CN106487024B - 风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法及装置，该方法包括：比较风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值与风电场电压死区；若所述电压偏差值小于或等于所述风电场电压死区，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值；根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组。本发明能够在保证风电场无功补偿装置无功储备的基础上，实现风电场有功损耗最小。
Description
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法及装置。
背景技术
由于风电等新能源具有随机性、波动性、间歇性等特点，对电网电压的安全稳定运行存在潜在隐患。通过调节风电场内的无功分配可以提高风电场安全运行。风电场内可调无功源较多，例如风电机组、无功补偿装置、电容器等，各无功源的无功调节速度也存在较大差别。
国网冀北电力有限公司的刘海涛等人在专利《风电场动态无功补偿装置与风机的无功置换方法》(申请号：CN201410579127.3，申请日：2014.10.26)中，提出了一种实现风电场动态无功补偿装置与风机的无功置换方法。该方法在风电场并网点电压和风机机端电压都合格的基础上，根据风机当前的无功调节能力，以动态无功补偿装置的无功调节裕度最大化为目标，通过控制动态无功补偿装置和风机的无功出力，将动态无功补偿装置发出或吸收的无功置换为风机发出或吸收的无功。
中国能建广东省电力设计研究院有限公司的顾志东等人在专利《静止无功补偿器与电容器、电抗器的无功置换控制方法》(申请号：CN201510598654.3，申请日：2015.09.18)中，提出了变电站内静止无功补偿器与电容器、电抗器的无功置换方法。该方法可以保持SVC(静止无功补偿装置)无功调节裕度，使得电容、电抗器承担缓慢的基础无功需求，无功裕度充足的SVC承担快速的无功需求。该方法提出了进行无功置换的触发条件，即通过求解二次规划和SVC的最小条件步长条件，来判断是否需要进行SVC与电容、电抗器的无功置换。
清华大学电机系的王旭冉等人在文章《考虑快速动态无功补偿的二级电压控制》(电力系统自动化,2015年,39(2):53-60)中，建立了二次规划模型进行动态无功储备的优化控制，利用慢速动态无功补偿装置(发电机)置换出SVC/STATCOM的无功功率，提高电网动态无功储备水平。该方法将SVC设定值取为SVC出力的中间位置(即0Mvar),以实现最优动态无功储备。
清华大学的徐峰达等人在文章《基于模型预测控制理论的风电场自动电压控制》(电力系统自动化,2015年,39(7):59-67)中，基于模型预测控制理论提出了一种旨在协调风机和SVG的风电场电压控制方法。该方法以SVG(动态无功补偿装置)动态无功储备最大为优化目标，通过对风机和SVG的无功置换，使全过程SVG无功出力接近中点0Mvar运行，为系统保留更多快速可调无功容量。
可见，现有技术中，均是以SVG/SVC具备最大无功储备为目标，以应对突发电网事件时的无功需求，从安全性的角度实现快速调节的SVC/SVG和慢速调节的风机/电容器/电抗器/火力发电机的无功置换，而未考虑其经济型的影响。
发明内容
本发明提供一种风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法及装置，以在保证风电场无功补偿装置无功储备的同时，提高经济效益。
本发明提供一种风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，包括：比较风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值与风电场电压死区；若所述电压偏差值小于或等于所述风电场电压死区，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值；根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组。
一些实施例中，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值，包括：建立以风电场设备电气参数为状态变量且以无功置换容量为控制变量的风电场有功损耗最小化目标函数；求解所述风电场有功损耗最小化目标函数得到所述无功置换容量值。
一些实施例中，所述风电场有功损耗最小化目标函数为：
minFp＝fi(u,x)；
所述风电场有功损耗最小化目标函数的约束条件为：
其中，Fp表示风电场的有功损耗值，fi(u,x)表示风电场的有功损耗函数，u表示风电场设备电气参数状态变量，x表示无功置换容量控制变量，pSVG(u,x)表示风电场无功补偿装置有功损耗，pT(u,x)表示风电场主变有功损耗，pTW(u,x)表示风电场风机箱变有功损耗，pl(u,x)表示风电场汇集线路有功损耗，umin表示风电场设备电气参数最小值，umax表示风电场设备电气参数最大值，xmin表示无功置换容量最小值，xmax表示无功置换容量最大值。
一些实施例中，根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组，包括：比较所述无功置换容量值与风电场中所有风电机组的无功向上可调量及无功向下可调量；若所述无功置换容量值在所述无功向上可调量和所述无功向下可调量之间，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQsw)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-ΔQsw；其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，ΔQsw表示所述无功置换容量值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值。
一些实施例中，根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组，还包括：若所述无功置换容量值大于所述无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_up；若所述无功置换容量值小于所述无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_down；其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量。
一些实施例中，该方法还包括：若所述电压偏差值大于所述风电场电压死区，根据风电场总目标无功将无功指令下发至所述风电场无功补偿装置和所述风电机组。
一些实施例中，比较风电场所需调节的无功变化量与风电场中所有风电机组的无功向上可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量、风电场中所有风电机组的无功向下可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量、风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和、以及风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和；若风电场所需调节的无功变化量大于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和且大于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量且大于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量且大于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝QWT/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+ΔQ；其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QSVG_up表示风电场无功补偿装置的无功向上可调量，QSVG_down表示风电场无功补偿装置的无功向下可调量，ΔQ表示风电场所需调节的无功变化量。
本发明还提供一种风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，包括：风电场电压状态判断单元，用于执行：比较风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值与风电场电压死区；无功置换容量值确定单元，用于执行：若所述电压偏差值小于或等于所述风电场电压死区，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值；风电场无功置换单元，用于执行：根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组。
一些实施例中，所述无功置换容量值确定单元，包括：有功损耗最小目标函数建立模块，用于执行：建立以风电场设备电气参数为状态变量且以无功置换容量为控制变量的风电场有功损耗最小化目标函数；无功置换容量值求解模块，用于执行：求解所述风电场有功损耗最小化目标函数得到所述无功置换容量值。
一些实施例中，所述有功损耗最小目标函数建立模块用于执行：
所述风电场有功损耗最小化目标函数为：
minFp＝fi(u,x)；
所述风电场有功损耗最小化目标函数的约束条件为：
其中，Fp表示风电场的有功损耗值，fi(u,x)表示风电场的有功损耗函数，u表示风电场设备电气参数状态变量，x表示无功置换容量控制变量，pSVG(u,x)表示风电场无功补偿装置有功损耗，pT(u,x)表示风电场主变有功损耗，pTW(u,x)表示风电场风机箱变有功损耗，pl(u,x)表示风电场汇集线路有功损耗，umin表示风电场设备电气参数最小值，umax表示风电场设备电气参数最大值，xmin表示无功置换容量最小值，xmax表示无功置换容量最大值。
一些实施例中，所述风电场无功置换单元，包括：无功置换判断模块，用于执行：比较所述无功置换容量值与风电场中所有风电机组的无功向上可调量及无功向下可调量；第一无功置换模块，用于执行：若所述无功置换容量值在所述无功向上可调量和所述无功向下可调量之间，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQsw)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-ΔQsw；其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，ΔQsw表示所述无功置换容量值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值。
一些实施例中，所述风电场无功置换单元，还包括：第二无功置换模块，用于执行：若所述无功置换容量值大于所述无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_up；第三无功置换模块，用于执行：若所述无功置换容量值小于所述无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_down；其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量。
一些实施例中，该装置还包括：无功指令下发单元，用于执行：若所述电压偏差值大于所述风电场电压死区，根据风电场总目标无功将无功指令下发至所述风电场无功补偿装置和所述风电机组。
一些实施例中，所述无功指令下发单元，包括：无功指令下发策略判断模块，用于执行：比较风电场所需调节的无功变化量与风电场中所有风电机组的无功向上可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量、风电场中所有风电机组的无功向下可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量、风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和、以及风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和；第一无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量大于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；第二无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和且大于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；第三无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；第四无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量且大于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；第五无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量且大于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝QWT/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+ΔQ；其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QSVG_up表示风电场无功补偿装置的无功向上可调量，QSVG_down表示风电场无功补偿装置的无功向下可调量，ΔQ表示风电场所需调节的无功变化量。
本发明实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法及装置，针对目前风电场内自动电压控制系统(AVC)中存在的不足，在风电场电压偏差小于电压死区的情况下，对风电机组和无功补偿装置的无功置换容量在最小风电场有功损耗情况下进行确定，通过风电机组和无功补偿装置的无功置换，可以保证风电场有功损耗最小的同时，使得无功补偿装置具备较大无功储备，以实现风电场的安全、稳定、经济运行。进一步，在风电场电压偏差大于电压死区的情况下，根据风电场目标总无功将下发的无功分配至风电场无功补偿装置和风电机组，可充分利用风电场内不同无功源的特点，例如风电场无功补偿装置响应快的特点，协调不同响应速度的无功源进行控制，风电场无功变化量优先分配给风电场无功补偿装置，从而提高AVC系统的响应速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例中获取无功置换容量值的方法流程示意图；
图3是本发明一实施例中由风电场无功补偿装置至风电机组进行无功置换的方法流程示意图；
图4是本发明另一实施例中由风电场无功补偿装置至风电机组进行无功置换的方法流程示意图；
图5是本发明另一实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法的流程示意图；
图6是本发明一实施例中将无功指令下发至风电场无功补偿装置和风电机组的方法流程示意图；
图7是本发明实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置的结构示意图；
图8是本发明一实施例中无功置换容量值确定单元的结构示意图；
图9是本发明一实施例中风电场无功置换单元的结构示意图；
图10是本发明另一实施例中风电场无功置换单元的结构示意图；
图11是本发明另一实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置的结构示意图；
图12是本发明一实施例中无功指令下发单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
无功补偿装置的无功调节为毫秒级的响应时间，而风电机组的无功调节为秒级的响应时间。当风电场电压发生扰动时，可优先调节响应速度快的无功补偿装置。在保证电压合格、优质的前提下，可用风电机组、电容器等慢速无功源将快速无功补偿装置的无功置换出来，使得无功补偿装置具备充足的无功储备，应对电网电压扰动特别是电网故障的情况。
针对现有的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法仅以风电场无功补偿装置具备最大无功储备为目标而无法同时考虑其经济效益的问题，以及风电场内无功源的特点，本发明提供一种风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，确定无功置换容量大小，在保证无功储备的基础上，能够达到风电场有功损耗最小的目的。
图1是本发明实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，可包括步骤：
S110：比较风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值与风电场电压死区；
S120：若所述电压偏差值小于或等于所述风电场电压死区，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值；
S130：根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组。
在上述步骤S110中，可以从风机监控系统获取风电场实时电压，再根据给定的风电场目标电压计算得到风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值。将计算得到的电压偏差值与风电场电压死区比较得到风电场电压的状态。针对不同的风电场电压状态可以采用不同的策略将无功下发指令分配至风电场无功补偿装置和风电机组。
若风电场电压偏差不大于电压死区，可通过构建考虑风电场有功损耗的无功分配模型，例如，风电场有功损耗最小化目标函数，并求解该模型得到在风电场有功损耗最小情况下风机和无功补偿装置的无功置换容量。
在上述步骤S120和步骤S130中，若所述电压偏差值小于或等于所述风电场电压死区，说明风电场电压尚处于稳态。此时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值，能够尽可能减小风电场有功损耗，根据该无功置换容量值进行无功置换，能够使得风电场无功补偿装置具备较大的无功储备。在风电场电压处于稳态的情况下进行无功置换不会影响风电场正常运转。
本发明实施例，通过在风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值小于或等于风电场电压死区的风电场稳态情况下，获取使得风电场有功损耗最小的无功置换容量值，并将该无功置换容量值由风电场无功补偿装置置换至风电机组，能够保证风电场有功损耗最小的同时，使得风电场无功补偿装置具备较大的无功储备。在有无功指令急需下发时，风电场无功补偿装置能够做出快速响应，以实现风电场的安全、稳定、经济运行。
图2是本发明一实施例中获取无功置换容量值的方法流程示意图。如图2所示，在上述步骤S120中，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值的方法，可包括步骤：
S121：建立以风电场设备电气参数为状态变量且以无功置换容量为控制变量的风电场有功损耗最小化目标函数；
S122：求解所述风电场有功损耗最小化目标函数得到所述无功置换容量值。
在上述步骤S121中，风电场设备电气参数可以是风电场的有功出力、无功出力、主变等。该风电场有功损耗最小化目标函数可以包括一个或多个风电场设备电气参数状态变量。
在上述步骤S122中，实时获取风电场设备电气参数，得到相应的风电场有功损耗最小化目标函数，可以得到实时的无功置换容量值，利用该无功置换容量值实时进行风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换，能够更好地减小风电场有功损耗并保证风电场无功补偿装置无功储备。
一些实施例中，所述风电场有功损耗最小化目标函数可为：
minFp＝fi(u,x)；
所述风电场有功损耗最小化目标函数的约束条件为：
其中，Fp表示风电场的有功损耗值，fi(u,x)表示风电场的有功损耗函数，u表示风电场设备电气参数状态变量，x表示无功置换容量控制变量，pSVG(u,x)表示风电场无功补偿装置有功损耗，pT(u,x)表示风电场主变有功损耗，pTW(u,x)表示风电场风机箱变有功损耗，pl(u,x)表示风电场汇集线路有功损耗，umin表示风电场设备电气参数最小值，umax表示风电场设备电气参数最大值，xmin表示无功置换容量最小值，xmax表示无功置换容量最大值。
求解上述目标函数，可得到满足上述约束条件的风电场总有功损耗最小所需的无功置换容量ΔQsw。
风电场的有功损耗值Fp和风电场的有功损耗函数fi(u,x)为风电场总的有功损耗，可包括风电场无功补偿装置有功损耗pSVG(u,x)、风电场主变有功损耗pT(u,x)、风电场风机箱变有功损耗pTW(u,x)及风电场汇集线路有功损耗pl(u,x)等。风电场总的有功损耗包括了风电场大部分主要的有功损耗，考虑全面，得到的无功置换容量值将更准确。风电场设备电气参数可以包括风电场当前的有功出力、无功出力、主变等设备的电气参数等，不同的风电场设备电气参数可以具有不同的最大值和最小值作为约束条件。
在其他实施例中，在上述风电场有功损耗最小化目标函数的约束条件中，可以对无功置换容量控制变量x的上下限进行约束，例如上限xmax可为QSVG_up，下限xmin可为QSVG_down，即xmin≤x≤xmax可为QSVG_down≤x≤QSVG_up。此时，求解得到的无功置换容量值ΔQsw一般在上限QSVG_up和下限QSVG_down之间。
图3是本发明一实施例中由风电场无功补偿装置至风电机组进行无功置换的方法流程示意图。如图3所示，在上述步骤S130中，根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组的方法，可包括步骤：
S131：比较所述无功置换容量值与风电场中所有风电机组的无功向上可调量及无功向下可调量；
S132：若所述无功置换容量值在所述无功向上可调量和所述无功向下可调量之间，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQsw)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-ΔQsw。
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，ΔQsw表示所述无功置换容量值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值。
在上述步骤S132中，所述无功置换容量值在所述无功向上可调量和所述无功向下可调量之间，即Qsw_down≤ΔQsw≤Qsw_up，每台风机无功设定值可为QWT_set＝(QWT+ΔQsw)/N，动态无功补偿装置的无功设定值可为QSVG_set＝QSVG-ΔQsw。
本实施例中，该无功置换容量值是在风电场有功损耗最小的情况下得到，根据求得的无功置换容量值进行风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换，不仅能够保证风电场无功补偿装置具有更多无功储备，以在有无功急需下发的情况下利用其自身特点做出快速响应，并且同时能够使得风电场有功损耗最小，从而提高经济效益。
图4是本发明另一实施例中由风电场无功补偿装置至风电机组进行无功置换的方法流程示意图。如图4所示，图3所示的由风电场无功补偿装置至风电机组进行无功置换的方法，在上述步骤S130中，根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组的方法，还可包括步骤：
S133：若所述无功置换容量值大于所述无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_up；
S134：若所述无功置换容量值小于所述无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_down。
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量。
在上述步骤S133中，若所述无功置换容量值大于所述无功向上可调量，即ΔQsw＞Qsw_up，则将每台风机无功设定值为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，动态无功补偿装置的无功设定值为QSVG_set＝QSVG-QWT_up，以此可以在无功置换容量值大于风电场无功补偿装置的无功向上可调量时，保证风电场无功补偿装置无功储备，并使风电场有功损耗最小。
在上述步骤S134中，若所述无功置换容量值小于所述无功向下可调量，即ΔQsw＜Qsw_down，则将每台风机无功设定值为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，动态无功补偿装置的无功设定值为QSVG_set＝QSVG-QWT_down，以此可以在无功置换容量值小于风电场无功补偿装置的无功向下可调量时，保证风电场无功补偿装置无功储备，并使风电场有功损耗最小。
上述各实施例中，根据各种不同的无功置换条件进行风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换，可以更好地兼顾风电场无功补偿装置的无功储备和减小风电场有功损耗。
图5是本发明另一实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法的流程示意图。如图5所示，图1所示的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，还可包括步骤：
S140：若所述电压偏差值大于所述风电场电压死区，根据风电场总目标无功将无功指令下发至所述风电场无功补偿装置和所述风电机组。
在上述步骤S140中，若所述电压偏差值大于所述风电场电压死区，风电场电压处于非稳态，急需下发无功，使风电场电压达到稳态。根据风电场总目标无功下发无功指令，能够尽可能保证大的风电场无功储备，以尽量保证风电场的安全运行。
一些实施例中，在调节周期到来时，可从风机监控系统可获取风电场的当前有功出力P、所有风电总的当前无功值QWT、风电总无功向上可调量QWT_up、风电总无功向下可调量QWT_down、风机个数为N；可从无功补偿装置获得动态无功补偿装置当前无功值为QSVG、动态无功补偿装置无功向上可调量QSVG_up、动态无功补偿装置无功向下可调量QSVG_down；可通过各种途径获取风电场目标电压为Vtarget、风电场当前电压为VPCC、风电场电压死区为Vd、风电场总目标无功为Qtarget。
图6是本发明一实施例中将无功指令下发至风电场无功补偿装置和风电机组的方法流程示意图。如图6所示，在上述步骤S140中，根据风电场总目标无功将无功指令下发至所述风电场无功补偿装置和所述风电机组的方法，可包括步骤：
S141：比较风电场所需调节的无功变化量与风电场中所有风电机组的无功向上可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量、风电场中所有风电机组的无功向下可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量、风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和、以及风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和；
S142：若风电场所需调节的无功变化量大于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；
S143：若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和且大于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；
S144：若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；
S145：若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量且大于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；
S146：若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量且大于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝QWT/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+ΔQ。
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QSVG_up表示风电场无功补偿装置的无功向上可调量，QSVG_down表示风电场无功补偿装置的无功向下可调量，ΔQ表示风电场所需调节的无功变化量。
若风电场电压偏差|Vref-Vpcc|(其中，Vref为风电场目标电压，Vpcc为风电场实时电压/风电场当前电压)大于电压死区Vd，则根据风电场总目标无功Qtarget将无功指令下发给无功补偿装置和风机。即|Vref-Vpcc|＞Vd时，风电场需调节的无功变化量为ΔQ＝Qtarget-QWT-QSVG。
在上述步骤S141中，可以将风电场所需调节的无功变化量与风电场中所有风电机组的无功向上可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量、风电场中所有风电机组的无功向下可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量、风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和、以及风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和六者中的一个或多个进行比较。
在上述步骤S142中，若风电场所需调节的无功变化量大于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和，即ΔQ＞QSVG_up+QWT_up，则将风电场中每台风机无功设定值为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，动态无功补偿装置的无功设定值为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up，需调节的无功变化量超过SVG和风电机组的可调上限时，SVG和风机按最大可调上限下发无功。
在上述步骤S143中，若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和且大于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量，即QSVG_up＜ΔQ＜QSVG_up+QWT_up，则将风电场中每台风机无功设定值为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_up)/N，动态无功补偿装置的无功设定值为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up，需调节的无功变化量超过SVG可调上限，但未超过风电机组的可调上限时，SVG下发无功为最大可调上限，剩余的无功需求下发给风电机组。
在上述步骤S144中，若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，即ΔQ＜QSVG_down+QWT_down，则将风电场中每台风机无功设定值为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，动态无功补偿装置的无功设定值为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down，需调节的无功变化量超过SVG和风电机组的可调下限时，SVG和风机按最大可调下限下发无功。
在上述步骤S145中，若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量且大于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，即QSVG_down+QWT_down＜ΔQ＜QSVG_down，则将风电场中每台风机无功设定值为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_down)/N，动态无功补偿装置的无功设定值为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down，需调节的无功变化量超过SVG可调下限，但未超过风电机组的可调下限时，SVG下发无功为最大可调下限，剩余的无功需求下发给风电机组。
在上述步骤S146中，若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量且大于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量，即QSVG_down＜ΔQ＜QSVG_up，则将风电场中每台风机无功设定值为QWT_set＝QWT/N，动态无功补偿装置的无功设定值为QSVG_set＝QSVG+ΔQ，需调节的无功变化量未超过SVG可调上下限，总无功调节量全部下发给SVG，风电机组无功保持原来输出。
本实施例中，风电机组和SVG无功分配的总原则是：风电场无功变化量优先分配给SVG，当SVG无功容量不足的情况下，再将多余的无功变化量分配给风电机组，以此，可以利用SVG响应快的特点，提高风电场内AVC(自动电压控制系统)系统的响应速度。
本发明实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，针对目前风电场内自动电压控制系统(AVC)中存在的不足，在风电场电压偏差小于电压死区的情况下，对风电机组和无功补偿装置的无功置换容量在最小风电场有功损耗情况下进行确定，通过风电机组和无功补偿装置的无功置换，可以保证风电场有功损耗最小的同时，使得无功补偿装置具备较大无功储备，以实现风电场的安全、稳定、经济运行。进一步，在风电场电压偏差大于电压死区的情况下，根据风电场目标总无功将下发的无功分配至风电场无功补偿装置和风电机组，可充分利用风电场内不同无功源的特点，例如风电场无功补偿装置响应快的特点，协调不同响应速度的无功源进行控制，风电场无功变化量优先分配给风电场无功补偿装置，从而提高AVC系统的响应速度。
基于与图1所示的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，如下面实施例所述。由于该风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置解决问题的原理与风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法相似，因此该风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置的实施可以参见风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法的实施，重复之处不再赘述。
图7是本发明实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置的结构示意图。如图7所示，本发明实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，可包括：风电场电压状态判断单元210、无功置换容量值确定单元220及风电场无功置换单元230，上述各单元顺序连接。
风电场电压状态判断单元210用于执行：比较风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值与风电场电压死区。
无功置换容量值确定单元220用于执行：若所述电压偏差值小于或等于所述风电场电压死区，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值。
风电场无功置换单元230用于执行：根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组。
在风电场电压状态判断单元210中，可以从风机监控系统获取风电场实时电压，再根据给定的风电场目标电压计算得到风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值。将计算得到的电压偏差值与风电场电压死区比较得到风电场电压的状态。针对不同的风电场电压状态可以采用不同的策略将无功下发指令分配至风电场无功补偿装置和风电机组。
若风电场电压偏差不大于电压死区，可通过构建考虑风电场有功损耗的无功分配模型，例如，风电场有功损耗最小化目标函数，并求解该模型得到在风电场有功损耗最小情况下风机和无功补偿装置的无功置换容量。
在无功置换容量值确定单元220和风电场无功置换单元230中，若所述电压偏差值小于或等于所述风电场电压死区，说明风电场电压尚处于稳态。此时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值，能够尽可能减小风电场有功损耗，根据该无功置换容量值进行无功置换，能够使得风电场无功补偿装置具备较大的无功储备。在风电场电压处于稳态的情况下进行无功置换不会影响风电场正常运转。
本发明实施例，通过在风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值小于或等于风电场电压死区的风电场稳态情况下，获取使得风电场有功损耗最小的无功置换容量值，并将该无功置换容量值由风电场无功补偿装置置换至风电机组，能够保证风电场有功损耗最小的同时，使得风电场无功补偿装置具备较大的无功储备。在有无功指令急需下发时，风电场无功补偿装置能够做出快速响应，以实现风电场的安全、稳定、经济运行。
图8是本发明一实施例中无功置换容量值确定单元的结构示意图。如图8所示，无功置换容量值确定单元220，可包括：有功损耗最小目标函数建立模块221和无功置换容量值求解模块222，二者相互连接。
有功损耗最小目标函数建立模块221用于执行：建立以风电场设备电气参数为状态变量且以无功置换容量为控制变量的风电场有功损耗最小化目标函数。
无功置换容量值求解模块222用于执行：求解所述风电场有功损耗最小化目标函数得到所述无功置换容量值。
在无功置换容量值求解模块222中，实时获取风电场设备电气参数，得到相应的风电场有功损耗最小化目标函数，可以得到实时的无功置换容量值，利用该无功置换容量值实时进行风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换，能够更好地减小风电场有功损耗并保证风电场无功补偿装置无功储备。
一些实施例中，有功损耗最小目标函数建立模块221用于执行：
所述风电场有功损耗最小化目标函数为：
minFp＝fi(u,x)；
所述风电场有功损耗最小化目标函数的约束条件为：
其中，Fp表示风电场的有功损耗值，fi(u,x)表示风电场的有功损耗函数，u表示风电场设备电气参数状态变量，x表示无功置换容量控制变量，pSVG(u,x)表示风电场无功补偿装置有功损耗，pT(u,x)表示风电场主变有功损耗，pTW(u,x)表示风电场风机箱变有功损耗，pl(u,x)表示风电场汇集线路有功损耗，umin表示风电场设备电气参数最小值，umax表示风电场设备电气参数最大值，xmin表示无功置换容量最小值，xmax表示无功置换容量最大值。
风电场的有功损耗值Fp和风电场的有功损耗函数fi(u,x)为风电场总的有功损耗，可包括风电场无功补偿装置有功损耗pSVG(u,x)、风电场主变有功损耗pT(u,x)、风电场风机箱变有功损耗pTW(u,x)及风电场汇集线路有功损耗pl(u,x)等。风电场总的有功损耗包括了风电场大部分主要的有功损耗，考虑全面，得到的无功置换容量值将更准确。风电场设备电气参数可以包括风电场当前的有功出力、无功出力、主变等设备的电气参数等，不同的风电场设备电气参数可以具有不同的最大值和最小值作为约束条件。
在其他实施例中，在上述风电场有功损耗最小化目标函数的约束条件中，可以对无功置换容量控制变量x的上下限进行约束，例如上限xmax可为QSVG_up，下限xmin可为QSVG_down，即xmin≤x≤xmax可为QSVG_down≤x≤QSVG_up。此时，求解得到的无功置换容量值ΔQsw一般在上限QSVG_up和下限QSVG_down之间。
图9是本发明一实施例中风电场无功置换单元的结构示意图。如图9所示，风电场无功置换单元230，可包括：无功置换判断模块231和第一无功置换模块232，二者相互连接。
无功置换判断模块231用于执行：比较所述无功置换容量值与风电场中所有风电机组的无功向上可调量及无功向下可调量。
第一无功置换模块232用于执行：若所述无功置换容量值在所述无功向上可调量和所述无功向下可调量之间，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQsw)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-ΔQsw。
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，ΔQsw表示所述无功置换容量值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值。
在第一无功置换模块232中，所述无功置换容量值在所述无功向上可调量和所述无功向下可调量之间，即Qsw_down≤ΔQsw≤Qsw_up，每台风机无功设定值可为QWT_set＝(QWT+ΔQsw)/N，动态无功补偿装置的无功设定值可为QSVG_set＝QSVG-ΔQsw。
本实施例中，该无功置换容量值是在风电场有功损耗最小的情况下得到，根据求得的无功置换容量值进行风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换，不仅能够保证风电场无功补偿装置具有更多无功储备，以在有无功急需下发的情况下利用其自身特点做出快速响应，并且同时能够使得风电场有功损耗最小，从而提高经济效益。
图10是本发明另一实施例中风电场无功置换单元的结构示意图。如图10所示，图9所示的风电场无功置换单元230，还可包括：第二无功置换模块233和第三无功置换模块234，二者分别与无功置换判断模块231连接。
第二无功置换模块233用于执行：若所述无功置换容量值大于所述无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_up。
第三无功置换模块234用于执行：若所述无功置换容量值小于所述无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_down。
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量。
在第二无功置换模块233中，若所述无功置换容量值大于所述无功向上可调量，即ΔQsw＞Qsw_up，则将每台风机无功设定值为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，动态无功补偿装置的无功设定值为QSVG_set＝QSVG-QWT_up，以此可以在无功置换容量值大于风电场无功补偿装置的无功向上可调量时，保证风电场无功补偿装置无功储备，并使风电场有功损耗最小。
在第三无功置换模块234中，若所述无功置换容量值小于所述无功向下可调量，即ΔQsw＜Qsw_down，则将每台风机无功设定值为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，动态无功补偿装置的无功设定值为QSVG_set＝QSVG-QWT_down，以此可以在无功置换容量值小于风电场无功补偿装置的无功向下可调量时，保证风电场无功补偿装置无功储备，并使风电场有功损耗最小。
上述各实施例中，根据各种不同的无功置换条件进行风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换，可以更好地兼顾风电场无功补偿装置的无功储备和减小风电场有功损耗。
图11是本发明另一实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置的结构示意图。如图11所示，图7所示的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，还可包括：无功指令下发单元240，该单元与风电场电压状态判断单元210连接。
无功指令下发单元240用于执行：若所述电压偏差值大于所述风电场电压死区，根据风电场总目标无功将无功指令下发至所述风电场无功补偿装置和所述风电机组。
在无功指令下发单元240中，若所述电压偏差值大于所述风电场电压死区，风电场电压处于非稳态，急需下发无功，使风电场电压达到稳态。根据风电场总目标无功下发无功指令，能够尽可能保证大的风电场无功储备，以尽量保证风电场的安全运行。
图12是本发明一实施例中无功指令下发单元的结构示意图。如图12所示，无功指令下发单元240，可包括：无功指令下发策略判断模块241、第一无功指令下发模块242、第二无功指令下发模块243、第三无功指令下发模块244、第四无功指令下发模块245及第五无功指令下发模块246，第二无功指令下发模块243、第三无功指令下发模块244、第四无功指令下发模块245及第五无功指令下发模块246分别与无功指令下发策略判断模块241连接。
无功指令下发策略判断模块241用于执行：比较风电场所需调节的无功变化量与风电场中所有风电机组的无功向上可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量、风电场中所有风电机组的无功向下可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量、风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和、以及风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和。
第一无功指令下发模块242用于执行：若风电场所需调节的无功变化量大于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up。
第二无功指令下发模块243用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和且大于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up。
第三无功指令下发模块244用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down。
第四无功指令下发模块245用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量且大于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down。
第五无功指令下发模块246用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量且大于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝QWT/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+ΔQ。
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QSVG_up表示风电场无功补偿装置的无功向上可调量，QSVG_down表示风电场无功补偿装置的无功向下可调量，ΔQ表示风电场所需调节的无功变化量。
在无功指令下发策略判断模块241中，可以将风电场所需调节的无功变化量与风电场中所有风电机组的无功向上可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量、风电场中所有风电机组的无功向下可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量、风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和、以及风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和六者中的一个或多个进行比较。
本实施例中，风电机组和SVG无功分配的总原则是：风电场无功变化量优先分配给SVG，当SVG无功容量不足的情况下，再将多余的无功变化量分配给风电机组，以此，可以利用SVG响应快的特点，提高风电场内AVC(自动电压控制系统)系统的响应速度。
本发明实施例的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，针对目前风电场内自动电压控制系统(AVC)中存在的不足，在风电场电压偏差小于电压死区的情况下，对风电机组和无功补偿装置的无功置换容量在最小风电场有功损耗情况下进行确定，通过风电机组和无功补偿装置的无功置换，可以保证风电场有功损耗最小的同时，使得无功补偿装置具备较大无功储备，以实现风电场的安全、稳定、经济运行。进一步，在风电场电压偏差大于电压死区的情况下，根据风电场目标总无功将下发的无功分配至风电场无功补偿装置和风电机组，可充分利用风电场内不同无功源的特点，例如风电场无功补偿装置响应快的特点，协调不同响应速度的无功源进行控制，风电场无功变化量优先分配给风电场无功补偿装置，从而提高AVC系统的响应速度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，其特征在于，包括：
比较风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值与风电场电压死区；
若所述电压偏差值大于所述风电场电压死区，根据风电场总目标无功将无功指令下发至所述风电场无功补偿装置和所述风电机组，优先分配给无功补偿装置，当无功补偿装置无功容量不足的情况下，再将多余的无功变化量分配给风电机组；
若所述电压偏差值小于或等于所述风电场电压死区，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值；
根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组。
2.如权利要求1所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，其特征在于，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值，包括：
建立以风电场设备电气参数为状态变量且以无功置换容量为控制变量的风电场有功损耗最小化目标函数；
求解所述风电场有功损耗最小化目标函数得到所述无功置换容量值。
3.如权利要求2所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，其特征在于，所述风电场有功损耗最小化目标函数为：
minFp＝fi(u,x)；
所述风电场有功损耗最小化目标函数的约束条件为：
其中，Fp表示风电场的有功损耗值，fi(u,x)表示风电场的有功损耗函数，u表示风电场设备电气参数状态变量，x表示无功置换容量控制变量，pSVG(u,x)表示风电场无功补偿装置有功损耗，pT(u,x)表示风电场主变有功损耗，pTW(u,x)表示风电场风机箱变有功损耗，pl(u,x)表示风电场汇集线路有功损耗，umin表示风电场设备电气参数最小值，umax表示风电场设备电气参数最大值，xmin表示无功置换容量最小值，xmax表示无功置换容量最大值。
4.如权利要求1所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，其特征在于，根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组，包括：
比较所述无功置换容量值与风电场中所有风电机组的无功向上可调量及无功向下可调量；
若所述无功置换容量值在所述无功向上可调量和所述无功向下可调量之间，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQsw)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-ΔQsw；
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，ΔQsw表示所述无功置换容量值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值。
5.如权利要求4所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，其特征在于，根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组，还包括：
若所述无功置换容量值大于所述无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_up；
若所述无功置换容量值小于所述无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_down；
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量。
6.如权利要求1所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换方法，其特征在于，根据风电场总目标无功将无功指令下发至所述风电场无功补偿装置和所述风电机组，包括：
比较风电场所需调节的无功变化量与风电场中所有风电机组的无功向上可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量、风电场中所有风电机组的无功向下可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量、风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和、以及风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和；
若风电场所需调节的无功变化量大于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；
若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和且大于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；
若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；
若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量且大于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；
若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量且大于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝QWT/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+ΔQ；
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QSVG_up表示风电场无功补偿装置的无功向上可调量，QSVG_down表示风电场无功补偿装置的无功向下可调量，ΔQ表示风电场所需调节的无功变化量。
7.一种风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，其特征在于，包括：
风电场电压状态判断单元，用于执行：比较风电场实时电压偏离风电场目标电压的电压偏差值与风电场电压死区；
无功指令下发单元，用于执行：若所述电压偏差值大于所述风电场电压死区，根据风电场总目标无功将无功指令下发至所述风电场无功补偿装置和所述风电机组，优先分配给无功补偿装置，当无功补偿装置无功容量不足的情况下，再将多余的无功变化量分配给风电机组；
无功置换容量值确定单元，用于执行：若所述电压偏差值小于或等于所述风电场电压死区，实时获取在风电场有功损耗最小情况下可由风电场无功补偿装置置换至风电机组的无功置换容量值；
风电场无功置换单元，用于执行：根据所述无功置换容量值将所述风电场无功补偿装置的无功出力置换至所述风电机组。
8.如权利要求7所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，其特征在于，所述无功置换容量值确定单元，包括：
有功损耗最小目标函数建立模块，用于执行：建立以风电场设备电气参数为状态变量且以无功置换容量为控制变量的风电场有功损耗最小化目标函数；
无功置换容量值求解模块，用于执行：求解所述风电场有功损耗最小化目标函数得到所述无功置换容量值。
9.如权利要求8所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，其特征在于，所述有功损耗最小目标函数建立模块用于执行：
所述风电场有功损耗最小化目标函数为：
minFp＝fi(u,x)；
所述风电场有功损耗最小化目标函数的约束条件为：
其中，Fp表示风电场的有功损耗值，fi(u,x)表示风电场的有功损耗函数，u表示风电场设备电气参数状态变量，x表示无功置换容量控制变量，pSVG(u,x)表示风电场无功补偿装置有功损耗，pT(u,x)表示风电场主变有功损耗，pTW(u,x)表示风电场风机箱变有功损耗，pl(u,x)表示风电场汇集线路有功损耗，umin表示风电场设备电气参数最小值，umax表示风电场设备电气参数最大值，xmin表示无功置换容量最小值，xmax表示无功置换容量最大值。
10.如权利要求7所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，其特征在于，所述风电场无功置换单元，包括：
无功置换判断模块，用于执行：比较所述无功置换容量值与风电场中所有风电机组的无功向上可调量及无功向下可调量；
第一无功置换模块，用于执行：若所述无功置换容量值在所述无功向上可调量和所述无功向下可调量之间，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQsw)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-ΔQsw；
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，ΔQsw表示所述无功置换容量值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值。
11.如权利要求10所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，其特征在于，所述风电场无功置换单元，还包括：
第二无功置换模块，用于执行：若所述无功置换容量值大于所述无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_up；
第三无功置换模块，用于执行：若所述无功置换容量值小于所述无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG-QWT_down；
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量。
12.如权利要求7所述的风电场无功补偿装置和风电机组的无功置换装置，其特征在于，所述无功指令下发单元，包括：
无功指令下发策略判断模块，用于执行：比较风电场所需调节的无功变化量与风电场中所有风电机组的无功向上可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量、风电场中所有风电机组的无功向下可调量、所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量、风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和、以及风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和；
第一无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量大于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；
第二无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向上可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量之和且大于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_up)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_up；
第三无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+QWT_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；
第四无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量且大于风电场中所有风电机组的无功向下可调量和所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量之和，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝(QWT+ΔQ-QSVG_down)/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+QSVG_down；
第五无功指令下发模块，用于执行：若风电场所需调节的无功变化量小于所述风电场无功补偿装置的无功向上可调量且大于所述风电场无功补偿装置的无功向下可调量，则将风电场中每台风电机组的无功值设定为QWT_set＝QWT/N，将所述风电场无功补偿装置的无功值设定为QSVG_set＝QSVG+ΔQ；
其中，QWT_set表示风电机组的无功设定值，QWT表示风电场中所有风电机组的当前无功值，QWT_up表示风电场中所有风电机组的无功向上可调量，QWT_down表示风电场中所有风电机组的无功向下可调量，N表示风电场中风电机组的台数，QSVG_set表示风电场无功补偿装置的无功设定值，QSVG表示风电场无功补偿装置的当前无功值，QSVG_up表示风电场无功补偿装置的无功向上可调量，QSVG_down表示风电场无功补偿装置的无功向下可调量，ΔQ表示风电场所需调节的无功变化量。
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