CN107666156B - 一种风电机组有功无功协调控制方法及系统 - Google Patents

一种风电机组有功无功协调控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种风电机组有功无功协调控制方法及系统，包括：判断风电机组送出线路阻抗角是否超过阻抗角预设范围；若不超过阻抗角预设范围，则将风电机组设定为单位功率因数运行；否则，监测风电机组的有功功率和并网点电压，并计算并网点电压超出预设范围时风电机组所需的无功功率；若风电机组所需的无功功率不超过风电机组无功功率输出极限，则风电机组输出所需的无功功率；否则对于所述无功功率大于0的风电机组，输出无功功率最大值，对于所述无功功率小于0的风电机组，则根据并网点预设电压值和风电机组充分发挥无功调节能力后的并网点电压计算风电机组有功功率。本发明的技术方案提高了风电机组的运行效率、并网适应性和电网支撑能力。

Description

一种风电机组有功无功协调控制方法及系统
技术领域
本发明涉及风电机组参与电网电压控制方法，具体涉及一种风电机组有功无功协调控制方法及系统。
背景技术
为了加快风电发展，促进风电消纳水平，我国风电形成集中开发和分散发展并举的格局。风电发展“十三五”规划中提出，要按照“就近接入、本地消纳”的原则，发挥风能资源分布广泛和应用灵活的特点，结合电网布局和农村电网改造升级，考虑资源、土地、交通运输以及施工安装等建设条件，因地制宜推动接入低压配电网的分散式风电开发建设。
按照分散式接入风电项目的定义，其具备以下特点，一是位于用电负荷中心附近，二是电力就近接入电网，当地消纳，三是所接入电压等级较低，四是位置较分散，不新建输变电设施。分散式风电项目不仅可以解决风电消纳问题，而且可以充分利用现有设备和输配电线路，提高电网设备的利用率，同时合理的分散式风电项目可以给当地配电网提供一定的电源支撑，且可以降低电网损耗。但是配电网线路阻抗比R/X较大，线路阻性较明显，另外我国配电网以辐射网络为主，电网电压问题比较突出，而分散式风电一般接入配电网末端，且不新建变电站，传统安装补偿设备进行电压调节的方式已不再完全适用，因此需要综合考虑分散式风电及其接入配电网的特点、风电机组无功电压调节能力等因素，寻求一种新的风电机组参与电网电压调节的控制方法，以充分发挥风电机组的无功电压调节能力，解决分散式风电接入后引起的电网电压问题，提高分散式风电电网支撑能力。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种风电机组有功无功协调控制方法及系统。
本发明提供的技术方案是：一种风电机组有功无功协调控制方法，包括：
判断风电机组送出线路阻抗角是否在阻抗角预设范围内；
若在阻抗角预设范围内，则将风电机组设定为单位功率因数运行；否则，监测风电机组的有功功率和并网点电压，并计算并网点电压超出预设范围时的风电机组所需的无功功率；
若风电机组所需的无功功率不超过风电机组无功功率输出极限，则风电机组输出所需的无功功率；否则对于所述无功功率大于0的风电机组，直接输出无功功率输出极限最大值，对于所述无功功率小于0的风电机组，则根据并网点预设电压值和风电机组达到无功功率输出极限最小值后的并网点电压计算风电机组有功功率。
优选的，所述监测风电机组的有功功率和并网点电压，并计算并网点电压超出预设范围时的风电机组所需的无功功率，包括：
监测风电机组的有功功率和并网点电压；
判断风电机组的并网点电压是否在并网点电压预设范围内；
若在并网点电压预设范围内，则持续监测该风电机组的有功功率和并网点电压；否则，计算并网点电压超出预设范围时的风电机组所需的无功功率
优选的，所述风电机组所需的无功功率按下式计算：
Figure GDA0002936446550000021
式中，U设定(t)：并网点电压预设值；U1(t)：并网点电压；P(t)：风电机组有功功率；x：电抗；r：电阻。
优选的，所述风电机组无功功率输出极限包括：
风电机组的无功功率输出极限最大值Qmax按下式计算：
Qmax＝Qsmax+Qgmax
风电机组的无功功率输出极限最小值Qmin按下式计算：
Qmin＝Qsmin+Qgmin
式中，Qsmax：定子侧无功功率的最大值；Qsmin：定子侧无功功率的最小值；Qgmax：网侧换流器无功功率的最大值；Qgmin：网侧换流器无功功率的最小值。
优选的，所述风电机组有功功率按下式计算：
Figure GDA0002936446550000031
式中，U设定(t)：并网点电压预设值；U2(t)：并网点电压；Qmin：风电机组向电网输出的无功功率最小值(即风电机组的无功功率输出极限最小值)；x：电抗；r：电阻。
优选的，所述并网点电压预设值U设定(t)为：1.07pu。
优选的，所述若风电机组所需的无功功率不超过风电机组无功功率输出极限，则风电机组输出所需的无功功率，包括：
若风电机组所需的无功功率不超过风电机组定子侧换流器无功功率输出极限，则风电机组定子侧换流器输出所需的无功功率，网侧换流器以单位功率因数运行；否则根据风电机组所需的无功功率是否大于零，确定定子侧和网侧换流器输出的无功功率。
优选的，所述根据风电机组所需的无功功率是否大于零，确定定子侧和网侧换流器输出的无功功率，包括：
当风电机组所需的无功功率大于0时，则定子侧换流器输出定子侧无功功率上限值；然后判断风电机组所需的无功功率与定子侧无功功率上限值的差值是否大于网侧无功功率上限值，若大于，则网侧换流器输出网侧无功功率上限值，否则网侧换流器输出风电机组所需的无功功率与定子侧无功功率上限值的差值；
当所需的无功功率小于0时，则定子侧换流器输出定子侧无功功率下限值；然后判断所需的无功功率与定子侧无功功率下限值之差是否大于网侧无功功率下限值，若大于网侧无功功率下限值，则网侧换流器输出所需的无功功率与定子侧无功功率下限值的差值，否则，网侧换流器输出网侧换流器无功功率的下限值。
优选的，所述阻抗角预设范围包括：60°～70°。
一种风电机组有功无功协调控制系统，包括：
第一判断模块，用于判断风电机组送出线路阻抗角是否在阻抗角预设范围内；
第一执行模块，用于当风电机组送出线路阻抗角在阻抗角预设范围内时，若不超过阻抗角预设范围，则将风电机组设定为单位功率因数运行；否则，监测风电机组的有功功率和并网点电压，并计算并网点电压超出预设范围时的风电机组所需的无功功率；
第二执行模块，用于当风电机组所需的无功功率不超过风电机组无功功率输出极限，则风电机组输出所需的无功功率；否则对于所述无功功率大于0的风电机组，直接输出无功功率输出极限最大值，对于所述无功功率小于0的风电机组，则根据并网点预设电压值和风电机组达到无功功率输出极限最小值后的并网点电压计算风电机组有功功率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的技术方案，根据分散式接入风电项目中各风电机组接入采用的线路参数计算送出线路阻抗角，若阻抗角在一定范围之内时，风电机组以单位功率因数运行，以达到提高风电机组的运行效率的效果；
本发明提供的技术方案，首先利用分散式风电机组的无功电压控制能力，并根据合理的电压设定值对风电机组进行有功功率控制，从而达到在不增加补偿设备的情况下仅依靠风电机组进行电压调节的目的；
本发明提出了一种风电机组有功无功协调控制方法，适用于分散式接入风电项目，该方法首先根据分散式风电各风电机组送出线路的参数确定其是否参与电压调节，在一定程度上提高了风电机组的运行效率，并通过监测并网点电压及风电机组的有功出力，在充分发挥风电机组无功控制能力的基础上，对风电机组进行有功无功的协调控制，从而达到在不增加补偿设备的情况下仅依靠风电机组进行电压调节的目的；
本发明提供的技术方案，还可以提高分散式风电的并网适应性和电网支撑能力，具有很好的工程实际应用意义，可进行大范围推广。
附图说明
图1为本发明的风电机组有功无功协调控制方法流程图；
图2为本发明的双馈风电机组无功控制流程图；
图3为本发明的具体分散式接入风电项目的系统连接示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
本发明公开的一种风电机组有功无功协调控制方法，包括：
判断风电机组送出线路阻抗角是否超过阻抗角预设范围；
若不超过阻抗角预设范围，则将风电机组设定为单位功率因数运行；否则，监测风电机组的有功功率和并网点电压，并计算并网点电压超出预设范围时的风电机组所需的无功功率；其中计算风电机组所需的无功功率是为了补偿监测风电机组的并网点电压。
若风电机组所需的无功功率不超过风电机组无功功率输出极限，则风电机组输出所需的无功功率；否则对于所述无功功率大于0的风电机组，输出无功功率最大值，对于所述无功功率小于0的风电机组，则根据并网点预设电压值和风电机组的并网点电压计算风电机组有功功率。
具体实施例一：
如图1所示，目前分散式风电以双馈风电机组和直驱风电机组为主，为充分发挥风电机组的无功控制能力，首先判断风电机组送出线路阻抗角是否超过阻抗角预设范围；若不超过阻抗角预设范围，则将风电机组设定为单位功率因数运行；否则，监测风电机组的有功功率和并网点电压，判断风电机组的并网点电压与并网点电压预设范围的大小；
对于并网点电压在并网点电压预设范围内的风电机组，则持续监测该风电机组的有功功率和并网点电压，否则，计算并网点电压达到预设值时的风电机组所需的无功功率。
若风电机组所需的无功功率不超过风电机组无功功率输出极限，则风电机组输出所需的无功功率；本发明以双馈风电机组为例，提出了无功控制策略，如图2所示：
(1)首先推导出双馈风电机组的无功输出极限，其中定子侧无功功率范围为Qsmin≤Qs≤Qsmax，网侧换流器无功功率范围为Qgmin≤Qg≤Qgmax，综合考虑定子侧和网侧变换器无功能力，双馈风电机组的无功功率极限为Qmax＝Qsmax+Qgmax，Qmin＝Qsmin+Qgmin。
(2)根据风电机组并网点电压实际值及设定值计算无功需求QG，判断QG是否大于定子侧无功输出极限Qs，若QG在定子侧无功输出上限内，则定子侧输出QG的无功功率，网侧变流器以单位功率因数运行。
若QG>Qs，则判断QG是否大于零，若QG＞0，则定子侧输出Qsmax的无功功率，然后判断QG-Qsmax是否大于网侧无功上限Qgmax，若QG-Qsmax＞Qgmax，则网侧换流器输出Qgmax的无功功率，反之则输出QG-Qsmax的无功功率；若QG＜0，则定子侧输出Qsmin的无功功率，然后判断QG-Qsmin是否大于网侧无功下限Qgmin，若QG-Qsmin＞Qgmin，则网侧换流器输出QG-Qsmin的无功功率，反之则输出Qgmin的无功功率。
具体实施例二：
根据某一具体分散式接入风电项目对该方法的实施方案进行说明，如图3所示。图中所示分散式风电共有4个接入点，全部通过10kV线路接入邻近110kV变电站低压侧，红色直线为其送出线路。其中#1风电容量6MW，通过3km的LGJ-185型号的线路接入110kV#1变，#2风电容量4MW，通过6km的LGJ-120型号的线路接入110kV#2变，#3风电容量4MW，通过6.5km的LGJ-120型号的线路接入110kV#3变，#4风电容量4MW，通过7km的LGJ-120型号的线路接入110kV#4变。各风电机组根据并网点电压及其有功出力针对电压设定值进行有功无功协调控制。
(1)各风电机组根据送出线路参数判断是否进行电压控制，根据计算，#1风电的送出线路阻抗角在60°～70°范围内，#2～#4风电的送出线的阻抗角在60°～70°范围外，设定#1风电的风电机组为单位功率因数运行，其他风电机组参与电压调节。
(2)监测#2～#4风电并网点电压U2、U3、U4及风电机组的有功出力P2、P3、P4，判断U2、U3、U4是否在0.93～1.07范围内，若都在该范围内，则所有风电机组保持正常运行，并持续监测风电机组的并网点电压及有功出力。
(3)若并网点电压U2、U3、U4全部或部分超出0.93～1.07pu范围，对于超出电压允许范围内的风电机组根据电网实际运行状态对其进行无功控制，当U2、U3、U4超出上限，为了最大化风电机组的运行效率，电压控制值为U设定＝1.07pu，当U2、U3、U4越过下限，则电压设定值根据电网运行情况分别设为U2-设定＝U4-设定＝1.0pu、U3-设定＝1.02pu，根据计算公式
Figure GDA0002936446550000071
得出各风电机组所需提供的无功功率Q，判断Q是否在风电机组无功输出极限内，若在该范围内，则风电机组输出无功Q。
(4)若Q超出风电机组无功输出极限，首先判断Q是否大于0，若Q＞0，表明风电机组并网点电压低于设定值，此时风电机组应向电网输出无功Qmax，若Q＜0，表明风电机组并网点电压高于设定值1.07pu，此时风电机组应吸收无功，无功值为|Qmin|，并网点电压有所降低，但并没有达到1.07pu，监测此时的并网点电压U2′、U3′、U4′，根据计算公式
Figure GDA0002936446550000072
计算各风电机组有功功率。
一种风电机组有功无功协调控制系统，包括：
第一判断模块，用于判断风电机组送出线路阻抗角是否在阻抗角预设范围内；
第一计算模块，用于计算并网点电压超过并网点电压预设范围的风电机组所需的无功功率；
第二判断模块，用于判断所需的无功功率是否超过风电机组无功功率输出极限；以及当所需的无功功率超过风电机组无功功率输出极限时，判断所述无功功率是否大于0；
第二计算模块，用于根据并网点预设电压值和监测风电机组的并网点电压计算风电机组有功功率。
第二判断模块还包括比较子模块，用于比较风电机组的并网点电压与并网点电压预设范围的大小；
第二计算模块包括风电机组定子侧和网侧换流器无功功率计算单元；
风电机组定子侧和网侧换流器无功功率计算单元：用于根据风电机组所需的无功功率是否超过风电机组定子侧换流器无功功率输出极限以及是否大于零确定定子侧和网侧换流器输出的无功功率。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，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，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种风电机组有功无功协调控制方法，其特征在于，包括：
判断风电机组送出线路阻抗角是否在阻抗角预设范围内；
若在阻抗角预设范围内，则将风电机组设定为单位功率因数运行；否则，监测风电机组的有功功率和并网点电压，并计算并网点电压超出预设范围时的风电机组所需的无功功率；
若风电机组所需的无功功率不超过风电机组无功功率输出极限，则风电机组输出所需的无功功率；否则对于所述无功功率大于0的风电机组，直接输出无功功率输出极限最大值，对于所述无功功率小于0的风电机组，则根据并网点预设电压值和风电机组达到无功功率输出极限最小值后的并网点电压计算风电机组有功功率；
若风电机组所需的无功功率不超过风电机组定子侧换流器无功功率输出极限，则风电机组定子侧换流器输出所需的无功功率，网侧换流器以单位功率因数运行；否则根据风电机组所需的无功功率是否大于零，确定定子侧和网侧换流器输出的无功功率；
当风电机组所需的无功功率大于0时，则定子侧换流器输出定子侧无功功率上限值；然后判断风电机组所需的无功功率与定子侧无功功率上限值的差值是否大于网侧无功功率上限值，若大于，则网侧换流器输出网侧无功功率上限值，否则网侧换流器输出风电机组所需的无功功率与定子侧无功功率上限值的差值；
当所需的无功功率小于0时，则定子侧换流器输出定子侧无功功率下限值；然后判断所需的无功功率与定子侧无功功率下限值之差是否大于网侧无功功率下限值，若大于网侧无功功率下限值，则网侧换流器输出所需的无功功率与定子侧无功功率下限值的差值，否则，网侧换流器输出网侧换流器无功功率的下限值；所述阻抗角预设范围包括：60°～70°。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述监测风电机组的有功功率和并网点电压，并计算并网点电压超出预设范围时的风电机组所需的无功功率，包括：
监测风电机组的有功功率和并网点电压；
判断风电机组的并网点电压是否在并网点电压预设范围内；
若在并网点电压预设范围内，则持续监测该风电机组的有功功率和并网点电压；否则，计算并网点电压超出预设范围时的风电机组所需的无功功率。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述风电机组所需的无功功率按下式计算：
Figure FDA0002936446540000021
式中，U设定(t)：并网点电压预设值；U1(t)：并网点电压；P(t)：风电机组有功功率；x：电抗；r：电阻。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风电机组无功功率输出极限包括：
风电机组的无功功率输出极限的最大值Qmax按下式计算：
Qmax＝Qsmax+Qgmax
风电机组的无功功率输出极限的最小值Qmin按下式计算：
Qmin＝Qsmin+Qgmin
式中，Qsmax：定子侧无功功率的最大值；Qsmin：定子侧无功功率的最小值；Qgmax：网侧变流器无功功率的最大值；Qgmin：网侧变流器无功功率的最小值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风电机组有功功率按下式计算：
Figure FDA0002936446540000022
式中，P设定(t)：风电机组有功功率；U设定(t)：并网点电压预设值；U2(t)：并网点电压；Qmin：风电机组向电网输出的无功功率最小值；x：电抗；r：电阻。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述并网点电压预设值U设定(t)为：1.07pu。
7.一种风电机组有功无功协调控制系统，其特征在于，包括：
第一判断模块，用于判断风电机组送出线路阻抗角是否在阻抗角预设范围内；
第一执行模块，用于当风电机组送出线路阻抗角在阻抗角预设范围内时，若不超过阻抗角预设范围，则将风电机组设定为单位功率因数运行；否则，监测风电机组的有功功率和并网点电压，并计算并网点电压超出预设范围时的风电机组所需的无功功率；
第二执行模块，用于当风电机组所需的无功功率不超过风电机组无功功率输出极限，则风电机组输出所需的无功功率；否则对于所述无功功率大于0的风电机组，直接输出无功功率输出极限最大值，对于所述无功功率小于0的风电机组，则根据并网点预设电压值和风电机组达到无功功率输出极限最小值后的并网点电压计算风电机组有功功率；
所述第二执行模块，具体用于若风电机组所需的无功功率不超过风电机组定子侧换流器无功功率输出极限，则风电机组定子侧换流器输出所需的无功功率，网侧换流器以单位功率因数运行；否则根据风电机组所需的无功功率是否大于零，确定定子侧和网侧换流器输出的无功功率；
当风电机组所需的无功功率大于0时，则定子侧换流器输出定子侧无功功率上限值；然后判断风电机组所需的无功功率与定子侧无功功率上限值的差值是否大于网侧无功功率上限值，若大于，则网侧换流器输出网侧无功功率上限值，否则网侧换流器输出风电机组所需的无功功率与定子侧无功功率上限值的差值；
当所需的无功功率小于0时，则定子侧换流器输出定子侧无功功率下限值；然后判断所需的无功功率与定子侧无功功率下限值之差是否大于网侧无功功率下限值，若大于网侧无功功率下限值，则网侧换流器输出所需的无功功率与定子侧无功功率下限值的差值，否则，网侧换流器输出网侧换流器无功功率的下限值；
所述阻抗角预设范围包括：60°～70°。
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