CN103280814A - 一种风电场无功电压综合控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电场无功电压综合控制系统和方法，系统包括前置机子系统、网络子系统、数据库子系统、无功调节模块和人机接口模块。风电场无功电压综合控制系统定时接收主站下发的控制目标，根据风机、SVC/SVG、其它无功可调设备的运行工况、无功调节能力，在满足系统稳定、设备安全的前提下，对各类无功出力设备的无功出力进行优化平衡调节，既能满足电压可控的要求，又提高了系统的稳定裕度。

Description

一种风电场无功电压综合控制系统和方法

技术领域

本发明属于电力系统电压自动控制技术领域，具体涉及一种风电场无功电压综合控制系统和方法。

背景技术

随着风电在国内的快速发展，我国风电年新增装机容量及总装机容量已跃居世界前列。我国风电场地域分散、并网风电机组种类繁多，风场容量较大。同传统火电厂相比，风电场普遍存在控制分散、自动化水平偏低、调度控制偏弱等缺点。在电压、无功配置与控制方面，部分风电场无功配置容量不足、控制手段缺乏，导致了普遍风场并网点母线电压合格率不高，风场的投入控制率较低。这已经成为风电场并网运行关注的主要问题之一，需要采取措施对风电场无功电压进行有效调节。

风电场综合优化控制系统是根据调度的指令和风电场并网点的信号，调节风电场的无功补偿设备及风电机组本身的控制系统，实现整个风电场优化控制。输入信号有调度的指令、风速、并网点的有功功率、无功功率、电压等，控制目标为保持风电场的无功、电压等在调度要求的范围内。电网的调度指令通常为风场电压目标（或接入变电站）、总无功出力目标（功率因素），同传统火电厂相比，由于受穿透功率的影响，风场的无功出力受有功的影响较大，在考虑无功出力约束的时候必须考虑有功的影响，有功、无功的控制必须做到协调控制。系统的控制对象上，设备既包括厂站或风场并网点电容器、电抗器的投切、SVC的控制，也包括风场机组的控制。风场机组的控制既可以通过风场监控系统，综合控制系统通过和风场监控系统通讯，下达全厂无功目标，由监控系统来协调厂内各机组的无功控制，也可以直接控制机组的风机、励磁调节器等组件，直接控制机组的无功出力。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种风电场无功电压综合控制系统和方法，风电场无功电压综合控制系统定时接收主站下发的控制目标，根据风机、SVC/SVG、其它无功可调设备的运行工况、无功调节能力，在满足系统稳定、设备安全的前提下，对各类无功出力设备的无功出力进行优化平衡调节，既能满足电压可控的要求，又提高了系统的稳定裕度。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种风电场无功电压综合控制系统，所述系统包括前置机子系统、网络子系统、数据库子系统、无功调节模块和人机接口模块，前置机子系统采集前置数据，并对前置数据进行解析得到生数据，所述网络子系统对所述生数据进行监控和管理，并将所述生数据传输给所述无功调节模块计算无功调节目标值Q^j，所述生数据同时存储到所述数据库子系统中，所述人机接口模块与数据库子系统进行数据交换，以展示数据、事件统计结果和曲线统计结果。

所述前置机子系统采用动态链接库模块解析前置数据，从而得到生数据；所述生数据包括远程终端装置的遥测数据、遥信数据和电度数据。

所述前置机子系统支持的接口包括以太网RJ45、以太网光纤接口、CAN2.0B、RS232/485和E1/G703；其支持的数据通讯协议包括TCP/IP、IEC60870-5-103/104、MODBUS-TCP、部颁CDT规约、DNP3.0和SC1801；也可根据用户要求自定义数据通讯协议。

所述前置机子系统还监视和统计通讯通道运行状态信息，监视的通讯通道运行状态信息包括前置机子系统和远程终端装置的通讯状态，前置机子系统生成事件、网络运行事件和前置机子系统通讯调试报文，接收和发送缓冲区数据，实时接收生数据，病转发参数与转发生数据。

所述网络子系统进行所述系统中各网络节点的状态监控、信息传输、进程控制、文件维护、事项管理、消息管理，同时还完成客户/服务器数据库访问的数据传输。

所述数据库子系统包括Oracle数据库，所述Oracle数据库包括实时数据库和历史数据库。

所述数据库子系统提供SCADA系统规范的数据表，使得用户的输入能够批量复制和粘贴；提供智能化管理，可根据用户的需要，将输入频率高的数据列入文本文件再与某字段关联后可实现鼠标点击输入。用户要增减数据库不需要更改源程序，只需对参数表进行设置即可。利用修改和存盘分离技术，用户修改的是本地内存数据，并没有修改实时数据库和Oracle数据库，只有在选择加载实时库和存盘时才分别修改实时数据库和Oracle数据库。

所述人机接口模块通过组态图进行数据、事件统计结果和曲线统计结果的展示；所述组态图包括配置图、接线图和曲线图。

所述人机接口模块通过从实时数据库获取风电场内各类电气量、风电机组运行状态以及其他设备开关状态量，确定整个风电场的运行情况；同时记录实时数据、主站命令、计算结果、动作情况和告警信息，依据历史数据库中的历史数据统计存储电压合格情况，同时生成对应的报表；并及时显示各风电机组运行过程中发生的故障以便运行人员及时处理及消除故障，保证风电机组的安全和持续运行。

同时提供一种风电场无功电压综合控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：数据库子系统设定控制参数，即设定电压调节目标值的调节死区；

步骤2：启动所述无功调节模块，计算无功调节目标值Q^j；

步骤3：进行风电场无功电压综合控制。

所述步骤1中，所述控制参数包括电压调节目标值上限、电压调节目标值下限和电压调节步长。

所述步骤2中，设当前高压侧母线电压为Uⁱ，母线上所有风电机组送入所述系统的总无功值为Qⁱ，要求调节的高压侧母线电压目标值为U^j，需向所述系统送出的无功值为Q^j，系统电抗用X表示，则机组送入系统的无功调节目标值Q^j为：

$Q^j=U^j*(\frac{U^j-U^i}{X}+\frac{Q^i}{U^i})---\left(1\right)$

$Q_i=\underset{g=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\left(i\right)g}---\left(2\right)$

其中，g为风电场风电机组的台数，Q_(i)g每个风电机组送入所述系统的当前无功值。

所述步骤3中，依据约束条件选择优化控制方式进行风电场无功电压综合控制；所述约束条件包括母线电压约束、变压器分接头动作次数约束和风电场有功出力约束；所述优化控制方式包括平衡模式优化控制方式、SVC优先调节优化控制方式和风电机组无功优先调节优化控制方式。

母线上所有风电机组送入所述系统的总无功为Qⁱ与机组送入系统的无功调节目标值Q^j的差值为目标缺额；

A.当目标缺额大于动作定值时，采用平衡模式优化控制方式，接收到电压目标时，先计算出风电机组、SVC各自承担的无功量，然后同时启动风电机组、SVC的调节，直至达到调节目标，调节完成后，由SVC承担电压目标的跟踪和保持；

B.当目标缺额小于动作定值而高于优化定值时，采用SVC优先调节优化控制方式，优先控制SVC，当SVC的无功调节能力用尽时，调节风机无功，当风机无功调节达到最大但还是没有达到电压目标时，启动分接头调节提示；

C.当目标缺额低于优化定值时，采用风电机组无功优先调节优化控制方式，优先控制风场风电机组的无功，当风电机组的无功调节能力用尽时调节SVC，当SVC调节达到最大但还是没有达到电压目标时，启动分接头调节提示。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)根据电网AVC系统或区域无功系统的不同要求，可以实现电压/无功的当地、遥调和人工优化三种控制模式控制。在通讯故障情况下，系统根据预设的逻辑，实现三种优化控制方式的无缝切换。

(2)根据现场无功资源的不同情况，可按平均、比例和等功率因数方式为参与调节的不同无功设备分配无功目标。

(3)系统自动根据各个上下限制，在满足电网及无功设备安全运行条件下，对电压/无功进行调节。

(4)系统可自动检测SVC、风机的运行状态，当电气量不满足控制条件或系统运行工况发生变化时，系统能够及时自动修改或调整无功的分配方案。

(5)在系统故障或振荡时，停止控制输出；在控制超时或控制速率超过时，自动采取措施。

(6)当测量数据超限时，显示数据变色报警，并辅之声响提示。

(7)双系统冗余配置。子站可以配置为主备双系统，正常情况下，备系统处于侦听状态，接收来自主系统的广播数据和心跳信号，当主系统故障退出时，备系统接替主系统功能，直至主系统恢复。

(8)基于前置机子系统及数据库子系统的架构保证了系统的开放性和兼容性较好，能够方便的扩充系统的规模及增加新的功能。

(9)各模块可以独立升级，独特的安全机制，各模块相互独立，单个模块发生异常时不会影响其他模块的正常运行。

(10)安全性高，独特设计的闭锁及限制模块确保系统不会因为硬软件的故障而误动作。

(11)人机界面、程序界面友好，操作简便。界面显示的测量值种类丰富，灵活可配。有着强大的数据统计功能，可以按日、月、年统计电压质量，并自动记录系统的调节日志和操作日志并形成文件以备分析和查询。

(12)数据库文件系统的支持保证了数据查询的方便、快捷，具备强大的统计分析功能。

(13)具备高速、灵活的通讯功能，且实用性强。

附图说明

图1是风电场无功电压综合控制系统应用原理图；

图2是风电场无功电压综合控制方法流程图；

图3是本发明实施例中风电场等值图；

图4是本发明实施例中风机采用无功优先调节优化控制方式进行双馈风机的功率控制原理图；

图5是本发明实施例中低于额定风速情况下风电机组的无功控制原理图；

图6是本发明实施例中高于额定风速情况下风电机组的无功控制原理图；

图7是本发明实施例中采用SVC优先调节优化控制方式中晶闸管控制电路原理图；

图8是本发明实施例中采用SVC优先调节优化控制方式中晶闸管控制波形图；

图9是本发明实施例中SVC调节特性示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

在各并网风电场建设无功电压综合控制系统（Var Voltage Control，简称VVC）是提高风电场的电压/无功支撑能力，实现风电场可观测、可调度、可控制的重要手段。风电场VVC是根据调度的指令和风电场并网点的信号，调节风电场的无功补偿设备及风电机组本身的控制系统。其输入信号有调度的指令、并网点的有功功率、无功功率、电压等，控制目标为保持风电场的无功/电压在调度要求的范围内；控制对象包括风电场并网点电容器、电抗器的投切、静止无功补偿系统（Static Var Compensator，以下简称SVC）的控制、风场机组的控制，通过对离散/连续的风电场无功设备出力的协调，提高对风场电压/无功的支撑。其中，风场机组的控制通过风场能量监控平台，VVC通过风场能量监控平台，下达风电机组无功目标，由风场能量监控平台来协调风场内各机组的无功，从而实现对整个风电场的无功优化控制。

如图1，本发明提供一种风电场无功电压综合控制系统，所述系统包括前置机子系统、网络子系统、数据库子系统、无功调节模块和人机接口模块，前置机子系统采集前置数据，并对前置数据进行解析得到生数据，所述网络子系统对所述生数据进行监控和管理，并将所述生数据传输给所述无功调节模块计算无功调节目标值Q^j，所述生数据同时存储到所述数据库子系统中，所述人机接口模块与数据库子系统进行数据交换，以展示数据、事件统计结果和曲线统计结果。

所述前置机子系统采用动态链接库模块解析前置数据，从而得到生数据；所述生数据包括远程终端装置的遥测数据、遥信数据和电度数据。

所述前置机子系统支持的接口包括以太网RJ45、以太网光纤接口、CAN2.0B、RS232/485和E1/G703；其支持的数据通讯协议包括TCP/IP、IEC60870-5-103/104、MODBUS-TCP、部颁CDT规约、DNP3.0和SC1801；也可根据用户要求自定义数据通讯协议。

所述前置机子系统还监视和统计通讯通道运行状态信息，监视的通讯通道运行状态信息包括前置机子系统和远程终端装置的通讯状态，前置机子系统生成事件、网络运行事件和前置机子系统通讯调试报文，接收和发送缓冲区数据，实时接收生数据，病转发参数与转发生数据。

所述网络子系统进行所述系统中各网络节点的状态监控、信息传输、进程控制、文件维护、事项管理、消息管理，同时还完成客户/服务器数据库访问的数据传输。

网络节点以主机名作为唯一标识，通过TCP/IP网络协议实现各网络节点之间的信息交换（其中网络监控信息使用用户数据报协议（UDP），系统数据及控制命令采用传输控制协议（TCP））。网络节点可以在一个局域网（LAN）内，也可以处于不同的局域网（通过网关或路由器连接），也可以是广域网（WAN）上的节点。系统支持双网运行，每个网络节点均可以通过一个或两个网络适配器（粗缆、细缆、双绞线、光纤以及拨号网络）与其他节点通信。网络节点按指定的时间间隔向服务器发送监控报文，由此确定各网络适配器的状态。根据适配器的状态，确定与其他节点之间可用的通信链路，从而完成信息的传输。

网络子系统中每一个在线的网络节点均可作为网络主控机，网络主控机的功能如下：

1)负责对系统中的每个节点的状态进行监控；

2)对节点内的进程进行监视和维护；

3)管理由事项源生成的事项，即接收事项源发送的事项，并将其传送到系统中每一个需要的节点，同时存入历史数据库；

4)负责对全网的图形文件进行维护；。

5)确定系统中服务器的状态。；

服务器是向客户提供应用服务的网络节点。网络子系统根据客户端的请求将请求信息分发到相应类型的服务器，服务器完成服务后将结果返回给客户端。

所述数据库子系统包括Oracle数据库，所述Oracle数据库包括实时数据库和历史数据库。

所述数据库子系统提供SCADA系统规范的数据表，使得用户的输入能够批量复制和粘贴；提供智能化管理，可根据用户的需要，将输入频率高的数据列入文本文件再与某字段关联后可实现鼠标点击输入。用户要增减数据库不需要更改源程序，只需对参数表进行设置即可。利用修改和存盘分离技术，用户修改的是本地内存数据，并没有修改实时数据库和Oracle数据库，只有在选择加载实时库和存盘时才分别修改实时数据库和Oracle数据库。

数据库子系统配置Oracle数据库，利用其稳定技术以及高速引擎、超大容量的存储等先端技术，保障了电力调度自动化系统和配电自动化系统的稳定性、提高了数据存储的及时性、确保了大规模数据的存储安全。数据库子系统主要功能有：

1)提供了SCADA系统规范的基本数据表；

2)最大限度的提供给用户的输入方便；

3)输入支持批量的复制，粘贴功能；

4)可根据自己的需要，将自己输入频率高的数据列入文本文件再与某字段关联后可实现鼠标点击输入；

5)提供智能化管理；用户要增减数据库不需要更改源程序，只需对参数表进行设置即可；

6)修改和存盘分离技术：用户修改的是本地内存数据，并没有修改实时数据库和Oracle数据库，只有在选择加载实时库和存盘时才分别修改实时数据库和Oracle数据库；

7)安全程度高；当合法用户登录后，如果在规定的时间内没有数据输入，则程序自动关闭该用户的改写权利。用户口令双保险，首先验证口令，再验证用户在操作的机器上是否有修改权限；

8)多输入模式可对双服务器同时进行输入，也可对主服务器或备用服务器单独输入，单服务器输入检查无误后进行双机备份。

所述人机接口模块通过组态图进行数据、事件统计结果和曲线统计结果的展示；所述组态图包括配置图、接线图和曲线图。

所述人机接口模块通过从实时数据库获取风电场内各类电气量（电压、电流、有功、无功）、风电机组运行状态以及其他设备开关状态量，确定整个风电场的运行情况；同时记录实时数据、主站命令、计算结果、动作情况和告警信息，依据历史数据库中的历史数据统计存储电压合格情况，同时生成对应的报表；并及时显示各风电机组运行过程中发生的故障以便运行人员及时处理及消除故障，保证风电机组的安全和持续运行。

风电场无功电压综合控制系统定时接收主站下发的控制目标，根据风机、SVC/SVG、其它无功可调设备的运行工况、无功调节能力，在满足系统稳定、设备安全的前提下，对各类无功出力设备的无功出力进行优化平衡调节，既能满足电压可控的要求，又提高了系统的稳定裕度。

如图2，同时提供一种风电场无功电压综合控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：数据库子系统设定控制参数，即设定电压调节目标值的调节死区；风电场VVC接收主站下达的电压/无功目标后，会将该目标值和现有的参数进行比对，只有调节目标值偏移死去，才会启动调控算法，进行无功分配；

步骤2：启动所述无功调节模块，计算无功调节目标值Q^j；

步骤3：在保证总调节量的基础上，依据调节欲度和约束条件，进行风电场无功电压综合控制。本系统分情况采用三种控制方式，将全场的无功目标合理的分配给风机、SVC。实际运行经验表明：自动控制发电厂无功时，充分考虑SVC、风机在系统电压无功支撑中的作用是十分重要的，调解中需要充分考虑SVC对暂态、动态无功的支撑作用并留出一部分作为备用；考虑每台机组的运行工况，并保持相同的功率因素或调节裕度。

所述步骤1中，所述控制参数包括电压调节目标值上限、电压调节目标值下限和电压调节步长。

具体分配算法如图3，设当前高压侧母线电压为Uⁱ，母线上所有风电机组送入所述系统的总无功值为Qⁱ，要求调节的高压侧母线电压目标值为U^j，需向所述系统送出的无功值为Q^j，系统电抗用X表示，则机组送入系统的无功调节目标值Q^j为：

$Q^j=U^j*(\frac{U^j-U^i}{X}+\frac{Q^i}{U^i})---\left(1\right)$

$Q_i=\underset{g=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\left(i\right)g}---\left(2\right)$

其中，g为风电场风电机组的台数，Q_(i)g每个风电机组送入所述系统的当前无功值。

所述步骤3中，依据约束条件选择优化控制方式进行风电场无功电压综合控制；所述约束条件包括母线电压约束、变压器分接头动作次数约束和风电场有功出力约束；所述优化控制方式包括平衡模式优化控制方式、SVC优先调节优化控制方式和风电机组无功优先调节优化控制方式。

母线上所有风电机组送入所述系统的总无功为Qⁱ与机组送入系统的无功调节目标值Q^j的差值为目标缺额；

A.当目标缺额大于动作定值时，采用平衡模式优化控制方式，接收到电压目标时，先计算出风电机组、SVC各自承担的无功量，然后同时启动风电机组、SVC的调节，直至达到调节目标，调节完成后，由SVC承担电压目标的跟踪和保持；

B.当目标缺额小于动作定值而高于优化定值时，采用SVC优先调节优化控制方式，优先控制SVC，当SVC的无功调节能力用尽时，调节风机无功，当风机无功调节达到最大但还是没有达到电压目标时，启动分接头调节提示；

C.当目标缺额低于优化定值时，采用风电机组无功优先调节优化控制方式，优先控制风场风电机组的无功，当风电机组的无功调节能力用尽时调节SVC，当SVC调节达到最大但还是没有达到电压目标时，启动分接头调节提示。

上述三种优化控制方式是以风电机组无功控制和SVC无功控制两种控制措施为支撑的，实际运行中，两种控制方式协调配合，保证整个系统的无功平衡。

(1)风电机组无功控制

如图4，双馈感应电机的变速风电机组与恒速风电机组相比，增加了定子绕组与转子绕组之间的变频系统，通过转子励磁电流实现有功功率和无功功率的解耦控制，使得变速风电机组具有一定的无功调节能力，风电机组可以按照不同的控制策略，吸收或发出无功功率进行电压控制，因此基于双馈感应电机的风电场的无功特性取决于双馈风电机组的控制。双馈发电机励磁可调量有三个：一是可以调节励磁电流的幅值；二是可以改变励磁电流的频率；三是可以改变励磁电流的相位。通过改变励磁频率，可调节转速。这样在负荷突然变化时，迅速改变电机的转速，充分利用转子的动能，释放和吸收负荷，对电网的扰动远比常规电机小。另外，通过调节转子励磁电流的幅值和相位，来调节有功功率和无功功率。双馈发电机控制系统通过变频器控制器对逆变电路小功率器件的控制，可以改变双馈发电机转子励磁电流的幅值、频率及相位角，达到调节其转速、有功功率和无功功率的目的。既提高了机组的效率，又对电网起到稳频、稳压的作用。整个控制系统可分为：转速调整单元、有功功率调整单元和电压调整单元（无功功率调整）。它们分别接受风速和转速、有功功率、无功功率指令，并产生一个综合信号，送给励磁控制系统，改变励磁电流的幅值、频率与相位角，以满足系统的要求。由于双馈电机既可调节有功功率，又可调节无功功率，对电网可起到稳压、稳频的作用，提高发电质量。

根据风电场的不同风速，双馈发电机分别基于低于额定风速与高于额定风速两种情况分别制定了不同的控制算法。如图5，低于额定风速阶段是风力发电机并入电网后运行在额定风速以下的区域，双馈风力发电机组的运行不受功率的限制，励磁控制系统主要是通过对转速的控制来跟踪最佳风能利用系数(Cp)曲线，以便将风能最大限度地转换成电能。对于双馈发电机就是调节发电机的励磁参数使转速随风速变化以获得最佳叶尖速比。

如图6，当风速高于额定风速时，风力发电机受到机械和电气极限的限制，通过变桨距控制使风力发电机的输出功率和u维持在限定值以下，即保持功率运行状态。为了优化功率曲线，变桨距变速双馈风力发电机在进行功率控制的过程中，变桨距系统由实际功率、发电机转速和风速来控制。当风速急剧变化产生的机械能波动，通过调节双馈发电机转子励磁电流的频率来控制发电机的转速，使发电机的转速在一定范围内能快速响应风速的变化，将瞬变的风能以动能的形式储存起来。风速降低时，再将动能释放出来，使发电机的输出功率达到基本平稳的状态。

一般而言，根据风电场运行情况，对风电场的运行风机下达相应的运行参数，可以保持基于双馈风电机组构成的风电场能够控制风电场出口与电网之间不交换无功功率，但当风电场出力较大时线路上消耗的无功功率也有一定数量，这样也同样会带来风电场电压水平的下降以及电压稳定性的降低。

(2)SVC无功控制

如图7和图8，TCR型SVC由晶闸管控制电抗器（TCR）及滤波电容器支路组成。晶闸管控制电抗器（TCR）是由晶闸管控制的并联电感，通过控制晶闸管阀的导通角来使其有效电抗值实现连续变化，以改变晶闸管回路输出感性电流的大小从而改变输出的感性无功。滤波电容器（FC）由若干电容器、电抗器（有时还加电阻器）适当组合而成，并联于母线上用以吸收系统或负载谐波电流，降低接入点谐波电压。

当晶闸管阀导通时，阀两端电压为零，流经阀的电流全部流过TCR支路。当触发角变化时，流过TCR支路的电流发生变化。一般SVC晶闸管阀正相触发角在110°～165°之间，当触发角为90度时，晶闸管全导通，此时TCR中的电流为连续正弦波形。当触发角从90度变到接近180度时，TCR中的电流呈非连续脉冲波形，对称分布于正半波和负半波。当触发角低于90度时，将在电流中引入直流分量，从而破坏并联阀正负半波的对称运行。而当触发角为180度时，电流减小到零。

SVC控制调节方式分为两类，一类称为恒无功控制，另一类称为恒电压控制。恒无功调节方式下SVC相当于一台固定容量的低压电抗器，恒电压的控制原理如SVC调节特性图所示。图中的折线D-B-A-C为SVC的电压电流特性曲线，系统电压为主变高压侧电压。O点称为参考电压，该点为SVC的初设运行点，折线A－B段为SVC的正常运行范围。在初始运行点O，SVC既不发出感性无功，也不发出容性无功。当系统电压升高时，系统运行曲线特性为图中所示的虚线，通过调节SVC的晶闸管触发角，使SVC吸收无功，此时SVC吸收的感性无功为QL，系统运行于A2点。同样，当系统电压降低时，同样通过调节SVC的晶闸管触发角使SVC发出无功。折线A-C段表示：当系统电压降到A点时，TCR的晶闸管已完全关闭，相当于电抗器退出运行，SVC特性变为电容器特性；折线B-D段表示：当系统电压升高到B点时，TCR的晶闸管完全导通，相当于电抗器全部投入。

风电场无功电压综合控制方法中，在保证总调节量的基础上，将全场的无功目标合理的分配给风机、SVC必须遵循一定的原则。实际运行经验表明：自动控制发电厂无功时，充分考虑SVC、风机在系统电压无功支撑中的作用是十分重要的，调解中需要充分考虑SVC对暂态、动态无功的支撑作用并留出一部分作为备用；考虑每台机组的运行工况，并保持相同的功率因素或调节裕度。本系统无功控制算法，有如下特点：

1）根据电网AVC系统或区域无功系统的不同要求，可以实现电压/无功的当地、遥调和人工优化三种控制模式控制。在通讯故障情况下，系统根据预设的逻辑，实现三种控制模式的无缝切换。

2）根据现场无功资源的不同情况，可按平均、比例和等功率因数方式为参与调节的不同无功设备分配无功目标。

3）系统自动根据各个上下限制，在满足电网及无功设备安全运行条件下，对电压/无功进行调节。

4）系统可自动检测SVC、风机的运行状态，当电气量不满足控制条件或系统运行工况发生变化时，系统能够及时自动修改或调整无功的分配方案。

实施例

系统运行需要若干进程的支持，包括网络配置和调试进程qconfig；数据库配置进程DBGui；网络监视进程Net；前置数据采集及通信规约管理进程Fert；数据处理进程Scada；数据存盘进程ScadaSave；从Fert将数据传给Scada的DataSvr进程，各进程互相协作，使得系统稳定运行。系统工作步骤如下：

(1)配置网络节点

利用qconfig网络配置工具，组建网络节点，设置了主服务器server1、备服务器server2、工作站client1。配置了SCADA服务器的三个进程，包括DataSrv，Scada、ScadaSave，FERT服务器的一个fert进程，且各进程均设为守护状态。

(2)配置数据库

配置通信规约表规约集合，设置RTU参数表中各个站点通信接口的规约类型，通过网络通信的接口需要配置IP地址和端口号，串口通信的接口需要配置串口的通道地址。然后对应工程应用的配置需求，设置遥测和遥信参数表，生成设备实时关系表，无功控制算法会依据这个表从数据库中读写数据。

(3)启动网络监视进程Net

Net进程启动后，自动启动DataSrv，Scada、ScadaSave，fert四个进程，并保证系统运行期间四个进程的持续工作，确保系统运行的稳定性。

(4)检测各RTU之间的通信状态

启动前置机FertMMI工具，查看个节点的RTU通讯状态。

(5)检验监控系统报文和信息量

利用FertMMI工具，验证系统的各RTU的通道报文的合法性，以及遥信和遥测数据的正确性。

(6)远程监控系统的运行情况

运行mmi进程，查看主站、监控终端、SVC、风机服务器上送的信息量，浏览曲线、事件、电压合格率。时刻监视着系统的运行情况，如有故障产生报警。

(7)维护人机界面

运行期间为了满足用户的不同需求，可以通过maker工具更改人机界面图形浏览目录下的页面。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (14)

1.一种风电场无功电压综合控制系统，其特征在于：所述系统包括前置机子系统、网络子系统、数据库子系统、无功调节模块和人机接口模块，前置机子系统采集前置数据，并对前置数据进行解析得到生数据，所述网络子系统对所述生数据进行监控和管理，并将所述生数据传输给所述无功调节模块计算无功调节目标值Q^j，所述生数据同时存储到所述数据库子系统中，所述人机接口模块与数据库子系统进行数据交换，以展示数据、事件统计结果和曲线统计结果。

2.根据权利要求1所述的风电场无功电压综合控制系统，其特征在于：所述前置机子系统采用动态链接库模块解析前置数据，从而得到生数据；所述生数据包括远程终端装置的遥测数据、遥信数据和电度数据。

3.根据权利要求2所述的风电场无功电压综合控制系统，其特征在于：所述前置机子系统支持的接口包括以太网RJ45、以太网光纤接口、CAN2.0B、RS232/485和E1/G703；其支持的数据通讯协议包括TCP/IP、IEC60870-5-103/104、MODBUS-TCP、部颁CDT规约、DNP3.0和SC1801；也可根据用户要求自定义数据通讯协议。

4.根据权利要求1所述的风电场无功电压综合控制系统，其特征在于：所述前置机子系统还监视和统计通讯通道运行状态信息，监视的通讯通道运行状态信息包括前置机子系统和远程终端装置的通讯状态，前置机子系统生成事件、网络运行事件和前置机子系统通讯调试报文，接收和发送缓冲区数据，实时接收生数据，病转发参数与转发生数据。

5.根据权利要求1所述的风电场无功电压综合控制系统，其特征在于：所述网络子系统进行所述系统中各网络节点的状态监控、信息传输、进程控制、文件维护、事项管理、消息管理，同时还完成客户/服务器数据库访问的数据传输。

6.根据权利要求1所述的风电场无功电压综合控制系统，其特征在于：所述数据库子系统包括Oracle数据库，所述Oracle数据库包括实时数据库和历史数据库。

7.根据权利要求6所述的风电场无功电压综合控制系统，其特征在于：所述数据库子系统提供SCADA系统规范的数据表，使得用户的输入能够批量复制和粘贴；提供智能化管理，可根据用户的需要，将输入频率高的数据列入文本文件再与某字段关联后可实现鼠标点击输入。用户要增减数据库不需要更改源程序，只需对参数表进行设置即可。利用修改和存盘分离技术，用户修改的是本地内存数据，并没有修改实时数据库和Oracle数据库，只有在选择加载实时库和存盘时才分别修改实时数据库和Oracle数据库。

8.根据权利要求1所述的风电场无功电压综合控制系统，其特征在于：所述人机接口模块通过组态图进行数据、事件统计结果和曲线统计结果的展示；所述组态图包括配置图、接线图和曲线图。

9.根据权利要求9所述的风电场无功电压综合控制系统，其特征在于：所述人机接口模块通过从实时数据库获取风电场内各类电气量、风电机组运行状态以及其他设备开关状态量，确定整个风电场的运行情况；同时记录实时数据、主站命令、计算结果、动作情况和告警信息，依据历史数据库中的历史数据统计存储电压合格情况，同时生成对应的报表；并及时显示各风电机组运行过程中发生的故障以便运行人员及时处理及消除故障，保证风电机组的安全和持续运行。

10.一种风电场无功电压综合控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：数据库子系统设定控制参数，即设定电压调节目标值的调节死区；

步骤2：启动所述无功调节模块，计算无功调节目标值Q^j；

步骤3：进行风电场无功电压综合控制。

11.根据权利要求10所述的风电场无功电压综合控制方法，其特征在于：所述步骤1中，所述控制参数包括电压调节目标值上限、电压调节目标值下限和电压调节步长。

12.根据权利要求10所述的风电场无功电压综合控制方法，其特征在于：所述步骤2中，设当前高压侧母线电压为Uⁱ，母线上所有风电机组送入所述系统的总无功值为Qⁱ，要求调节的高压侧母线电压目标值为U^j，需向所述系统送出的无功值为Q^j，系统电抗用X表示，则机组送入系统的无功调节目标值Q^j为：

$Q^j=U^j*(\frac{U^j-U^i}{X}+\frac{Q^i}{U^i})---\left(1\right)$

$Q_i=\underset{g=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\left(i\right)g}---\left(2\right)$

其中，g为风电场风电机组的台数，Q_(i)g每个风电机组送入所述系统的当前无功值。

13.根据权利要求10所述的风电场无功电压综合控制方法，其特征在于：所述步骤3中，依据约束条件选择优化控制方式进行风电场无功电压综合控制；所述约束条件包括母线电压约束、变压器分接头动作次数约束和风电场有功出力约束；所述优化控制方式包括平衡模式优化控制方式、SVC优先调节优化控制方式和风电机组无功优先调节优化控制方式。

14.根据权利要求12或13所述的风电场无功电压综合控制方法，其特征在于：母线上所有风电机组送入所述系统的总无功为Qⁱ与机组送入系统的无功调节目标值Q^j的差值为目标缺额；

A.当目标缺额大于动作定值时，采用平衡模式优化控制方式，接收到电压目标时，先计算出风电机组、SVC各自承担的无功量，然后同时启动风电机组、SVC的调节，直至达到调节目标，调节完成后，由SVC承担电压目标的跟踪和保持；

B.当目标缺额小于动作定值而高于优化定值时，采用SVC优先调节优化控制方式，优先控制SVC，当SVC的无功调节能力用尽时，调节风机无功，当风机无功调节达到最大但还是没有达到电压目标时，启动分接头调节提示；

C.当目标缺额低于优化定值时，采用风电机组无功优先调节优化控制方式，优先控制风场风电机组的无功，当风电机组的无功调节能力用尽时调节SVC，当SVC调节达到最大但还是没有达到电压目标时，启动分接头调节提示。

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