CN107785930B - 一种风电场风机无功和电压协同控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种风电场风机无功和电压协同控制方法，风场控制器计算出风机无功功率的参考值,经过无功分配逻辑单元再经过无功限幅器限幅,发给风场中的每台风机，其中,无功限幅器的最大和最小值是用风机的静态最大和静态最小无功值来确定的；限幅后的无功功率参考值达到每台风机，到达每台风机的无功功率参考值通过增益转化为电压的变化量，电压的变化量来调节风机的本地电压控制的参考值，调节后的本地电压控制的参考值经过电压限幅后,跟风机的实测电压值比较,它们的差值送入风机电压控制器。在这种控制方式下,虽然风电场给出的是无功指令，但是在风机端实现的是电压控制。能实时控制风机工作在限定电压范围内。

Description

一种风电场风机无功和电压协同控制方法
技术领域
本发明涉及一种风电场控制方法，特别涉及一种风电场风机无功和电压协同控制方法。
背景技术
风场的无功控制是通过双环控制实现的。其中内环是通过风机的无功控制器来实现的，外环是通过风场的无功控制器来实现的。
如图1所示目前风场的无功控制图，Xpcc_ref是并网点的电压参考值/无功参考值/功率因素参考值，Xpcc是并网点电压的实测值无功实测值/功率因素实测值，它们的差值输入到风场电压控制器regulatorC1(s)中，风场控制器计算出风机无功功率/电压/功率因素的参考值Yturb_Ref，然后发给风场中的每台风机，在发送过程中，无功功率/电压/功率因素的参考值从风场控制器发出到每台风机收到中间有一个通讯时间的延迟，当风机收到风机出口端的无功功率的参考值Yturb_Ref时，跟风机的实测无功值比较，差值送入风机无功控制器regulatorC2(s)，无功控制输出无功电流参考值至无功电流控制器(不在图1中)，从而来保证风机在出口处的无功功率达到其参考值。图1中wind turbine model和wind power plant model是用来表征风机和风电场的.它们是用来产生风机实际的无功功率和风场并网点实际的电压。
图1中的风场电压控制器也可以用无功控制器和功率因素控制器来代替。这样的话，控制器的输入信号会产生变化，但输出信号不变。对于风场无功功率控制器，输入信号是并网点无功功率参考值和无功功率测量值.对于风场功率因素控制器，输入信号是并网点功率因素参考值和功率因素的计算值。
在当前的控制策略中，风场控制器根据PCC点的电压跟电压参考值的差异计算出风机需要发出的无功值。这个无功值会进一步限制在风机的无功能力范围内，如±0.329倍的额定有功(等效于±0.95的功率因素)。风机控制器控制风机发出此无功值。由于无功值引起风机电压的升高跟电网的特性有关，所以这种控制策略有可能导致风机运行在允许的电压范围之外，导致风机进入高电压穿越或低电压穿越事件。这种事故在广灵风场和ZhaoZhuang风场发生过。
在上述的方法等效于功率因素控制，在高电压情况下或容性无功情况下，功率因素控制方法有可能引起风机因高电压停机，这种现象在弱网和分布式电网中尤其显著。
发明内容
本发明是针对现在风场的无功控制可能导致风机进入高电压穿越或低电压穿越事件的问题，提出了一种风电场风机无功和电压协同控制方法，实时控制风机工作在限定电压范围内。
本发明的技术方案为：一种风电场风机无功和电压协同控制方法，风场的无功控制为双环控制，其中内环通过风机无功控制器来实现的，外环通过风场的无功控制器来实现的，其特征在于，风场控制器计算出风机无功功率的参考值，经过无功分配逻辑单元再经过无功限幅器限幅，发给风场中的每台风机，其中，无功限幅器的最大和最小值是用风机的静态最大和静态最小无功值来确定的；限幅后的无功功率参考值达到每台风机，到达每台风机的无功功率参考值通过增益转化为电压的变化量，电压的变化量来调节风机的本地电压控制的参考值，调节后的本地电压控制的参考值经过电压限幅后，跟风机的实测电压值比较，它们的差值送入风机电压控制器；无功控制输出无功电流参考值至无功电流控制器，从而来保证风机在出口处的无功功率达到其参考值。
所述调节后的本地电压控制的参考值由下式给出：
Figure BDA0001433301080000021
其中Vturb_Ref为本地电压控制器的电压整定值，无功的基准值QBase取风机的无功能力的最大值，Kd是下垂增益droop gain，风场控制器给定的风机无功参考值QRef的范围在±QBase之间。
所述风场控制器选用风场电压控制器，风场无功功率控制器和风场功率因素控制器中任意一种。
所述对于风场电压控制器：并网点的电压参考值Upcc_ref，与并网点电压的实测值Upcc，它们的差值作为风场电压控制器的输入；
对于风场无功功率控制器：并网点无功功率参考值Qpcc_ref和无功功率测量值Qpcc的差值作为风场无功功率控制器的输入；
对于风场功率因素控制器，并网点功率因素参考值PFRef和功率因素的计算值PF的差值作为风场功率因素控制器的输入。
本发明的有益效果在于：本发明风电场风机无功和电压协同控制方法，在这种控制方式下，虽然风电场给出的是无功指令，但是在风机端实现的是电压控制。能够避免因为无功功率控制不当，导致在并网是产生风机超压或过低压工作对风机的损害，能实时控制风机工作在限定电压范围内。
附图说明
图1为目前风场的无功控制图；
图2为本发明风电场风机无功和电压协同控制方法控制示意图。
具体实施方式
本发明风电场风机无功和电压协同控制方法控制分两部分：首先，风场控制器控器发出无功指令给每一台风机，风机控制器用无功指令来调节风机的本地电压控制的参考值，在风机端实现电压控制。这样，通过控制风机的无功潮流来实现风电场的无功/电压/功率因素控制。在这种控制方式下，虽然风电场给出的是无功指令，但是在风机端实现的是电压控制。这样的话就避免了风机工作在允许的电压范围之外，造成高穿或低穿事件。
如图2所示风电场风机无功和电压协同控制方法控制示意图，选用风场电压控制器，风场无功功率控制器和风场功率因素控制器中任意一种作为风场控制器FarmRegulatorC(s)。
对于风场电压控制器：并网点的电压参考值Upcc_ref，与并网点电压的实测值Upcc，它们的差值作为风场电压控制器的输入；
对于风场无功功率控制器：并网点无功功率参考值Qpcc_ref和无功功率测量值Qpcc的差值作为风场无功功率控制器的输入；
对于风场功率因素控制器，并网点功率因素参考值PFRef和功率因素的计算值PF的差值作为风场功率因素控制器的输入。
风场控制器计算出风机无功功率的参考值Qturb_Ref，经过无功分配逻辑单元再经过无功限幅器限幅，然后发给风场中的每台风机。其中，无功限幅器的最大和最小值是用风机的静态最大和静态最小无功值来确定的。
限幅后的无功功率参考值达到每台风机并被接收中间有一个通讯时间的延迟。
当风机收到风机出口端的无功功率的参考值Qturb_Ref时，然后通过一个增益gain转化为电压的变化量，这样风机控制器用无功指令来调节风机的本地电压控制的参考值。
这个参考值经过电压限幅后，跟风机的实测电压值比较，它们的差值是风机电压控制器的输入.无功控制输出无功电流考值至无功电流控制器(不在图2中)，从而来保证风机在出口处的无功功率达到其参考值。电压限幅可以由风机电压的允许运行范围来确定。
风机控制器里有一个本地的电压控制.本地电压控制器的电压整定值是Vturb_Ref。本地电压控制器的电压实际的参考值是由下式给出
Figure BDA0001433301080000041
其中QBase(无功的基准值)可以取风机的无功能力的最大值。Kd是下垂增益droopgain。假定Vturb_Ref＝1.0pu，Kd取0.08，QRef(风场控制器给定的风机无功参考值)的范围在±QBase之间，这样的话Vref_adj的取值就在0.92pu和1.08pu之间。本地电压控制器的电压实际的参考值再进一步限制在可允许的电压范围内。

Claims (4)

1.一种风电场风机无功和电压协同控制方法，风场的无功控制为双环控制，其中内环通过风机无功控制器来实现的，外环通过风场的无功控制器来实现的，其特征在于，风场控制器计算出风机无功功率的参考值，经过无功分配逻辑单元再经过无功限幅器限幅，发给风场中的每台风机，其中，无功限幅器的最大和最小值是用风机的静态最大和静态最小无功值来确定的；限幅后的无功功率参考值达到每台风机，到达每台风机的无功功率参考值通过增益转化为电压的变化量，电压的变化量来调节风机的本地电压控制的参考值，调节后的本地电压控制的参考值经过电压限幅后，跟风机的实测电压值比较，它们的差值送入风机电压控制器，以使风机控制器用无功指令来调节风机的本地电压控制的参考值，其中风电场给出无功指令，风机端实现电压控制，实时控制风机工作在限定电压范围内；无功控制输出无功电流参考值至无功电流控制器，从而来保证风机在出口处的无功功率达到其参考值。
2.根据权利要求1所述风电场风机无功和电压协同控制方法，其特征在于，所述调节后的本地电压控制的参考值由下式给出：
Figure FDA0003220435590000011
其中Vturb_Ref为本地电压控制器的电压整定值，无功的基准值QBase取风机的无功能力的最大值，Kd是下垂增益droop gain，风场控制器给定的风机无功参考值QRef的范围在±QBase之间。
3.根据权利要求1或2所述风电场风机无功和电压协同控制方法，其特征在于，所述风场控制器选用风场电压控制器，风场无功功率控制器和风场功率因素控制器中任意一种。
4.根据权利要求3所述风电场风机无功和电压协同控制方法，其特征在于，对于风场电压控制器：并网点的电压参考值Upcc_ref，与并网点电压的实测值Upcc，它们的差值作为风场电压控制器的输入；
对于风场无功功率控制器：并网点无功功率参考值Qpcc_ref和无功功率测量值Qpcc的差值作为风场无功功率控制器的输入；
对于风场功率因素控制器，并网点功率因素参考值PFRef和功率因素的计算值PF的差值作为风场功率因素控制器的输入。
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