CN105140929A - 一种风电场恒定无功功率控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电场恒定无功功率控制方法，包含以下步骤：采集当前时刻10kV母线处的无功功率实时值；获取10kV母线处的无功功率给定值及电池储能设备的无功功率输出额定值；将无功功率给定值与无功功率实时值进行比较，得到电池储能设备的无功功率输出初始值；将无功功率输出初始值与无功功率输出额定值进行比较，得到无功功率补偿指令；根据无功功率补偿指令控制所述电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿。本发明还公开了一种风电场恒定无功功率控制系统。本发明结合风电场控制的特点，以提高风电场调度自动化控制水平，提高电网的电压稳定水平。
Description
技术领域
本发明涉及风电场控制技术，具体涉及一种风电场恒定无功功率控制系统及其控制方法。
背景技术
风能是随机和不可控的，风机输出的功率和电压也随机波动，对相对稳定的电力系统来说是一个干扰源。随着风电并网容量的不断增大，风速波动、电网强度和风电装机容量的大小都会给区域电网电压稳定带来一系列的问题，其中风电场引起的电压-无功问题是最早引起关注，也是实际运行中最为常见的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风电场恒定无功功率控制系统及其控制方法，结合风电场控制的特点，以提高风电场调度自动化控制水平，提高电网的电压稳定水平。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种风电场恒定无功功率控制系统，用于风电场并网控制中，由一电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿，其中风电场的电能输出端通过一第一变压器连接至10kV母线，电池储能设备的电能输出端通过一第二变压器连接至10kV母线，10kV母线通过一第三变压器连接至35kV母线后接入电网，其特点是，该风电场恒定无功功率控制系统包含：
采集模块，用于采集当前时刻10kV母线处的无功功率实时值；
给定值输出模块，用于输出10kV母线处的无功功率给定值；
额定值输出模块，用于输出电池储能设备的无功功率输出额定值；
差值求取模块，分别与所述采集模块及给定值输出模块连接，用于将所述无功功率给定值与无功功率实时值进行比较，得到电池储能设备的无功功率输出初始值；
指令生成模块，分别与所述额定值输出模块及差值求取模块连接，用于将无功功率输出初始值与无功功率输出额定值进行比较，得到电池储能设备的无功功率补偿指令；
指令执行模块，与所述指令生成模块连接，用于根据电池储能设备的无功功率补偿指令控制所述电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿。
所述的差值求取模块包含一误差修正单元，分别与所述采集模块、给定值输出模块、及指令生成模块用于完成对所述电池储能设备的无功功率输出初始值进行误差修正。
所述的指令生成模块包含一判断单元，与所述差值求取模块连接，用于判断所述无功功率输出初始值是否小于零；一比较单元，分别与所述额定值输出模块及判断单元连接，用于比较无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小；选择单元，分别连接判断单元、比较单元及指令执行模块，用于根据无功功率输出初始值是否小于零及无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小关系，选择对应的无功功率补偿指令。
一种风电场恒定无功功率控制方法，其特点是，包含以下步骤：
S1、采集当前时刻10kV母线处的无功功率实时值；
S2、获取10kV母线处的无功功率给定值及电池储能设备的无功功率输出额定值；
S3、将无功功率给定值与无功功率实时值进行比较，得到电池储能设备的无功功率输出初始值；
S4、将无功功率输出初始值与无功功率输出额定值进行比较，得到无功功率补偿指令；
S5、根据无功功率补偿指令控制所述电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿。
所述的风电场恒定无功功率控制方法还包含一步骤S6，位于步骤S3与步骤S4之间；
S6、对所述无功功率输出初始值进行误差修正。
所述的步骤S4中包含：
S4.1、判断所述无功功率输出初始值是否小于零；
S4.2、比较无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小；
S4.3、根据无功功率输出初始值是否小于零及无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小关系，选择对应的无功功率补偿指令。
所述的步骤S4.3中包含：
若无功功率输出初始值大于等于零，且无功功率输出额定值大于等于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出初始值设定为无功功率补偿指令；
若无功功率输出初始值大于等于零，且无功功率输出额定值小于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出额定值设定为无功功率补偿指令；
若无功功率输出初始值小于零，且无功功率输出额定值大于等于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出初始值设定为无功功率补偿指令；
若无功功率输出初始值小于零，且无功功率输出额定值小于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出额定值的相反数设定为无功功率补偿指令。
本发明一种风电场恒定无功功率控制系统及其控制方法与现有技术相比具有以下优点：储能电池在有功出力的基础上，在变流器容量限制内通过发出或吸收无功保证10kV出口母线处的无功功率与给定值相同；结合风电场控制的特点，以提高风电场调度自动化控制水平，提高电网的电压稳定水平。
附图说明
图1为本发明一种风电场恒定无功功率控制系统的整体结构框图；
图2为本发明一种风电场恒定无功功率控制方法的流程图；
图3为平均风速在7m/s时，风电场原始功率和平滑后功率的对比图；
图4为平均风速在7m/s时，电池储能设备无功功率容量图；
图5为平均风速在10m/s时，风电场原始功率和平滑后功率的对比图；
图6为平均风速在10m/s时，电池储能设备无功功率容量图。
具体实施方式
以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种风电场恒定无功功率控制系统，用于风电场并网控制中，由一电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿，其中风电场的电能输出端通过一第一变压器连接至10kV母线，电池储能设备的电能输出端通过一第二变压器连接至10kV母线，10kV母线通过一第三变压器连接至35kV母线后接入电网，该风电场恒定无功功率控制系统包含：采集模块100，用于采集当前时刻10kV母线处的无功功率实时值；给定值输出模块200，用于输出10kV母线处的无功功率给定值；额定值输出模块300，用于输出电池储能设备的无功功率输出额定值；差值求取模块400，分别与所述采集模块100及给定值输出模块200连接，用于将所述无功功率给定值与无功功率实时值进行比较，得到电池储能设备的无功功率输出初始值；指令生成模块500，分别与所述额定值输出模块300及差值求取模块400连接，用于将无功功率输出初始值与无功功率输出额定值进行比较，得到电池储能设备的无功功率补偿指令；指令执行模块600，与所述指令生成模块500连接，用于根据电池储能设备的无功功率补偿指令控制所述电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿。
在另外一些实施例中，所述的差值求取模块400包含一误差修正单元401，分别与所述采集模块100、给定值输出模块200、及指令生成模块500连接，用于完成对所述电池储能设备的无功功率输出初始值进行误差修正。
在本实施例中，所述的指令生成模块500包含一判断单元501，与所述差值求取模块400连接，用于判断所述无功功率输出初始值是否小于零；一比较单元502，分别与所述额定值输出模块300及判断单元501连接，用于比较无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小；选择单元503，分别连接判断单元501、比较单元502及指令执行模块600，用于根据无功功率输出初始值是否小于零及无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小关系，选择对应的无功功率补偿指令。
如图2所示，一种风电场恒定无功功率控制方法，包含以下步骤：
S1、采集当前时刻10kV母线处的无功功率实时值；
S2、获取10kV母线处的无功功率给定值及电池储能设备的无功功率输出额定值；
S3、将无功功率给定值与无功功率实时值进行比较，得到电池储能设备的无功功率输出初始值；
S4、将无功功率输出初始值与无功功率输出额定值进行比较，得到无功功率补偿指令；
S5、根据无功功率补偿指令控制所述电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿。
在另外一些实施例中，较佳地，还包含一步骤S6，位于步骤S3与步骤S4之间；S6、对所述无功功率输出初始值进行误差修正，以抵消变压器无功损耗。
在本实施例中，所述的步骤S4中包含：
S4.1、判断所述无功功率输出初始值是否小于零，无功功率输出初始值小于零表示电池储能设备吸收相应数值的无功功率，无功功率输出初始值大于零表示电池储能设备释放相应数值的无功功率，以使的电池储能设备在平滑风电场有功出力的基础上，在变流器容量限制内保证10kV出口母线处无功功率与无功功率给定值相同；
S4.2、比较无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小；
S4.3、根据无功功率输出初始值是否小于零及无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小关系，选择对应的无功功率补偿指令。
步骤S4.3中包含：若无功功率输出初始值大于等于零，且无功功率输出额定值大于等于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出初始值设定为无功功率补偿指令；若无功功率输出初始值大于等于零，且无功功率输出额定值小于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出额定值设定为无功功率补偿指令；若无功功率输出初始值小于零，且无功功率输出额定值大于等于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出初始值设定为无功功率补偿指令；若无功功率输出初始值小于零，且无功功率输出额定值小于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出额定值的相反数设定为无功功率补偿指令。
具体应用：在一具体实施例中，考虑到电池储能设备和变流器的额定容量，电池储能设备最多能响应2Mvar的无功指令。由于还需兼顾风电场有功出力的平滑，电池储能设备实际能完成的无功补偿更少。
该风电场的年平均风速在7m/s，故以平均风速为7m/s的随机风作为基本风速模型，以10m/s的随机风作为较高风速的模型对比储能的无功容量。
恒定无功功率控制下设风电场处于单位功率因数运行方式。平均风速在7m/s时，如图3所示，风电场原始功率和平滑后功率的对比图，其中，线1代表风电场原始功率，线2代表风电场平滑后功率，如图4所示，电池储能设备无功功率容量。
平均风速在10m/s时，如图5所示，风电场原始功率和平滑后功率的对比图，其中，线3代表风电场原始功率，线4代表风电场平滑后功率，如图6所示，电池储能设备无功功率容量。
对比图3~图6可以看出，在波动性相同的情况下风速越高则平滑风功率波动所占用的电池储能设备有功容量越大，相应地电池储能设备的无功功率调节空间就越小。在7m/s的随机风速下电池储能设备可以响应1.7Mvar以下的无功功率指令，而在10m/s风速下电池储能设备可在绝大部分时段响应1Mvar以下的无功功率指令。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种风电场恒定无功功率控制系统，用于风电场并网控制中，由一电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿，其中风电场的电能输出端通过一第一变压器连接至10kV母线，电池储能设备的电能输出端通过一第二变压器连接至10kV母线，10kV母线通过一第三变压器连接至35kV母线后接入电网，其特征在于，该风电场恒定无功功率控制系统包含：
采集模块，用于采集当前时刻10kV母线处的无功功率实时值；
给定值输出模块，用于输出10kV母线处的无功功率给定值；
额定值输出模块，用于输出电池储能设备的无功功率输出额定值；
差值求取模块，分别与所述采集模块及给定值输出模块连接，用于将所述无功功率给定值与无功功率实时值进行比较，得到电池储能设备的无功功率输出初始值；
指令生成模块，分别与所述额定值输出模块及差值求取模块连接，用于将无功功率输出初始值与无功功率输出额定值进行比较，得到电池储能设备的无功功率补偿指令；
指令执行模块，与所述指令生成模块连接，用于根据电池储能设备的无功功率补偿指令控制所述电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿。
2.如权利要求1所述的风电场恒定无功功率控制系统，其特征在于，所述的差值求取模块包含一误差修正单元，分别与所述采集模块、给定值输出模块及指令生成模块连接，用于完成对所述电池储能设备的无功功率输出初始值进行误差修正。
3.如权利要求1或2所述的风电场恒定无功功率控制系统，其特征在于，所述的指令生成模块包含一判断单元，与所述差值求取模块连接，用于判断所述无功功率输出初始值是否小于零；一比较单元，分别与所述额定值输出模块及判断单元连接，用于比较无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小；选择单元，分别连接判断单元、比较单元及指令执行模块，用于根据无功功率输出初始值是否小于零及无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小关系，选择对应的无功功率补偿指令。
4.一种风电场恒定无功功率控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、采集当前时刻10kV母线处的无功功率实时值；
S2、获取10kV母线处的无功功率给定值及电池储能设备的无功功率输出额定值；
S3、将无功功率给定值与无功功率实时值进行比较，得到电池储能设备的无功功率输出初始值；
S4、将无功功率输出初始值与无功功率输出额定值进行比较，得到无功功率补偿指令；
S5、根据无功功率补偿指令控制所述电池储能设备完成对风电场的无功功率补偿。
5.如权利要求4所述的风电场恒定无功功率控制方法，其特征在于，进一步包含一步骤S6，位于步骤S3与步骤S4之间；
S6、对所述无功功率输出初始值进行误差修正。
6.如权利要求4或5所述的风电场恒定无功功率控制方法，其特征在于，所述的步骤S4中包含：
S4.1、判断所述无功功率输出初始值是否小于零；
S4.2、比较无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小；
S4.3、根据无功功率输出初始值是否小于零及无功功率输出额定值与无功功率输出初始值的绝对值的大小关系，选择对应的无功功率补偿指令。
7.如权利要求6所述的风电场恒定无功功率控制方法，其特征在于，所述的步骤S4.3中包含：
若无功功率输出初始值大于等于零，且无功功率输出额定值大于等于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出初始值设定为无功功率补偿指令；
若无功功率输出初始值大于等于零，且无功功率输出额定值小于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出额定值设定为无功功率补偿指令；
若无功功率输出初始值小于零，且无功功率输出额定值大于等于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出初始值设定为无功功率补偿指令；
若无功功率输出初始值小于零，且无功功率输出额定值小于无功功率输出初始值的绝对值，则将无功功率输出额定值的相反数设定为无功功率补偿指令。
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