CN105281369B - 风电场的拓扑结构、升压控制方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种风电场的拓扑结构、升压控制方法、装置及系统。所述风电场的拓扑结构包括：一一对应设置且选择性连接的至少一个风力发电机组集群和至少一个机组升压变压器集群，其中，所述风力发电机组集群包括多台并联连接的风力发电机组，所述机组升压变压器集群包括多台并联连接的机组升压变压器。通过本发明的风电场的拓扑结构、升压控制方法、装置及系统，使得风力发电机组升压变压器长期运行于高效率区间，功率损耗较小。并且，同组的机组升压变压器互为备用，提高了风电场集电网的可靠性。

Description

风电场的拓扑结构、升压控制方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电场的拓扑结构、升压控制方法、装置及系统。

背景技术

风能是一种清洁的可再生能源，把风能转变成机械能，再把机械能转化为电能，这就是风力发电。近年来，风电技术越来越受到世界各国的重视，并将保持较高的速度继续发展。然而，相对于其他发电设施，风力发电具有一定的特殊性，如负荷随机波动、轻载运行工况占多数等。

图1为现有技术风电场的拓扑结构的示例性示意图，参照图1，常见的风电场的拓扑结构是“一机一变”方式，即一台风力发电机组连接一台机组升压变压器。在风电场中，风力发电机的输出电压为690V。经过机组升压变压器将电压升高到10kV或35kV，然后经集电馈线将所有风力发电机输出的电能汇集输送到升压站(如主变压器)进行升压，达到110kV或220kV送入电力系统。

然而，上述方式具有以下不足之处：首先，在负载率较高的区间，机组升压变压器的效率较高，当负载率下降到一定程度后，机组升压变压器的效率会急剧下降；其次，由于风力发电的输出波动大、轻载工况多的特点，上述拓扑结构会使机组升压变压器经常运行在低效率状态，其功率损耗相对较高。

发明内容

本发明实施例的目的在于，提供一种风电场的拓扑结构、升压控制方法、装置及系统，以实现使得风力发电机组升压变压器长期运行于高效率区间，降低功耗。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供了一种风电场的拓扑结构，所述拓扑结构包括：一一对应设置且选择性连接的至少一个风力发电机组集群和至少一个机组升压变压器集群，其中，所述风力发电机组集群包括多台并联连接的风力发电机组，所述机组升压变压器集群包括多台并联连接的机组升压变压器。

本发明的实施例还提供了一种风电场的升压控制方法，所述风电场采用如前述实施例所述的拓扑结构，所述升压控制方法包括：对每一风力发电机组集群及对应设置的机组升压变压器集群执行如下动作：获取所述风力发电机组集群的输出功率负载率；根据所述输出功率负载率调整对应设置的机组升压变压器集群中运行的机组升压变压器的数量。

本发明的实施例还提供了一种风电场的升压控制装置，所述风电场采用如前述实施例所述的拓扑结构，所述升压控制装置包括：负载率获取模块，用于分别获取所述至少一个风力发电机组集群的输出功率负载率；变压器数量调整模块，用于分别根据所述输出功率负载率调整对应设置的机组升压变压器集群中运行的机组升压变压器的数量。

本发明的实施例还提供了一种风电场的升压控制系统，所述升压控制系统包括如前述实施例所述的拓扑结构以及如前述实施例所述的升压控制装置，所述升压控制装置与所述拓扑结构中的机组升压变压器集群电气连接。

本发明实施例提供的风电场的拓扑结构、升压控制方法、装置及系统，通过将风力发电机组及机组升压变压器分别进行分组，同一集群内的风力发电机组采用并联的连接方式，同一集群内的机组升压变压器也采用并联的连接方式，形成集群对集群的拓扑结构。从而使得风力发电机组升压变压器长期运行于高效率区间，降低了功率损耗。并且，同一集群内的机组升压变压器之间互为备用，提高了风电场集电网的可靠性。

附图说明

图1为现有技术风电场的拓扑结构的示例性示意图；

图2为本发明实施例一的风电场的拓扑结构的流程示意图；

图3为本发明实施例二的风电场的升压控制方法的流程示意图；

图4为本发明实施例三的风电场的升压控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例风电场的拓扑结构、升压控制方法、装置及系统进行详细描述。

实施例一

图2为本发明实施例一的风电场的拓扑结构的流程示意图，参照图2，风电场的拓扑结构包括一一对应设置且选择性连接的至少一个风力发电机组集群210和至少一个机组升压变压器集群220，其中，风力发电机组集群210包括多台并联连接的风力发电机组，机组升压变压器集群220包括多台并联连接的机组升压变压器。

在具体的实现方式中，以风力发电机组集群为例，每个风力发电机组集群内风力发电机组的台数可以为任意数，各个风力发电机组集群之间可以使用相同台数的风力发电机组，也可以使用不同台数的风力发电机组。通常，风力发电机组的台数为大于等于2的自然数，以2-4台为宜。同理，机组升压变压器集群内机组升压变压器的台数也可以为任意数，各个机组升压变压器集群之间可以使用相同或者不同台数的机组升压变压器。

在本实施例中，风电场的拓扑结构采用的是“集群对集群”方式，在风力发电机组集群和机组升压变压器集群之间，风力发电机组与机组升压变压器的台数可以相同，也可以不同。此外，每个机组升压变压器集群中，各台机组升压变压器的容量可以相同，也可以大小搭配。

优选地，风电场的拓扑结构还包括多个第一自动断路器，第一自动断路器设置在机组升压变压器与对应设置的风力发电机组集群之间。

进一步地，第一自动断路器的数量与机组升压变压器的数量相同，且一一对应设置。

具体地，各机组升压变压器集群的输出端分别与集电馈线相连接。风电场的拓扑结构还可以包括依次连接的集电馈线、第二自动断路器、主变压器和电网母线。具体地，每个风力发电机组集群输出的电能汇集进入机组升压变压器集群，然后通过集电馈线汇集到主变压器，升压达到110kV或220kV送入电力系统的电网母线。

本发明实施例的风电场的拓扑结构，通过将风力发电机组及机组升压变压器分别进行分组，同一集群内的风力发电机组和同一集群内的机组升压变压器均采用并联的连接方式，形成集群对集群的拓扑结构。从而使得风力发电机组升压变压器长期运行于高效率区间，降低了功率损耗。并且，同一集群内的机组升压变压器之间互为备用，当一台机组升压变压器损坏，同组内的其他机组升压变压器可保证对应的风力发电机组集群在一定功率以下运行，进而提高了风电场集电网的可靠性。

实施例二

图3为本发明实施例二的风电场的升压控制方法的流程示意图，如图3所示，风电场采用如实施例一所述的拓扑结构，风电场的升压控制方法包括对每一风力发电机组集群及对应设置的机组升压变压器集群执行如下动作：

步骤310：获取风力发电机组集群的输出功率负载率。

具体地，获取风力发电机组集群中各风力发电机组的实际输出功率及额定输出功率，分别根据实际输出功率和额定输出功率确定风力发电机组集群的输出功率负载率。

根据本发明的优选实施例，前述根据实际输出功率和额定输出功率确定风力发电机组集群的输出功率负载率的处理可包括：计算每一风力发电机组集群中各风力发电机组的实际输出功率的和值和各风力发电机组的额定输出功率的和值，将实际输出功率的和值与额定输出功率的和值的比值作为风力发电机组集群的输出功率负载率。

具体可利用下式(1)计算风力发电机组集群的输出功率负载率：

其中，R为风力发电机组集群的输出功率负载率，P_实际i为第i台风力发电机组的实际输出功率，为第i台风力发电机组的额定输出功率，i为风力发电机组集群中风力发电机组的台数，1≤i≤n，i为正整数。

步骤320：根据输出功率负载率调整对应设置的机组升压变压器集群中运行的机组升压变压器的数量。

根据本发明示例性实施例，步骤320包括：根据输出功率负载率及预设阈值，调整对应设置的机组升压变压器集群中运行的机组升压变压器的数量。

下面以一个风力发电机组集群为例，假设与其对应设置的机组升压变压器集群包括三台并联连接的机组升压变压器，具体可进行如下处理：经过前述步骤的处理，获取到风力发电机组集群的输出功率负载率为R，假设第一负载率阈值为R1，第二负载率阈值R2，当R≥R1时，该机组升压变压器集群的机组升压变压器全部运行；当负载率R2≤R＜R1时，随机两台机组升压变压器投入运行；当负载率R＜R2时，随机一台机组升压变压器投入运行。

在实际应用中，可通过与机组升压变压器一一对应连接的多个第一自动断路器的投切，控制投入运行的机组升压变压器的台数。另外，R1的取值可以是67％，或者小于67％的数值如55％、60％等，R2的取值可以是33％，或者其他小于33％的数值。

同理可知，如果与该风力发电机组集群对应连接的机组升压变压器集群包括四台并联连接的机组升压变压器，那么可以设定三个负载率阈值，从而划分为四个阈值范围区间，输出功率负载率分别位于这四个阈值范围区间时对应四台、三台、两台、一台机组升压变压器运行。

本发明的风电场的升压控制方法，获取多个风力发电机组集群的输出功率负载率，进一步根据获取的输出功率负载率灵活调整各个机组升压变压器集群投入运行的升压变压器数量，实现了机组升压变压器长期运行于高效率区间，降低了功率损耗。

实施例三

图4为本发明实施例三的风电场的升压控制装置的结构示意图。可用于执行本发明实施例二的风电场的升压控制方法步骤。

参照图4，该风电场的升压控制装置包括负载率获取模块410和变压器数量调整模块420。

负载率获取模块410用于分别获取至少一个风力发电机组集群的输出功率负载率。

具体地，负载率获取模块410可包括：

获取单元(未示出)用于分别获取每一风力发电机组集群中各风力发电机组的实际输出功率及额定输出功率。

计算单元(未示出)用于分别计算每一风力发电机组集群中各风力发电机组的实际输出功率的和值以及各风力发电机组的额定输出功率的和值，将所述实际输出功率的和值与所述额定输出功率的和值的比值作为所述风力发电机组集群的输出功率负载率。

变压器数量调整模块420用于分别根据输出功率负载率调整对应设置的机组升压变压器集群中运行的机组升压变压器的数量。

本发明的风电场的升压控制装置，根据获取到的多个风力发电机组集群的输出功率负载率，对与其对应连接的各个机组升压变压器集群的机组升压变压器投运台数进行调节，实现了机组升压变压器长期运行于高效率区间，降低了功率损耗。

本发明还提供了一种风电场的升压控制系统，包括如实施例一所述的拓扑结构以及如实施例三所述的升压控制装置，该升压控制装置与上述拓扑结构中的机组升压变压器集群电气连接。

本发明的风电场的升压控制系统，一方面，通过将风力发电机组及机组升压变压器分别进行分组，同一集群内的风力发电机组和同一集群内的机组升压变压器均采用并联的连接方式，形成集群对集群的拓扑结构；另一方面，根据获取到的多个风力发电机组集群的输出功率负载率，对与其对应连接的各个机组升压变压器集群的机组升压变压器投运台数进行调节。从而使得风力发电机组升压变压器长期运行于高效率区间，降低了功率损耗。

并且，同一集群内的机组升压变压器之间互为备用，当一台机组升压变压器损坏，同组内的其他机组升压变压器可保证对应的风力发电机组集群在一定功率以下运行，进而提高了风电场集电网的可靠性

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种风电场的升压控制方法，其特征在于，所述风电场采用的拓扑结构包括一一对应设置且串联连接的至少一个风力发电机组集群和至少一个机组升压变压器集群，其中，所述风力发电机组集群包括多台输出端并联连接的风力发电机组，所述机组升压变压器集群包括多台输入端并联连接的机组升压变压器，所述拓扑结构还包括多个第一自动断路器，所述第一自动断路器设置在所述机组升压变压器与对应设置的所述风力发电机组集群之间，所述第一自动断路器的数量与所述机组升压变压器的数量相同，且一一对应设置，所述升压控制方法包括对每一风力发电机组集群及对应设置的机组升压变压器集群执行如下动作：

获取所述风力发电机组集群的输出功率负载率；

根据所述输出功率负载率调整对应设置的机组升压变压器集群中运行的机组升压变压器的数量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述风力发电机组集群的输出功率负载率的处理包括：

获取所述风力发电机组集群中各风力发电机组的实际输出功率及额定输出功率，

根据所述实际输出功率和所述额定输出功率确定所述风力发电机组集群的输出功率负载率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述实际输出功率和所述额定输出功率确定所述风力发电机组集群的输出功率负载率的处理包括：

计算每一风力发电机组集群中各风力发电机组的实际输出功率的和值和各风力发电机组的额定输出功率的和值，

将所述实际输出功率的和值与所述额定输出功率的和值的比值作为所述风力发电机组集群的输出功率负载率。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述输出功率负载率调整对应设置的机组升压变压器集群中运行的机组升压变压器的数量的处理包括：

根据所述输出功率负载率及预设阈值，调整对应设置的机组升压变压器集群中运行的机组升压变压器的数量。

5.一种风电场的升压控制装置，其特征在于，所述风电场采用的拓扑结构包括一一对应设置且串联连接的至少一个风力发电机组集群和至少一个机组升压变压器集群，其中，所述风力发电机组集群包括多台输出端并联连接的风力发电机组，所述机组升压变压器集群包括多台输入端并联连接的机组升压变压器，所述拓扑结构还包括多个第一自动断路器，所述第一自动断路器设置在所述机组升压变压器与对应设置的所述风力发电机组集群之间，所述第一自动断路器的数量与所述机组升压变压器的数量相同，且一一对应设置，所述升压控制装置包括：

负载率获取模块，用于分别获取所述至少一个风力发电机组集群的输出功率负载率；

变压器数量调整模块，用于分别根据所述输出功率负载率调整对应设置的机组升压变压器集群中运行的机组升压变压器的数量。

6.根据权利要求5所述的升压控制装置，其特征在于，所述负载率获取模块包括：

获取单元，用于分别获取每一风力发电机组集群中各风力发电机组的实际输出功率及额定输出功率，

计算单元，用于分别计算每一风力发电机组集群中各风力发电机组的实际输出功率的和值以及各风力发电机组的额定输出功率的和值，将所述实际输出功率的和值与所述额定输出功率的和值的比值作为所述风力发电机组集群的输出功率负载率。

7.一种风电场的升压控制系统，其特征在于，所述风电场采用的拓扑结构包括一一对应设置且串联连接的至少一个风力发电机组集群和至少一个机组升压变压器集群，其中，所述风力发电机组集群包括多台输出端并联连接的风力发电机组，所述机组升压变压器集群包括多台输入端并联连接的机组升压变压器，所述拓扑结构还包括多个第一自动断路器，所述第一自动断路器设置在所述机组升压变压器与对应设置的所述风力发电机组集群之间，所述第一自动断路器的数量与所述机组升压变压器的数量相同，且一一对应设置，所述升压控制系统还包括如权利要求5或6所述的升压控制装置，所述升压控制装置与所述拓扑结构中的机组升压变压器集群电气连接。