过图15A和图15B所示的PQ曲线可以确定,随着预定电压值或预定电压范围的 中值或端点电压增加,PQ曲线向右移动;随着预定电压值或预定电压范围的中值或端点电 压减小,PQ曲线向左移动。换句话说,在相同的有功功率下,预定电压值或预定电压范围的 中值或端点电压越大,无功功率输出能力越大,无功功率吸收能力越小。
[0177] 图15C示出根据PQ曲线确定无功功率能力的一个示例。
[0178] 如图15C所示,当检测的有功功率为Pl时,可以通过PQ曲线确定无功功率输出能 力Ql和吸收能力Q2。
[0179] 可选地,在步骤1401还包括确定风机是否发出运行告警。如果风机的变流器的温 度不正常和/或风机发出运行告警,则在步骤1402确定风机的无功功率能力为零。
[0180] 可选地,可获取风机的无功功率输出能力和吸收能力中的至少一个与有功功率的 关系。
[0181] 图16示出根据本发明的示例性实施例的基于图13的方法对一条风电汇集线路的 无功功率能力进行估计的方法的流程图。
[0182] 在步骤1601,检测连接到风电汇集线路的N(N为大于0的自然数)台风机中第i(i 的初始值为1)台风机是否处于运行状态。
[0183] 如果确定第i台风机处于非运行状态,则在步骤1602,确定第i台风机的无功功率 能力为零。
[0184] 如果确定第i台风机处于运行状态,则在步骤1603,确定第i台风机的变流器的温 度是否正常。
[0185] 如果在步骤1603确定第i台风机的变流器温度不正常,则在步骤1604确定第i 台风机的无功功率能力为零。
[0186] 如果在步骤1603确定第i台风机的变流器温度正常,则在步骤1605,检测第i台 风机的型号、有功功率和机端电压。
[0187] 在步骤1606,根据检测的第i台风机的型号、有功功率和机端电压来确定第i台风 机的无功功率能力。
[0188] 具体地说,根据预先确定的型号、有功功率和机端电压与无功功率能力的映射关 系来确定第i台风机的无功功率能力。对于N台风机中每种型号的风机,可根据上面基于 图14所描述的方法来确定有功功率和机端电压与无功功率能力的映射关系。
[0189] 随后,在步骤1607,使得i=i+1,并确定i是否大于N。
[0190] 如果i不大于N,则返回步骤1601。
[0191] 如果i大于N,则进行步骤1608。
[0192] 在步骤1608,将所述N台风机的无功功率能力相加,从而获得整条风电汇集线路 的无功功率能力。
[0193] 应该理解,将所述N台风机的无功功率能力相加包括:将所述N台风机的无功吸收 能力相加;以及将所述N台风机的无功吸收能力相加。
[0194] 在另一实施例中,图16所示的方法中不包括步骤1603和1604,而是在确定第i台 风机处于运行状态时,执行步骤1605。
[0195] 在另一实施例中,在步骤1601还包括确定风机是否发出运行告警。如果风机的变 流器的温度不正常和/或风机发出运行告警,则在步骤1602确定风机的无功功率能力为 零。
[0196] 6、AVC系统安全闭锁和安全保护
[0197] AVC系统安全闭锁是指风电场AVC系统不再控制风电场中的风机发出或吸收无功 功率,g卩,AVC控制器放弃对风机发出无功功率或吸收无功功率的控制。安全闭锁包括一般 性闭锁和扰动闭锁。
[0198] 一般性闭锁主要由风电场拓扑不完整和AVC系统软硬件异常引起。风电场拓扑不 完整是指主拓扑失去所有汇集线路、失去与电网的电气连接、变压器故障、高压母线或低压 母线故障或数据采集回路异常等。AVC系统软硬件异常包括通信故障、硬件损伤、软件初始 化失败等。
[0199] 扰动闭锁是指,当电网受到大扰动影响时会出现剧烈的电气量波动,此时风电场 要配合电网继电保护、风机低电压穿越功能,因此AVC系统需要执行安全闭锁。另一方面, 在高电压穿越标准颁布后,风电场还需要配合风机高电压穿越功能,因此AVC系统也需要 执行安全闭锁。上述扰动主要由以下的暂态过程引起:(1)各种短路故障;(2)线路无故障 跳闸;(3)近电气距离甩负荷、甩出力等。
[0200] AVC系统安全保护是指对AVC系统的响应过程进行越限约束,其目的为保障电网 及风机运行稳定。根据本发明的实施例,可对AVC系统进行以下约束:(1)并网点电压越限 约束;(2)并网点功率因数越限约束;(3)汇集线路电压越限约束;(4)汇集线路功率因数 越限约束等。
[0201] 7、并网暂态稳定性控制
[0202] 并网暂态稳定性控制包括故障下电压突然降低时的控制以及故障下电压突然上 升时的控制。
[0203] 当故障下电压突然降低时,风机将快速执行低电压穿越过程。此时,风机将发出大 量无功功率和少量有功功率。因此,当风电场AVC系统检测到故障的发生时,风电场AVC系 统将临时闭锁对风机发出控制命令,将控制权交由风机。此时,风机自行进行预设逻辑的暂 态控制。当风电场AVC系统检测到低压穿越过程结束时,风电场AVC系统收回对风机的控 制权。根据本发明的实施例,AVC系统可采取与风机判别低压穿越同样的判别方法来检测 故障的发生。由于风机判别低压穿越的判别方法为本领域技术人员所公知,因此这里不再 进行详细描述。然而,本发明不限于此,AVC系统可使用各种现有方法来检测故障的发生。
[0204] 当故障下电压突然上升时,往往是突然发生了甩无功功率负荷的结果,这将导致 无功功率过剩。此时,风电场AVC系统将控制风机吸收大量无功功率。
[0205] 图17是示出根据本发明实施例的在风电场AVC系统中提高并网暂态稳定性的方 法的流程图。
[0206] 参照图17,在操作1701,AVC控制器确定PCC点电压是否突然降低。AVC控制器可 以根据设置在风电送出线路上的电压互感器提供的电压数据来确定PCC点电压是否突然 降低。然而,可选择地,AVC控制器也可以根据设置在高压母线或低压母线上的电压互感器 提供的电压数据来确定PCC点电压是否突然降低。具体地讲,当PCC点电压下降变化率为 高,且PCC点电压下降到第一阈值以下时,AVC控制器可确定PCC点电压突然降低。例如, 当PCC点电压下降变化率高于0. 7倍额定电压/秒,且PCC点电压低于0. 8倍额定电压时, AVC控制器可确定PCC点电压突然降低。然而,本发明不限于此,电压下降变化率和第一阈 值可以根据实际需要由本领域技术人员任意设置。
[0207] 当AVC控制器确定PCC点电压突然降低时,在操作1702,AVC控制器在等待预定时 间(例如,但不限于,20毫秒)之后闭锁风电场AVC系统对风电场的控制。也就是说,AVC 控制器放弃对风电场中风机发出无功功率或吸收无功功率的控制。这样,AVC系统可以配 合在风电场中的风机中发生的低压穿越。
[0208] 随后,在操作1703,如果AVC控制器基于设置在SVC线路上的电压互感器和电流互 感器提供的电压数据和电路数据确定SVC正在吸收无功功率时,则AVC控制器发出控制命 令以使SVC停止吸收无功功率。另一方面,如果AVC控制器确定SVC正在发出无功时,AVC 控制器不对SVC进行任何控制。
[0209] 在操作1704,AVC控制器确定PCC点电压是否在发生突然降低之后的预定时间 (例如,但不限于,5秒)内上升到第二阈值(例如,大于0.9倍额定电压)之上。当AVC控 制器确定PCC点电压在预定时间内上升到第二阈值之上时,在操作1705,AVC控制器恢复风 电场AVC系统对风电场的控制。也就是说,AVC控制器开放对风电场中风机发出无功功率 或吸收无功功率的控制,从而根据风电场的运行情况控制相应风机发出无功功率或吸收无 功功率。
[0210] 另一方面,当AVC控制器确定PCC点电压在预定时间内没有上升到第二阈值之上 时,在操作1706,AVC控制器在等待预定时间(例如,但不限于,8-10秒)之后,AVC控制器 恢复对风电场的控制。这里,所述预定时间从PCC点电压发生突然降低的时刻开始计算。
[0211] 图18是示出根据本发明另一实施例的在风电场AVC系统中提高并网暂态稳定性 的方法的流程图。
[0212] 参照图18,在操作1801,AVC控制器确定PCC点电压是否突然上升。AVC控制器可 以根据设置在风电送出线路上的电压互感器提供的电压数据来确定PCC点电压是否突然 上升。然而,可选择地,AVC控制器也可以根据设置在高压母线或低压母线上的电压互感器 提供的电压数据来确定PCC点电压是否突然上升。具体地讲,当PCC点电压上升变化率为 高,且PCC点电压上升到第三阈值以上时,AVC控制器可确定PCC点电压突然上升。例如, 当PCC点电压上升变化率高于0. 5倍额定电压/秒,且PCC点电压高于I. 1倍额定电压时, AVC控制器可确定PCC点电压突然上升。然而,本发明不限于此,电压上升变化率和第三阈 值可以根据实际需要由本领域技术人员任意设置。
[0213] 当AVC控制器确定PCC点电压突然上升时,在操作1802,AVC控制器在等待第一预 定时间(例如,但不限于,20毫秒)之后,AVC控制器向各个风机主控系统发出命令,降低 各个风机发出的无功功率。具体地讲,AVC控制器可发出命令,使所有风机不再发出无功功 率。此后,在操作1803,如果AVC控制器基于设置在SVC线路上的电压互感器和电流互感器 提供的电压数据和电路数据确定SVC正在发出无功功率时,则AVC控制器发出控制命令以 使SVC停止发出无功功率。接下来,在操作1804,AVC控制器在等待第二预定时间(例如, 但不限于5秒)之后,AVC控制器恢复风电场AVC系统对风电场的无功功率的控制。也就 是说,AVC控制器恢复对风电场中风机发出无功功率或吸收无功功率的控制,从而根据风电 场的运行情况控制相应风机发出无功功率或吸收无功功率。这里,第二预定时间从PCC点 电压发生突然上升的时刻开始计算
[0214] 以上参照图17和图18描述了当PCC点电压突然降低或突然升高时保持风电场并 网暂态稳定性的方法。然而,根据本发明的实施例,图18的方法可以在图17的操作1701 之后执行。例如,当AVC控制器确定PCC点电压没有突然降低时,可执行操作1801及其后 的操作。另一方面,图17的方法可以在图18的操作1801之后执行。例如,当AVC控制器 确定PCC点电压没有突然上升时,可执行操作1701及其后的操作。另一方面,AVC控制器 可反复执行操作1701和1801 (执行操作1701和1801的先后顺序不受限制),直到检测到 PCC点电压突然降低或突然升高,然后执行操作1702至1706或操作1802至1804。
[0215] 以上描述了根据本发明实施例的风电场AVC系统的几种示例操作,但是本发明不 限于此。根据本发明实施例的风电场AVC系统可对风电场进行其他各种控制操作,例如,风 电场数据同步等。
[0216] 如上所述,通过构建根据本发明实施例的风电场AVC系统能够充分释放风机额外 发出无功功率的能力,减小SVC的建设投资、运行损耗,达到风机发出无功功率和SVC发出 无功功率的配合效果,并且更加动态而精准地实现风电场PCC点的电压稳定控制。
[0217] 虽然已经显示和描述了一些实施例,但是本领域技术人员应该理解,在不脱离本 发明的原理和精神的情况下,可以对这些实施例进行修改,本发明的范围由权利要求及其 等同物限定。

Claims (11)

1. 一种风电场动态电压自动控制(AVC)系统,包括:AVC控制器,设置在风电场中的多 个风机上的多个风机主控系统,静止无功功率补偿装置(SVC),设置在风电送出线路、风电 汇集线路、SVC线路、高压母线以及低压母线上的多个电压互感器和电流互感器, 其中,每条风电汇集线路连接有多个风机,接收多个风机的输出,并且连接到低压母 线,AVC控制器通过光纤网络与各个风机主控系统通信,并且电连接到所述多个电压互感器 和电流互感器, 其中,AVC控制器将设置在风电送出线路上的电压互感器提供的电压与风电场的目标 电压进行比较,根据电压差值确定需要风电场发出无功功率或吸收无功功率的总值;根据 每条风电汇集线路上设置的电压互感器和电流互感器提供的电压数据和电流数据确定每 条风电汇集线路能够发出或吸收的无功功率的总值;根据风机主控系统提供的电压数据和 电流数据确定相应风机能够发出或吸收的无功功率,并将与每台风机需要发出或吸收的无 功功率对应的控制信号发送到相应的风机主控系统, 其中,AVC控制器执行如下操作: 确定风电场并网PCC点电压是否突然降低; 当确定PCC点电压突然降低时,在等待第一预定时间之后闭锁风电场AVC系统对风电 场的控制; 当确定SVC正在吸收无功功率时,发出控制命令以使SVC停止吸收无功功率; 确定PCC点电压是否在发生突然降低之后的第二预定时间内上升到特定阈值之上; 当确定PCC点电压在第二预定时间内上升到所述特定阈值之上时,恢复风电场AVC系 统对风电场的控制。
2. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,其中,当各个风机发出或吸 收的无功功率不足以将并网点的实际电压提高或降低到目标值时,AVC控制器控制SVC投 入运行以发出或吸收无功功率,从而进一步提高或降低并网点的电压。
3. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,还包括:用于执行远程控制 的AVC主站,所述AVC主站设置在远离风电场的任何位置,并且通过有线或无线通信方式与 AVC控制器通信并对AVC控制器进行远程控制。
4. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,其中,AVC控制器根据设置在 风电送出线路上的电压互感器和电流互感器提供的电压和电流计算风电送出线路上的实 测无功功率,将实测无功功率与风电场的目标无功功率进行比较,根据实测无功功率与风 电场的目标无功功率的差值确定需要风电场发出无功功率或吸收无功功率的总值。
5. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,其中,AVC控制器根据设置在 风电送出线路上的电压互感器和电流互感器提供的电压和电流计算实测功率因数,将实测 功率因数与目标功率因数进行比较,根据实测功率因数与目标功率因数的差值确定需要风 电场发出无功功率或吸收无功功率的总值。
6. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,其中,AVC控制器执行如下操 作: 检测并网点电压当前值; 将并网点电压当前值与并网点电压期望值进行比较,确定并网点电压当前值是否偏离 并网点电压期望值超过第一预定阈值; 如果并网点电压当前值偏离并网点电压期望值超过第一预定阈值,则根据在并网点测 量的电压和电流计算并网点系统阻抗当前值; 将并网点系统阻抗当前值与并网点系统阻抗先前值进行比较,确定并网点系统阻抗当 前值是否偏离并网点系统阻抗先前值超过第二预定阈值; 如果并网点系统阻抗当前值偏离并网点系统阻抗先前值超过第二预定阈值,则用并网 点系统阻抗当前值更新并网点系统阻抗先前值,以对并网点系统阻抗进行修正。
7. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,其中,AVC控制器执行如下操 作: 实时监测影响电气拓扑完整性的各个监测源的状态; 如果确定监测的任一个监测源发生将导致电气拓扑完整性破坏的异常,则停止执行电 网调度指令。
8. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,其中,AVC控制器执行如下操 作: 确定风机的有功功率和机端电压; 根据确定的有功功率和机端电压来确定无功功率能力。
9. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,其中,AVC控制器执行如下操 作: (a) 确认风电汇集线路中的N台风机中第i台风机是否处于运行状态,其中,N为大于 〇的自然数,i的初始值为1 ; (b) 如果确认第i台风机处于非运行状态,则确定第i台风机的无功功率能力为零; (c) 如果确认第i台风机处于运行状态,则确定第i台风机的型号、有功功率和机端电 压; (d) 根据确定的第i台风机的型号、有功功率和机端电压来确定第i台风机的无功功率 能力; (e) 使得i = i+1,并确定i是否大于N ; (f) 如果i不大于N,则返回步骤(a); (g) 如果i大于N,则将确定的所述N台风机的无功功率能力相加。
10. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,其中,AVC控制器执行如下 操作: 确定并网点的总无功功率需求; 根据并网点的总无功功率需求以及每条风电汇集线路的无功功率能力,为每条风电汇 集线路分配无功功率任务; 根据每条风电汇集线路的无功功率任务以及每条风电汇集线路中的每个处于运行状 态的风机的无功功率能力,为每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机分配无功功 率任务。
11. 根据权利要求1所述的风电场动态电压自动控制系统,其中,AVC控制器执行如下 操作: 确定风电场并网PCC点电压是否突然上升; 当确定PCC点电压突然上升时,在等待第一预定时间之后,向各个风机主控系统发出 命令,以使各个风机停止发出无功功率; 当确定SVC正在发出无功功率时,发出控制命令以使SVC停止发出无功功率; 在等待第二预定时间之后,恢复风电场AVC系统对风电场的无功功率的控制。
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