CN105207249A - 一种风电场恒定功率因数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功率因数控制方法，包含以下步骤：采集当前时刻10kV母线处的无功功率因数实时值、有功功率实时值及无功功率实时值；判断无功功率因数实时值是否大于无功功率因数给定值；若是，则电池储能设备无需进行无功功率补偿；若否，则执行步骤；根据无功功率因数实时值、有功功率实时值和无功功率实时值计算得到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功率因数控制系统。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功率因数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功率因数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：一种风电场恒定功率因数控制系统，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，该风电场恒定功率因数控制系统包含：
采集模块，用于采集当前时刻10kV母线处的无功功率因数实时值、有功功率实时值及无功功率实时值；
给定值输出模块，用于输出10kV母线处的无功功率因数给定值；
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；
对比模块，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因数给定值与无功功率因数实时值进行对比；
计算模块，与所述采集模块连接，用于根据无功功率因数实时值、有功功率实时值和无功功率实时值计算得到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计算模块连接，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，得到无功功率补偿指令；
指令执行模块，分别与所述对比模块及指令生成模块连接，用于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。
所述的计算模块包含一误差修正单元，分别与所述采集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。
所述的指令生成模块包含一判断单元，与所述计算模块连接，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。
一种风电场恒定功率因数控制方法，其特点是，包含以下步骤：
S1、采集当前时刻10kV母线处的无功功率因数实时值、10kV母线处的有功功率实时值及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、判断无功功率因数实时值是否大于无功功率因数给定值；
S4、若是，则电池储能设备无需进行无功功率补偿；
若否，则执行步骤S5；
S5、根据无功功率因数实时值、有功功率实时值和无功功率实时值计算得到无功功率输出初始值；
S6、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；
S7、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。
所述的风电场恒定功率因数控制方法还包含一步骤S8，位于步骤S5与步骤S5之间；
S8、对所述无功功率输出初始值进行误差修正。
所述的步骤S6中包含：
S6.1、判断所述无功功率输出初始值是否小于零；
S6.2、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；
S6.3、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S6.3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功率因数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出口母线处的功率因数与给定值相同；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功率因数控制系统的整体结构框图；
图2为本发明一种风电场恒定功率因数控制方法的流程图；
图3为平均风速在7m/s时，电池储能设备的实际无功出力与无功容量的对比图；
图4为平均风速在7m/s时，电池储能设备的无功指令与无功出力对比图；
图5为平均风速在10m/s时，电池储能设备的实际无功出力与无功容量的对比图；
图6为平均风速在10m/s时，电池储能设备的无功指令与无功出力对比图；
图7为平均风速在7m/s时，补偿前后功率因数对比图；
图8为平均风速在10m/s时，补偿前后功率因数对比图。
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，一种风电场恒定功率因数控制系统，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，该风电场恒定功率因数控制系统包含：采集模块100，用于采集当前时刻10kV母线处的无功功率因数实时值、有功功率实时值及无功功率实时值；给定值输出模块200，用于输出10kV母线处的无功功率因数给定值；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；对比模块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因数给定值与无功功率因数实时值进行对比；计算模块500，与所述采集模块100连接，用于根据无功功率因数实时值、有功功率实时值和无功功率实时值计算得到无功功率输出初始值；指令生成模块600，分别与所述额定值输出模块300及计算模块500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，得到无功功率补偿指令；指令执行模块700，分别与所述对比模块400及指令生成模块600连接，用于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，所述的计算模块500包含一误差修正单元501，分别与所述采集模块100及指令生成模块600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600包含一判断单元601，与所述计算模块500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602，分别与所述额定值输出模块300及判断单元601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603，分别连接判断单元601、比较单元602及指令执行模块700，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，一种风电场恒定功率因数控制方法，包含以下步骤：
S1、采集当前时刻10kV母线处的无功功率因数实时值、10kV母线处的有功功率实时值及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、判断无功功率因数实时值是否大于无功功率因数给定值；
S4、若是，则电池储能设备无需进行无功功率补偿；
若否，则执行步骤S5；
S5、根据无功功率因数实时值、有功功率实时值和无功功率实时值计算得到无功功率输出初始值；
S6、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；
S7、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S8，位于步骤S5与步骤S6之间；
S8、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：
S6.1、判断所述无功功率输出初始值是否小于零；
S6.2、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；
S6.3、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S6.3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。
线路无功功率因数给定值一般需保证在0.95以上，给定后，有：
则电池储能设备的无功指令为：
其中，式中，Pg表示10kV母线处的有功功率实时值，Qg表示10kV母线处的无功功率实时值。
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。
当给定线路无功功率因数时，可知电池储能设备输出的无功功率主要由Pg，Qg决定。一般要求线路无功功率因数在0.98以上为佳，若考察电池储能设备无功功率控制的最大限度则可假设风电场的功率因数为0.95，而线路无功功率因数设定为0.98。
平均风速在7m/s时，如图3所示，电池储能设备的实际无功出力与无功容量的对比图，其中，线1代表实际无功出力，线2代表无功容量，如图4所示，无功指令与无功出力对比图，线3代表无功出力。在和无功容量比较时电池储能设备无功出力取绝对值。
平均风速在10m/s时，如图5所示，电池储能设备的实际无功出力与无功容量的对比图，其中，线4代表实际无功出力，线5代表无功容量，如图6所示，无功指令与无功出力对比图，线6代表无功出力，线7代表无功指令。在和无功容量比较时电池储能设备无功出力取绝对值。
对比图3~图6可以看出，在7m/s风速下风电场有功出力小，所以电池储能设备有功和无功补偿量均较小，可以看出电池储能设备实际无功出力均小于容量，因此具备恒功率因数控制能力。而在10m/s下有少部分时段无功出力受到了无功容量的限制，因而仅靠储能的无功控制无法保证功率因数始终恒定不变，具体参见图7平均风速在7m/s时补偿前后功率因数对比图，其中，线8代表补偿前风电场功率因数，线9代表补偿后功率因数；图8平均风速在10m/s时补偿前后功率因数对比图，其中，线10代表补偿前风电场功率因数，线11代表补偿后功率因数。
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)
1.一种风电场恒定功率因数控制系统，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，该风电场恒定功率因数控制系统包含：
采集模块，用于采集当前时刻10kV母线处的无功功率因数实时值、有功功率实时值及无功功率实时值；
给定值输出模块，用于输出10kV母线处的无功功率因数给定值；
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；
对比模块，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因数给定值与无功功率因数实时值进行对比；
计算模块，与所述采集模块连接，用于根据无功功率因数实时值、有功功率实时值和无功功率实时值计算得到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计算模块连接，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，得到无功功率补偿指令；
指令执行模块，分别与所述对比模块及指令生成模块连接，用于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。
2.如权利要求1所述的风电场恒定功率因数控制系统，其特征在于，所述的计算模块包含一误差修正单元，分别与所述采集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所述的风电场恒定功率因数控制系统，其特征在于，所述的指令生成模块包含一判断单元，与所述计算模块连接，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。
4.一种风电场恒定功率因数控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、采集当前时刻10kV母线处的无功功率因数实时值、10kV母线处的有功功率实时值及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、判断无功功率因数实时值是否大于无功功率因数给定值；
S4、若是，则电池储能设备无需进行无功功率补偿；
若否，则执行步骤S5；
S5、根据无功功率因数实时值、有功功率实时值和无功功率实时值计算得到无功功率输出初始值；
S6、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；
S7、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所述的风电场恒定功率因数控制方法，其特征在于，进一步包含一步骤S8，位于步骤S5与步骤S6之间；
S8、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S6中包含：
S6.1、判断所述无功功率输出初始值是否小于零；
S6.2、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；
S6.3、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S6.3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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| Li et al. | Impact Analysis of Distributed Photovoltaic Access to Active Distribution Network with Different Permeability |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20151216 Address after: 200002 Nanjing East Road, Shanghai, No. 181, No. Applicant after: State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company Applicant after: East China Electric Power Test & Research Institute Co., Ltd. Address before: 200002 Nanjing East Road, Shanghai, No. 181, No. Applicant before: State Grid Shanghai Municipal Electric Power Company |
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151230 |