CN105244923A - 一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法，通过将风电场内的风电机组按调控优先级划分为多个无功调控单元，并得到风电场的无功需求量；计算各无功调控单元和无功补偿装置的可调无功容量，根据风电场的无功需求量对各无功调控单元和无功补偿装置进行无功分配；判断风电场的并网点电压是否在允许的运行范围内。本发明提出的方法考虑了风电场电气接线，以及场内电压分布的特点对风电机组无功调节能力对风电场并网点电压支撑作用的影响，优化调控了风电机组的无功调节能力，为风电场和系统电压提供了准确、可靠且有效的支撑；保证了基于双馈风电机组的风电场并网运行的可靠性及高效性。

Description

一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法

技术领域

本发明涉及规模化新能源并网发电运行中的无功电压控制领域，具体涉及一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法。

背景技术

随着我国风力发电的持续快速发展，以风电为主的新能源已成为东北、内蒙、甘肃等十余省份的第二大电源，新能源正在经历由补充性能源向替代能源转变的历史性阶段。局部地区的风电并网容量大大超出了当地负荷水平或局部电网接纳风电的能力，风电并网能否安全稳定运行都将直接影响着当地电网乃至区域电网的正常运行。2011年以来，我国“三北”地区发生了多次大规模风电脱网事故，给区域电网造成了电压大幅波动、频率大幅降低、损失大面积负荷等严重后果，为了保证风电并网系统的安全稳定，并网风电场的无功电压控制问题已成为并网风电场亟待解决的关键问题。

目前我国并网双馈变速风电机组多采用恒功率因素控制方式，没有发挥双馈发电机组的无功调节能力，因此如何充分利用双馈风电机组的调控能力改善其接入条件已成为双馈变速风电机组并网运行控制领域的重要研究内容。现有研究提出的双馈型变速风机风电场的无功电压控制方法主要为：按照调度下发的指令或风电场无功/电压控制目标，确定风电场的无功功率需求，采用风电机组和无功补偿装置协调控制策略；风电机组优先或无功补偿装置优先补偿，风电机组间的无功分配方式有：①无功容量等比例分配方式；②等功率因数分配方式；③按无功/网损灵敏度排序分配方式等。

以上方法充分考虑了风电机组的无功调节能力，为风电场和系统电压提供支撑，但并未考虑风电场电气接线，以及场内电压分布的特点对风电机组无功调节能力对风电场并网点电压支撑作用的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明提供的一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法,该方法考虑了风电场电气接线，以及场内电压分布的特点对风电机组无功调节能力对风电场并网点电压支撑作用的影响，优化调控了风电机组的无功调节能力，为风电场和系统电压提供了准确、可靠且有效的支撑；保证了基于双馈风电机组的风电场并网运行的可靠性及高效性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法，所述基于双馈风电机组的风电场内的无功调节设备包括风电机组及无功补偿装置，所述方法包括如下步骤：

步骤1.将所述风电场内的所述风电机组按调控优先级划分为多个无功调控单元；

步骤2.计算得到所述风电场的无功需求量；

步骤3.判断所述风电机组或所述无功补偿装置是否在正常运行；

若是，则进入步骤5；

若否，则进入步骤4；

步骤4.维修未正常运行的所述风电机组或所述无功补偿装置，返回步骤3；

步骤5.计算各所述无功调控单元和无功补偿装置的可调无功容量；

步骤6.根据所述风电场的无功需求量对各所述无功调控单元和无功补偿装置进行无功分配；

步骤7.判断所述风电场的并网点电压是否在允许的运行范围内；

若是，则所述风电场无功功率协调控制结束；

若否，则返回步骤2。

优选的，所述步骤1，包括：

1-1.对所述风电场内所有风电机组进行编号；

1-2.计算所述风电场内每段集电线路的阻抗，将每台风电机组到风电场主变压器低压侧母线的线路阻抗按照大小进行排序，按照固定比例将所有风电机组分为多个无功调控单元。

优选的，所述步骤2，包括：

2-1.检测得到所述风电场的并网点电压的实时值；

2-2.计算所述风电场的并网点电压的实时值与并网点电压控制目标的差值，得到所述风电场的电压偏差值；

2-3.根据所述电压偏差值，利用PI控制器确定所述风电场的无功功率需求量。

优选的，所述步骤3，包括：

根据所述风电场的监测系统监测得到的所述风电机组或所述无功补偿装置的运行状态监控信息，判断所述风电机组或所述无功补偿装置是否在正常运行；

若是，则进入步骤5；

若否，则进入步骤4。

优选的，所述步骤5，包括：

5-1.计算各所述无功调控单元的可调无功容量；一个所述无功调控单元的可调无功容量为该无功调控单元内所有正常运行的风电机组的可调无功容量之和：

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{G\_U\max }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(Q_{Gi\_\max }-Q_{Gi\_mea})\\ Q_{G\_D\min }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(Q_{Gi\_mea}-Q_{Gi\_\min })\end{array}\right.$

式中，Q_{G_Umax}和Q_{G_Dmin}分别为无功调控单元的可调无功的上调容量和下调容量；Q_{Gi_max}和Q_{Gi_min}分别为无功调控单元中第i台风电机组的可调容量上限和下限；Q_{Gi_mea}为无功调控单元中第i台风电机组的实测无功功率；m为无功调控单元内参与无功调节的风电机组的台数；

5-2.计算所述无功补偿装置的可调无功容量；

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{CE\_U\max }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(Q_{CEi\_\max }-Q_{CEi\_mea})\\ Q_{CE\_D\min }=\underset{i}{\overset{n}{\Σ}}(Q_{CEi\_mea}-Q_{CEi\_\min })\end{array}\right.$

式中，Q_{CE_Umax}和Q_{CE_Dmin}分别为所述无功补偿装置的可调无功的上调容量和下调容量；Q_{CEi_max}和Q_{CEi_min}分别为所述风电场中第i台无功补偿装置的可调容量上限和下限；Q_{CEi_mea}为所述风电场中第i台无功补偿装置的实测无功功率；n为风电场参与无功调节的无功补偿装置的台数。

优选的，所述步骤6中对各所述无功调控单元的进行无功分配，包括：

6-1.判断无功出力对风电场并网电压水平影响最大的最优所述无功调控单元的可调无功容量是否满足所述风电场的无功需求量；

若是，则由该最优无功调控单元采用等比例分配原则进行无功调节；

若否，进入6-2；

6-2.判断最优所述无功调控单元和无功出力对风电场并网电压水平影响较大的次优所述无功调控单元的可调无功容量总和是否满足所述风电场的无功需求量；

若是，则最优所述无功调控单元提供全部可调无功，且次优所述无功调控单元采用等比例分配原则提供其余的无功需求；

若否，进入6-3；

6-3.判断最优所述无功调控单元、次优所述无功调控单元和所述无功补偿装置的可调无功容量总和是否满足无功需求；

若是，则最优所述无功调控单元和次优所述无功调控单元一同提供全部可调无功，且所述无功补偿装置提供其余的无功需求；

若否，则最优所述无功调控单元、次优所述无功调控单元和无功补偿装置提供全部可调无功，且无功调控单元中的除了所述最优所述无功调控单元及次优所述无功调控单元的其他补充所述无功调控单元采用等比例分配原则提供其余的无功需求；若不满足无功需求时，其他补充所述无功调控单元则提供全部可调无功，并向风电场AVC系统发送无功裕度不足报警信号。

优选的，所述采用等比例分配原则进行无功调节，包括：

$Q_{WTi\_tgt}=\frac{Q_{WTi\_U\max }}{\underset{i}{\overset{m}{\Σ}}{Q}_{WTi\_U\max }}\×Q_{WTi\_tgt}$

式中，Q_{WTi_tgt}为所述无功调控单元中第i台风电机组需要调节的无功容量；Q_{WT_tgt}为所述无功调控单元的需要调节的无功需求量；Q_{WTi_Umax}为所述无功调控单元中第i台风电机组调节的无功容量上限值；m为无功调控单元内参与无功调节的风电机组的台数。

优选的，所述步骤6中对所述无功补偿装置的进行无功分配，包括：

判断所述无功补偿装置是否均接入同一主变压器；

若是，则对所述无功补偿装置采用等比例法进行无功功率分配；

若否，则所述无功补偿装置接入不同的主变压器；按照不同主变压器输送的有功功率所占风电场总有功出力的比例进行无功容量需求分配。

优选的，所述按照不同主变压器输送的有功功率所占风电场总有功出力的比例进行无功容量需求分配，包括：

$Q_{TRi\_tgt}=\frac{P_{i\_mea}}{\underset{i}{\overset{k}{\Σ}}{P}_{i\_mea}}\×(Q_{WF\_tgt}-Q_{WT\_tgt})$

式中，Q_{TRi_tgt}为接入风电场第i台主变的无功补偿装置需要调节的无功容量；Q_{WF_tgt}为风电场的无功需求总容量；Q_{WT_tgt}为所有无功调控单元需要调节的总无功容量；P_{i_mea}为风电场第i台主变高压侧的有功功率测量值；k为风电场主变压器的台数。

优选的，所述步骤7，包括：

7-1.计算所述风电场的并网点电压实时测量值V_{PCC_mea}与控制目标值V_{PCC_tgt}的误差ΔV_error：

ΔV_error＝|V_{PCC_tgt}-V_{PCC_mea}|

7-2.比较误差ΔV_error与风电场并网点电压控制的允许误差U_mpe的值；

若ΔV_error≤U_mpe，则表明风电场并网点电压满足要求，在允许的运行范围内，则所述风电场无功功率协调控制结束；

若ΔV_error>U_mpe，则返回步骤2。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法，通过将风电场内的风电机组按调控优先级划分为多个无功调控单元，并得到风电场的无功需求量；计算各无功调控单元和无功补偿装置的可调无功容量，根据风电场的无功需求量对各无功调控单元和无功补偿装置进行无功分配；判断风电场的并网点电压是否在允许的运行范围内。本发明提出的方法考虑了风电场电气接线，以及场内电压分布的特点对风电机组无功调节能力对风电场并网点电压支撑作用的影响，优化调控了风电机组的无功调节能力，为风电场和系统电压提供了准确、可靠且有效的支撑；保证了基于双馈风电机组的风电场并网运行的可靠性及高效性。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案，通过将风电场内的风电机组按调控优先级划分为多个无功调控单元，并得到风电场的无功需求量；计算各无功调控单元和无功补偿装置的可调无功容量，根据风电场的无功需求量对各无功调控单元和无功补偿装置进行无功分配；判断风电场的并网点电压是否在允许的运行范围内。本发明提出的方法考虑了风电场电气接线，以及场内电压分布的特点对风电机组无功调节能力对风电场并网点电压支撑作用的影响，优化调控了风电机组的无功调节能力，为风电场和系统电压提供了准确、可靠且有效的支撑。

2、本发明所提供的技术方案，保证了基于双馈风电机组的风电场的运行的可靠性及高效性。

3、本发明所提供的技术方案，充分考虑了风电机组电气距离对其无功调节能力对风电场并网点电压支撑作用有效性的影响，以及风电场末端机组端口电压容易“翘尾”的特点，提出的风电场场内风电机组机群划分原则简单、可行，同时采用风电机群作为一个无功调控单元，能够尽可能避免风电场内所有风电机组同时参与无功电压调节。

4、本发明所提供的技术方案，实现了有效利用风电机组的无功调节能力参与风电场电压控制的目标，提出的变速风机风电场无功功率协调控制方法简单有效，易于工程实现。

5、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法的流程图；

图2是本发明的控制方法的步骤1的流程示意图；

图3是本发明的控制方法的步骤2的流程示意图；

图4是本发明的控制方法的步骤5的流程示意图；

图5是本发明的控制方法的步骤6的流程示意图；

图6是本发明的控制方法的应用例的流程示意图；

图7是本发明的控制方法的应用例的风电机群无功调控单元和无功补偿装置的无功分配方法流程图；

图8是本发明的风电场无功需求整定计算的过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法，基于双馈风电机组的风电场内的无功调节设备包括风电机组及无功补偿装置，方法包括如下步骤：

步骤1.将风电场内的风电机组按调控优先级划分为多个无功调控单元；

步骤2.计算得到风电场的无功需求量；

步骤3.判断风电机组或无功补偿装置是否在正常运行；

若是，则进入步骤5；

若否，则进入步骤4；

步骤4.维修未正常运行的风电机组或无功补偿装置，返回步骤3；

步骤5.计算各无功调控单元和无功补偿装置的可调无功容量；

步骤6.根据风电场的无功需求量对各无功调控单元和无功补偿装置进行无功分配；

步骤7.判断风电场的并网点电压是否在允许的运行范围内；

若是，则风电场无功功率协调控制结束；

若否，则返回步骤2。

如图2所示，步骤1，包括：

1-1.对风电场内所有风电机组进行编号；

1-2.计算风电场内每段集电线路的阻抗，将每台风电机组到风电场主变压器低压侧母线的线路阻抗按照大小进行排序，按照固定比例将所有风电机组分为多个无功调控单元。

如图3所示，步骤2，包括：

2-1.检测得到风电场的并网点电压的实时值；

2-2.计算风电场的并网点电压的实时值与并网点电压控制目标的差值，得到风电场的电压偏差值；

2-3.在PI控制器中，根据电压偏差值，确定风电场的无功功率需求量。

其中，步骤3，包括：

根据风电场的监测系统监测得到的风电机组或无功补偿装置的运行状态监控信息，判断风电机组或无功补偿装置是否在正常运行；

若是，则进入步骤5；

若否，则进入步骤4。

如图4所示，步骤5，包括：

5-1.计算各无功调控单元的可调无功容量；一个无功调控单元的可调无功容量为该无功调控单元内所有正常运行的风电机组的可调无功容量之和：

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{G\_U\max }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(Q_{Gi\_\max }-Q_{Gi\_mea})\\ Q_{G\_D\min }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(Q_{Gi\_mea}-Q_{Gi\_\min })\end{array}\right.$

式中，Q_{G_Umax}和Q_{G_Dmin}分别为无功调控单元的可调无功的上调容量和下调容量；Q_{Gi_max}和Q_{Gi_min}分别为无功调控单元中第i台风电机组的可调容量上限和下限；Q_{Gi_mea}为无功调控单元中第i台风电机组的实测无功功率；m为无功调控单元内参与无功调节的风电机组的台数；

5-2.计算无功补偿装置的可调无功容量；

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{CE\_U\max }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(Q_{CEi\_\max }-Q_{CEi\_mea})\\ Q_{CE\_D\min }=\underset{i}{\overset{n}{\Σ}}(Q_{CEi\_mea}-Q_{CEi\_\min })\end{array}\right.$

式中，Q_{CE_Umax}和Q_{CE_Dmin}分别为无功补偿装置的可调无功的上调容量和下调容量；Q_{CEi_max}和Q_{CEi_min}分别为风电场中第i台无功补偿装置的可调容量上限和下限；Q_{CEi_mea}为风电场中第i台无功补偿装置的实测无功功率；n为风电场参与无功调节的无功补偿装置的台数。

如图5所示，步骤6中对各无功调控单元的进行无功分配，包括：

6-1.判断无功出力对风电场并网电压水平影响最大的最优无功调控单元的可调无功容量是否满足风电场的无功需求量；

若是，则由该最优无功调控单元采用等比例分配原则进行无功调节；

若否，进入6-2；

6-2.判断最优无功调控单元和无功出力对风电场并网电压水平影响较大的次优无功调控单元的可调无功容量总和是否满足风电场的无功需求量；

若是，则最优无功调控单元提供全部可调无功，且次优无功调控单元采用等比例分配原则提供其余的无功需求；

若否，进入6-3；

6-3.判断最优无功调控单元、次优无功调控单元和无功补偿装置的可调无功容量总和是否满足无功需求；

若是，则最优无功调控单元和次优无功调控单元一同提供全部可调无功，且无功补偿装置提供其余的无功需求；

若否，则最优无功调控单元、次优无功调控单元和无功补偿装置提供全部可调无功，且无功调控单元中的除了最优无功调控单元及次优无功调控单元的其他补充无功调控单元采用等比例分配原则提供其余的无功需求；若不满足无功需求时，其他补充无功调控单元则提供全部可调无功，并向风电场AVC系统发送无功裕度不足报警信号。

其中，采用等比例分配原则进行无功调节，包括：

$Q_{WTi\_tgt}=\frac{Q_{WTi\_U\max }}{\underset{i}{\overset{m}{\Σ}}{Q}_{WTi\_U\max }}\×Q_{WTi\_tgt}$

式中，Q_{WTi_tgt}为无功调控单元中第i台风电机组需要调节的无功容量；Q_{WT_tgt}为无功调控单元的需要调节的无功需求量；Q_{WTi_Umax}为无功调控单元中第i台风电机组调节的无功容量上限值；m为无功调控单元内参与无功调节的风电机组的台数。

步骤6中对无功补偿装置的进行无功分配，包括：

判断无功补偿装置是否均接入同一主变压器；

若是，则对无功补偿装置采用等比例法进行无功功率分配；

若否，则无功补偿装置接入不同的主变压器；按照不同主变压器输送的有功功率所占风电场总有功出力的比例进行无功容量需求分配。

优选的，按照不同主变压器输送的有功功率所占风电场总有功出力的比例进行无功容量需求分配，包括：

$Q_{TRi\_tgt}=\frac{P_{i\_mea}}{\underset{i}{\overset{k}{\Σ}}{P}_{i\_mea}}\×(Q_{WF\_tgt}-Q_{WT\_tgt})$

式中，Q_{TRi_tgt}为接入风电场第i台主变的无功补偿装置需要调节的无功容量；Q_{WF_tgt}为风电场的无功需求总容量；Q_{WT_tgt}为所有无功调控单元需要调节的总无功容量；P_{i_mea}为风电场第i台主变高压侧的有功功率测量值；k为风电场主变压器的台数。

步骤7，包括：

7-1.计算风电场的并网点电压实时测量值V_{PCC_mea}与控制目标值V_{PCC_tgt}的误差ΔV_error：

ΔV_error＝|V_{PCC_tgt}-V_{PCC_mea}|

7-2.比较误差ΔV_error与风电场并网点电压控制的允许误差U_mpe的值；

若ΔV_error≤U_mpe，则表明风电场并网点电压满足要求，在允许的运行范围内，则风电场无功功率协调控制结束；

若ΔV_error>U_mpe，则返回步骤2。

如图6和图7所示，本发明提供一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法的应用例，该应用例中将无功调控单元分为最优调控机群、次优调控机群和补充调控机群3个单元；其控制方法包括：

1、基于风电机组的无功调控单元划分

将风电场内的风电机组按照电气接线划分为三个风电机群，每个风电机群作为一个无功调控单元。风电机群包括最优调控机群、次优调控机群和补充调控机群。其中，最优调控机群是指无功出力对风电场并网电压水平影响最大的风电机组群，即风电机组距离并网点的电气距离较近，一般为分布在风电场馈线首端的风电机组；次优调控机群是指无功出力对风电场并网电压水平影响较大的风电机组群，即风电机组距离并网点的电气距离较远，一般为分布在风电场馈线中部的风电机组；补充调控机群是指无功出力对风电场并网电压水平影响较小的风电机组群，即风电机组距离并网点的电气距离最远，一般为分布在风电场馈线末端的风电机组。

风电机群无功调控单元具体划分方法为：对风电场内所有风电机组进行编号，计算场内每段集电线路的阻抗，将每台风电机组到风电场主变压器低压侧母线的线路阻抗按照大小进行排序，然后按照固定比例将所有风电机组分为三个机群。

风电机群划分的固定比例为：最优调控机群占35％；次优调控机群占45％；补充调控机群各占20％。

2、计算风电场无功需求

如图8所示，通过检测风电场并网点电压的实时值V_{PCC_mea}，计算其与并网点电压控制目标V_{PCC_ref}的差值，利用PI控制器，对风电场的无功功率需求量Q_{WF_tgt}进行整定。其中PI控制器直接决定电压偏差与风电场无功需求的关系，控制参数K_p和K_i应综合电压/无功静态线性有差调节特性和风电场接入区域电网的电压无功具体情况整定得到；Limiter的限制条件包括风电场并网点功率因数、无功功率运行范围等。

3、判断风电机组/无功补偿装置是否正常运行

根据风电场监测系统的风电机组/无功补偿装置的运行状态监控信息，判断风电机组/无功补偿装置是否正常运行。如果正常运行则参与风电场无功功率协调控制，反之则不参与。

4、计算各风电机群无功补偿单元和无功补偿装置的可调无功容量

风电机群无功调控单元的可调无功容量为该机群内所有正常运行的风电机组的可调无功容量之和，可由下式进行计算：

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{G\_U\max }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(Q_{Gi\_\max }-Q_{Gi\_mea})\\ Q_{G\_D\min }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(Q_{Gi\_mea}-Q_{Gi\_\min })\end{array}\right....\left(1\right)$

式中，Q_{G_Umax}和Q_{G_Dmin}分别为风电机群无功调控单元的可调无功的上调容量和下调容量；Q_{Gi_max}和Q_{Gi_min}分别为风电机群中第i台风电机组的可调容量上限和下限；Q_{Gi_mea}为风电机群中第i台风电机组的实测无功功率；m为风电机群内参与无功调节的风电机组的台数。

风电场无功补偿装置的可调无功容量为：

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{CE\_U\max }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}(Q_{CEi\_\max }-Q_{CEi\_mea})\\ Q_{CE\_D\min }=\underset{i}{\overset{n}{\Σ}}(Q_{CEi\_mea}-Q_{CEi\_\min })\end{array}\right....\left(2\right)$

式中，Q_{CE_Umax}和Q_{CE_Dmin}分别为风电场无功补偿装置可调无功的上调容量和下调容量；Q_{CEi_max}和Q_{CEi_min}分别为风电场第i台无功补偿装置的可调容量上限和下限；Q_{CEi_mea}为风电场第i台无功补偿装置的实测无功功率；n为风电场参与无功调节的无功补偿装置的台数。

5、根据风电场无功需求对各风电机群无功补偿单元和无功补偿装置进行无功分配

(1)如果最优调控机群的可调无功容量满足无功需求时，则由该无功调控单元采用等比例分配原则进行无功调节。否则，进行下一级判断；

以上调无功功率为例，给出风电机群内风电机组的无功分配方法见式(3)：

$Q_{WTi\_tgt}=\frac{Q_{WTi\_U\max }}{\underset{i}{\overset{m}{\Σ}}{Q}_{WTi\_U\max }}\×Q_{WTi\_tgt}...\left(3\right)$

式中，Q_{WTi_tgt}为风电机群中第i台风电机组需要调节的无功容量。

(2)如果最优调控机群和次优调控机群的可调无功容量总和满足无功需求时，则最优调控机群提供全部可调无功，次优调控机群采用等比例分配原则提供其余的无功需求。否则，进行下一级判断；

(3)如果最优调控机群、次优调控机群和无功补偿装置的可调无功容量总和满足无功需求时，则最优调控机群和次优调控机群提供全部可调无功，无功补偿装置提供其余的无功需求。否则，最优调控机群、次优调控机群和无功补偿装置提供全部可调无功，补充调控机群采用等比例分配原则提供其余的无功需求(不满足无功需求时则提供全部可调无功)，并向风电场AVC系统发送无功裕度不足报警信号。

对于风电场有多台主变，多台无功补偿装置的情况，需要对无功补偿装置的无功出力进行分配。具体分配原则如下：

1)接入同一主变的无功补偿装置需要调节的总无功容量，按照该主变压器输送的有功功率所占风电场总有功出力的比例进行分配。

$Q_{TRi\_tgt}=\frac{P_{i\_mea}}{\underset{i}{\overset{k}{\Σ}}{P}_{i\_mea}}\×(Q_{WF\_tgt}-Q_{WT\_tgt})...\left(4\right)$

式中，Q_{TRi_tgt}为接入风电场第i台主变的无功补偿装置需要调节的无功容量；Q_{WF_tgt}为风电场的无功需求总容量；Q_{WT_tgt}为所有风电机组无功调控单元需要调节的总无功容量；P_{i_mea}为风电场第i台主变高压侧的有功功率测量值；k为风电场主变压器的台数。

2)接入同一主变压器的多台无功补偿装置，采用等比例法进行无功功率分配。

6、判断风电场并网点电压是否满足要求

计算风电场并网点电压实时测量值与控制目标值的误差ΔV_error，并判断风电场并网点电压是否在允许的运行范围内。

ΔV_error＝|V_{PCC_tgt}-V_{PCC_mea}|………………………………………(5)

若ΔV_error≤U_mpe，表明风电场并网点电压满足要求，则风电场无功功率协调控制结束，反之，计算风电场无功需要。

U_mpe为风电场并网点电压控制的允许误差。

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，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法，所述基于双馈风电机组的风电场内的无功调节设备包括风电机组及无功补偿装置，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1.将所述风电场内的所述风电机组按调控优先级划分为多个无功调控单元；

步骤2.计算得到所述风电场的无功需求量；

步骤3.判断所述风电机组或所述无功补偿装置是否在正常运行；

若是，则进入步骤5；

若否，则进入步骤4；

步骤4.维修未正常运行的所述风电机组或所述无功补偿装置，返回步骤3；

步骤5.计算各所述无功调控单元和无功补偿装置的可调无功容量；

步骤6.根据所述风电场的无功需求量对各所述无功调控单元和无功补偿装置进行无功分配；

步骤7.判断所述风电场的并网点电压是否在允许的运行范围内；

若是，则所述风电场无功功率协调控制结束；

若否，则返回步骤2。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：

1-1.对所述风电场内所有风电机组进行编号；

1-2.计算所述风电场内每段集电线路的阻抗，将每台风电机组到风电场主变压器低压侧母线的线路阻抗按照大小进行排序，并将所有风电机组分为多个无功调控单元。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

2-1.检测得到所述风电场的并网点电压的实时值；

2-2.计算所述风电场的并网点电压的实时值与并网点电压控制目标的差值，得到所述风电场的电压偏差值；

2-3.根据所述电压偏差值，利用PI控制器确定所述风电场的无功功率需求量。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：

根据所述风电场的监测系统监测得到的所述风电机组或所述无功补偿装置的运行状态监控信息，判断所述风电机组或所述无功补偿装置是否在正常运行；

若是，则进入步骤5；

若否，则进入步骤4。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：

5-1.计算各所述无功调控单元的可调无功容量；一个所述无功调控单元的可调无功容量为该无功调控单元内所有正常运行的风电机组的可调无功容量之和：

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{G\_U\max }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(Q_{Gi\_\max }-Q_{Gi\_mea}\right)\\ Q_{G\_D\min }=\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\left(Q_{Gi\_mea}-Q_{Gi\_\min }\right)\end{array}\right.$

式中，Q_{G_Umax}和Q_{G_Dmin}分别为无功调控单元的可调无功的上调容量和下调容量；Q_{Gi_max}和Q_{Gi_min}分别为无功调控单元中第i台风电机组的可调容量上限和下限；Q_{Gi_mea}为无功调控单元中第i台风电机组的实测无功功率；m为无功调控单元内参与无功调节的风电机组的台数；

5-2.计算所述无功补偿装置的可调无功容量；

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{CE\_U\max }=\underset{i}{\overset{n}{\Σ}}\left(Q_{CEi\_\max }-Q_{CEi\_mea}\right)\\ Q_{CE\_D\min }=\underset{i}{\overset{n}{\Σ}}\left(Q_{CEi\_mea}-Q_{CEi\_\min }\right)\end{array}\right.$

式中，Q_{CE_Umax}和Q_{CE_Dmin}分别为所述无功补偿装置的可调无功的上调容量和下调容量；Q_{CEi_max}和Q_{CEi_min}分别为所述风电场中第i台无功补偿装置的可调容量上限和下限；Q_{CEi_mea}为所述风电场中第i台无功补偿装置的实测无功功率；n为风电场参与无功调节的无功补偿装置的台数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤6中对各所述无功调控单元进行无功分配，包括：

6-1.判断无功出力对风电场并网电压水平影响最大的最优所述无功调控单元的可调无功容量是否满足所述风电场的无功需求量；

若是，则由该最优无功调控单元采用等比例分配原则进行无功调节；

若否，进入6-2；

6-2.判断最优所述无功调控单元和无功出力对风电场并网电压水平影响较大的次优所述无功调控单元的可调无功容量总和是否满足所述风电场的无功需求量；

若是，则最优所述无功调控单元提供全部可调无功，且次优所述无功调控单元采用等比例分配原则提供其余的无功需求；

若否，进入6-3；

6-3.判断最优所述无功调控单元、次优所述无功调控单元和所述无功补偿装置的可调无功容量总和是否满足无功需求；

若是，则最优所述无功调控单元和次优所述无功调控单元一同提供全部可调无功，且所述无功补偿装置提供其余的无功需求；

若否，则最优所述无功调控单元、次优所述无功调控单元和无功补偿装置提供全部可调无功，且无功调控单元中的除了所述最优所述无功调控单元及次优所述无功调控单元的其他补充所述无功调控单元采用等比例分配原则提供其余的无功需求；若不满足无功需求时，其他补充所述无功调控单元则提供全部可调无功，并向风电场AVC系统发送无功裕度不足报警信号。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述采用等比例分配原则进行无功调节，包括：

$Q_{WTi\_tgt}=\frac{Q_{WTi\_U\max }}{\underset{i}{\overset{m}{\Σ}}{Q}_{WTi\_U\max }}\×Q_{WT\_tgt}$

式中，Q_{WTi_tgt}为所述无功调控单元中第i台风电机组需要调节的无功容量；Q_{WT_tgt}为所述无功调控单元的需要调节的无功需求量；Q_{WTi_Umax}为所述无功调控单元中第i台风电机组调节的无功容量上限值；m为无功调控单元内参与无功调节的风电机组的台数。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤6中对所述无功补偿装置的进行无功分配，包括：

判断所述无功补偿装置是否均接入同一主变压器；

若是，则对所述无功补偿装置采用等比例法进行无功功率分配；

若否，则所述无功补偿装置接入不同的主变压器；按照不同主变压器输送的有功功率所占风电场总有功出力的比例进行无功容量需求分配。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述按照不同主变压器输送的有功功率所占风电场总有功出力的比例进行无功容量需求分配，包括：

$Q_{TRi\_tgt}=\frac{P_{i\_mea}}{\underset{i}{\overset{k}{\Σ}}{P}_{i\_mea}}\×(Q_{WF\_tgt}-Q_{WT\_tgt})$

式中，Q_{TRi_tgt}为接入风电场第i台主变的无功补偿装置需要调节的无功容量；Q_{WF_tgt}为风电场的无功需求总容量；Q_{WT_tgt}为所有无功调控单元需要调节的总无功容量；P_{i_mea}为风电场第i台主变高压侧的有功功率测量值；k为风电场主变压器的台数。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤7包括：

7-1.计算所述风电场的并网点电压实时测量值V_{PCC_mea}与控制目标值V_{PCC_tgt}的误差ΔV_error：

ΔV_error＝|V_{PCC_tgt}-V_{PCC_mea}|

7-2.比较误差ΔV_error与风电场并网点电压控制的允许误差U_mpe的值；

若ΔV_error≤U_mpe，则表明风电场并网点电压满足要求，在允许的运行范围内，则所述风电场无功功率协调控制结束；

若ΔV_error>U_mpe，则返回步骤2。