CN108616140A - 用于风电场的控制方法、装置和风力发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于风电场的控制方法、装置和风力发电系统。该方法包括：检测风电场的并网点的电压和电流，并计算并网点的无功功率；接收电网调度信号，并基于电网调度信号计算风电场的理想无功功率；计算理想无功功率和无功功率的无功功率差值；监测风力发电机组的当前风速信息和风力发电机组的运行信息，获取风力发电机组的出力裕度；根据无功功率差值和出力裕度，为风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，并向风力发电机组发送用于指示风力发电机组产生所分配的无功功率的指令。本发明可以大幅度改善并网点的电压波动和频率变化，可以满足并网的稳定性要求。大幅度减少了无功补偿等设备的补偿工作，减少了能源损耗，减少了设备成本。
Description
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种用于风电场的控制方法、装置和风力发电系统。
背景技术
随着社会经济的发展，电力资源已经成为人们生活的必需品。由于风电具有清洁、可再生、不破坏地理环境等优点，受到了人们的广泛关注。在风力发电过程中，由于风速、风向的波动变化，导致了风电场或风力发电机并网点的电压波动。在未对其进行有效控制的情况下，风电并网时所产生的电压波动和频率变化，会对系统的稳定运行带来很大的负面影响。
现有的控制方法通常追求最大限度利用风能发电，而不考虑并网点的频率、电压等电网信息的变化或波动，该方法不利于系统稳定。另外，大多数风电场在主变压柜的低压侧配置了大量无功功率补偿装置，例如SVC(Static Var Compensator，静止无功补偿)或SVG(Static Var Generator，静止无功发生器)等。利用这些补偿装置可以提高风电场的电压、无功功率平衡控制效果，从而满足系统安全运行要求和电网标准规定。然而，大量无功功率补偿装置不仅增加设备成本，还会消耗很多能源，这与发电场的发电功能相违背。
发明内容
鉴于以上所述的一个或多个问题，本发明实施例提供了一种用于风电场的控制方法、装置和风力发电系统。
第一方面，提供了用于风电场的控制方法，该风电场设置有风力发电机组，该方法包括以下步骤：
检测风电场的并网点的电压和电流，并基于电压和电流计算无功功率；
接收电网调度信号，并基于电网调度信号计算风电场的理想无功功率；
计算理想无功功率和无功功率的无功功率差值；
监测风力发电机组的当前风速信息和风力发电机组的运行信息，获取风力发电机组的出力裕度；
根据无功功率差值和出力裕度，为风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，并向风力发电机组发送用于指示风力发电机组产生所分配的无功功率的指令。
第二方面，提供了一种用于风电场的控制装置，该风电场设置有风力发电机组，该装置包括：
电网检测模块，用于检测风电场的电压和电流；
通讯接口，用于接收电网调度信号；
第一电网策略模块，用于基于电压和电流计算无功功率；基于电网调度信号计算风电场的理想无功功率；计算理想无功功率和无功功率的无功功率差值；
第一风机控制模块，用于监测的风力发电机组的当前风速信息和风力发电机组的运行信息，获取风力发电机组的出力裕度；根据无功功率差值和出力裕度，为风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，并向风力发电机组发送用于指示风力发电机组产生所分配的无功功率的指令。
第三方面，提供了一种风力发电系统，该系统包括：
设置在汇集线路上的至少一台风力发电机组，其中，所述汇集线路接入低压母线，经过变压器升压后接入高压母线，所述高压母线由并网点连接送出线路；
上文所述的控制装置，经由通信线路分别连接各台风力发电机组。
由此，一方面，本实施例通过检测并网点的电压和电流计算得到无功功率，根据电网调度信号得到理想无功功率，并计算无功功率差值；通过检测风力发电机组的当前风速信息和运行信息，获取风力发电机组的出力裕度；通过无功功率差值和出力裕度来为风力发电机组分配无功功率。通过该优化的控制策略可以有效控制风电机组输出的无功功率，还可以大幅度改善并网点的电压波动和频率变化，满足了并网的稳定性要求。
另一方面，本实施例通过参考出力裕度为风力发电机组合理分配无功功率，控制风力发电机组主动发出合适的无功功率，充分发挥了各风力发电机组的能力，降低现有技术中无功补偿等设备的压力，甚至可以在省略无功补偿等设备的情况下，仍可以控制风力发电机组发出合适的无功功率来有效补偿并网点的功率值，大幅度减少了无功补偿等设备的补偿工作，进而可以大幅度减少无功补偿设备所消耗的能源，减少了设备成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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。
图1是本发明一实施例的风力发电系统的结构示意图。
图2是本发明一实施例的用于风电场的控制方法的示意性流程图。
图3是图2中一个实施例的子流程图。
图4是图2中另一个实施例的子流程图。
图5是图2中又一个实施例的子流程图。
图6是本发明一实施例的用于风电场的控制装置的结构示意图。
图7是图6中一个实施例的第一电网策略模块的结构示意图。
图8是图6中又一个实施例的第一电网策略模块的结构示意图。
图9是图6中另一个实施例的第一电网策略模块的结构示意图。
图10是本发明另一实施例的用于风电场的控制装置的结构示意图。
图11是本发明又一实施例的用于风电场的控制装置的结构示意图。
图12是本发明又一实施例的用于风电场的控制装置的结构示意图。
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，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明一实施例的风力发电系统的结构示意图。
如图1所示，该系统可以包括：变压器3000、用于风电场的控制装置1000和风机群5000。风机群5000可以包括设置在汇集线路1-N上的多台风力发电机组5001。汇集线路1-N接入低压母线，通过变压器3000升压后接入高压母线，经由并网点通过送出线路接入电网2000。
控制装置1000经由通信线路分别连接风力发电机组5001，为风力发电机组5001分配需提供或吸收的无功功率，以及/或者分配需要提供的有功功率。
此外，必要时本发明的实施例还可以设置功率补偿装置4000，功率补偿装置4000接入到低压母线。控制装置1000经由通信线路连接功率补偿装置4000，根据并网点电压和频率变化控制功率补偿装置4000发出或吸收无功功率。
在一个优选示例中，该系统还包括设置在并网点的PT(电压传感器)和CT(电流传感器)，控制装置1000连接PT和CT以检测并网点的电压数据和电流数据。
其中，电网2000可以通过调度中心服务器向控制装置1000发送电网调度信号。变压器3000可以是升压装置。功率补偿装置4000可以包括SVC或者SVG等装置。控制装置1000可以获取电网调度信号，可以对并网点的PT(电压传感器)和CT(电流传感器)进行检测，还可以与风机群5000中的各台风力发电机组5001进行信息交互，从而对风电场的电压、频率、有功功率和无功功率等进行控制。控制装置1000可以是虚拟同步发电机，该部分内容下文还将详细描述。
应该理解，图1还可以包括辅助的网络通信设备，例如路由器、有线、无线通信链路或者光纤电缆等。另外，图1中的风力发电机组等设置的数目仅仅是示意性的，可以根据实现需要进行灵活调整。另外，由于本实施例的控制效果较好，功率补偿装置4000可以少量布置甚至取消。
下面各个实施例均可以应用于本系统。为了描述简洁，相同或者相似的内容不再赘述，各个实施例可以相互参考和引用。
图2是本发明一实施例的用于风电场的控制方法的示意性流程图。
如图2所示，在S210中，检测风电场的并网点的电压和电流，并基于电压和电流计算无功功率。
在本实施例中，风电场设置有风力发电机组。可以对风电场并网点的电压传感器PT和电流传感器CT进行检测，并基于检测到的电压U和电流I计算并网点的无功功率并网点的无功功率。
在一些可选的实施例中，可以通过电压U和电流I实时计算计算无功功率Q之外，还可以计算其它电网信息。具体的，电网信息例如可以包括：电网的频率f及频率变化率Δf、电网电压V及电压变化率ΔV、上网有功功率P等信息。
可以理解，电网信息的计算方式可以根据实际需要进行单独计算或者统一计算。
在S220中，接收电网调度信号，并基于电网调度信号计算理想无功功率。
其中，理想无功功率的计算方法与当前的控制模式相关，在不同的控制模式下，计算方式不同，该部分内容在下文将进行详细描述。
在S230中，计算理想无功功率和无功功率的无功功率差值。
在本实施例中，可以直接用减法计算该无功功率差值。
在S240中，监测风力发电机组的当前风速信息和风力发电机组的运行信息，获取风力发电机组的出力裕度。
在本实施例中，当前风速信息可以是：各台风力发电机组周边的当前风速信息的平均值，也可以是从各台风力发电机组的叶片上所采集的风速值的平均值，还也可以是从各台风力发电机组的周边任意一个地方所采集的风速值的平均值。具体的风力发电机组的当前风速信息可以根据实际需求进行主动采集或者被动接收，此方面内容不做限制。
风力发电机组的运行信息，例如但不限于：风力发电机组变流器的温度、发电机组温度、变桨系统温度等信息。
在S250中，根据无功功率差值和出力裕度，为风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，并向风力发电机组发送用于指示风力发电机组产生所分配的无功功率的指令。
在本实施例中，可以基于各台风力发电机组的出力裕度的比值，根据等比原则，为各台风力分配有功功率。出力裕度高的风力发电机组分配的有功功率高，出力裕度低的风力发电机组分配的有功功率相对低些。
在一些可选的实例中，当各台风力发电机组的出力裕度相差不大时，也可以进行平均分配。
在一些可选的实例中，可以先检测各台风力发电机组的健康状况，在考虑健康状况因数后再进行分配。该部分内容，在下文还将进一步描述。
由此，一方面，本实施例通过检测并网点的电压和电流计算得到无功功率，根据电网调度信号得到理想无功功率，并计算无功功率差值；通过检测风力发电机组的当前风速信息和运行信息，获取风力发电机组的出力裕度；通过无功功率差值和出力裕度来为风力发电机组分配无功功率。通过该优化的控制策略可以有效控制风电机组输出的无功功率，还可以大幅度改善并网点的电压波动和频率变化，满足了并网的稳定性要求。
另一方面，本实施例通过参考出力裕度为风力发电机组合理分配无功功率，控制风力发电机组主动发出或者吸收合适的无功功率，充分发挥了各风力发电机组的能力，降低现有技术中无功补偿等设备的压力，甚至可以在省略无功补偿等设备的情况下，仍可以控制风力发电机组发出或者吸收合适的无功功率来有效补偿并网点的功率值，大幅度减少了无功补偿等设备的补偿工作，进而可以大幅度减少无功补偿设备所消耗的能源，减少了设备成本。
图3是图2中一个实施例的子流程图。
本实施例示出了上述步骤S220(即：接收电网调度信号，并基于电网调度信号计算理想无功功率)的第一实现方式。
如图3所示，在S220-11中，预先将当前的控制模式设置为无功功率控制模式。
在S220-12中，在无功功率控制模式下，由电网调度信号直接给定理想无功功率，或者将理想无功功率设置为预设目标值。
由此，本实例在无功功率控制模式下，由电网调度信号直接给定理想无功功率，或者将理想无功功率设置为预设目标值，操作简单方便，可以确保迅速对风力发电厂进行控制。
图4是图2中另一个实施例的子流程图。
本实施例示出了上述步骤S220(即：接收电网调度信号，并基于电网调度信号计算理想无功功率)的第二实现方式。
如图4所示，在S220-21中，预先将当前的控制模式设置为电压控制模式。
在S220-22中，基于电压和电流，计算阻抗。其中，阻抗可以是风电场并网点系统阻抗。
阻抗X也可以通过实际测量得到，或者给系统一个无功激励(给定ΔQ)，查看系统的电压变化ΔU(无功激励之前与无功激励之后的电压的变化值)。具体的，阻抗X可以通过表达式ΔU＝X*ΔQ反推得到。
在S220-23中，在电压控制模式下，基于电网调度信号，获取目标电压。
在S220-24中，基于目标电压、电压、无功功率和阻抗，计算得到理想无功功率。
由此，本实例在电压控制模式下，基于目标电压、电压、无功功率和阻抗，计算得到理想无功功率，所得的数据精度较高，确保了控制的精度。
其中，计算理想无功功率的表达式可以为：
Uref-U＝X*(Q-Qref)，其中，Uref为目标电压，U为电压，X为并网点阻抗，Q为无功功率，Qref为理想无功功率。
图5是图2中又一个实施例的子流程图。
本实施例示出了上述步骤S220(即：接收电网调度信号，并基于电网调度信号计算理想无功功率)的第三实现方式。
在S220-31中，预先将当前的控制模式设置为功率因数控制模式。
在S220-32中，基于电压和电流，计算有功功率；
在S220-33中，在功率因数控制模式下，基于电网调度信号，获取目标功率因数。
在S220-34中，基于目标功率因数和有功功率，计算得到理想无功功率。
由此，本实例在功率因数控制模式下，基于目标功率因数和有功功率，计算得到理想无功功率，所得的数据精度较高，确保了控制的精度。
其中，计算理想无功功率的表达式可以为：
Qref＝P*tan(arc cosφ)，其中，cosφ为目标功率因数，P为有功功率。
作为图2实施例的一个变形实施例，可以在图2实施例的基础上增加如下步骤。
S260：根据电网调度信号计算理想有功功率。
在一些可选的实施例中，还可以根据电网信息计算理想有功功率。
S270：计算理想有功功率和有功功率的有功率差值。
其中，理想有功功率的计算步骤包括：
基于电压和电流，计算并网点的频率变化率。
基于频率变化率和预设参考表获取理想有功功率，其中，预设参考表包括：理想有功功率和与理想有功功率相对应的频率变化率。
在本实施例中，当频率变化率Δf＞＝0.034时，可以将风电场整体的功率调节设置为风电场额定容量的10％，并持续10s。即ΔP＝10％Pn，Pn为风电场额定容量，保持10s。
S280：根据有功功率差值和出力裕度，为风力发电机组分配需提供的有功功率，并向风力发电机组发送用于指示风力发电机组产生所分配的有功功率的指令。
由此，本实施例不仅可以对无功功率进行分配，还可以对有功功率进行分配，增加了功能，可以满足风力发电场的有功功率和无功功率的需求。
另外，本实施例可以根据大电网设定的输出电压和输出功率，实时调整风电机组的输出无功功率Q和有功功率P，使得使整个风电场并网点的电压V和功率P接近电网设定的调度数值，并满足稳态稳定性。
本实施例还可以保证在不同风况条件下，有效控制风电机组输出的有功功率P和无功功率Q，改善并网点的暂态稳定性(电压V和频率f稳定)。本实施例还可以在进行风力发电机组或风电场进行频率稳定和电压稳定控制时，对多台机组进行集中控制，能够根据不同机组的运行情况灵活分配，保证最终的控制效果最佳。
上述实施例可以控制风力发电机组主动发出合适的无功功率，降低现有技术中SVC、SVG等集中无功补偿设备的压力，降低设备制造成本，甚至可以省略SVC、SVG设备，使得风力发电机组发出的无功功率可以补偿并网点所需的电压值。
作为图2实施例的又一个变形实施例，可以在上述各实施例的基础上增加如下步骤。
S290：根据风力发电机组的运行信息，确定一台或者多台风力发电机组的健康状态值。
S2100：将健康状态值与预设的健康阈值比较，将健康状态值大于预设的健康阈值的风力发电机组确定为健康风力发电机组，仅为健康风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，和/或需提供的有功功率。
在本实施例中，术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
作为图2实施例的另一个变形实施例，可以在上述各实施例的基础上增加如下步骤。
当健康风力发电机组为多台时，根据均分原则或者等比原则，为各台健康风力发电机组平均分配无功功率和/或有功功率。
本实施例考虑到风力发电机组在运行过程中可能出现各种故障，可以实时采集各台风力发电机组的健康状态信息，并进行排序。然后选择处于健康阈值之上的风力发电机组参与无功功率Q和有功功率P调节。
例如，风场中包括n台风力发电机组，其中有两台的健康程度处于阈值之下，则仅对健康程度处于阈值之上的n-2台风力发电机组进行调节。
可以基于均分原则为每台符合健康要求的风力发电机组所分配相同的无功功率。
还可以根据等比原则，为每台符合健康要求的风力发电机组，根据他们的出力裕度来进行等比分配有功功率，出力裕度高的风力发电机组分配的有功功率高，出力裕度低的风力发电机组分配的有功功率相对低些。
可以理解，还可以根据实际需要进行其他的分配，为了描述简洁，该部分内容不再赘述。
图6是本发明一实施例的用于风电场的控制装置的结构示意图。
在本实施例中，电场设置有风力发电机组。
如图6所示，用于风电场的控制装置1000可以包括：电网检测模块100、通讯接口200、第一电网策略模块300和第一风机控制模块400。
其中，电网检测模块100可以用于检测风电场的并网点的电压和电流。通讯接口200可以用于接收电网调度信号。第一电网策略模块300可以基于电压和电流计算并网点的无功功率；基于电网调度信号计算风电场的理想无功功率；计算理想无功功率和无功功率的无功功率差值。第一风机控制模块400可以用于监测的风力发电机组的当前风速信息和风力发电机组的运行信息，获取风力发电机组的出力裕度；根据无功功率差值和出力裕度，为风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，并向风力发电机组发送用于指示风力发电机组产生所分配的无功功率的指令。
需要说明的是，本实施例中所示的功能单元或者功能模块的实现方式可以为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
图7是图6中一个实施例的第一电网策略模块的结构示意图。
如图7所示，第一电网策略模块300可以包括：第一模式设置单元301和第一功率设置单元302。
其中，第一模式设置单元301可以用于预先将当前的控制模式设置为无功功率控制模式。第一功率设置单元302可以用于在无功功率控制模式下，由电网调度信号直接给定理想无功功率，或者将理想无功功率设置为预设目标值。
图8是图6中又一个实施例的第一电网策略模块的结构示意图。
如图8所示，第一电网策略模块300可以包括：第二模式设置单元303、阻抗获取单元304、电压获取单元305和第二功率计算单元306。
其中，第二模式设置单元303可以用于预先将当前的控制模式设置为电压控制模式。阻抗获取单元304可以基于电压和电流，计算并网点的阻抗。电压获取单元305可以用于在电压控制模式下，基于电网调度信号，获取目标电压。第二功率计算单元306可以基于目标电压、电压、无功功率和阻抗，计算得到理想无功功率。
在本实施例中，第二功率计算单元306可以利用下面的表达式计算理想无功功率：
Uref-U＝X*(Q-Qref)，其中，Uref为目标电压，U为电压，X为阻抗，Q为无功功率，Qref为理想无功功率。
图9是图6中另一个实施例的第一电网策略模块的结构示意图。
如图9所示，第一电网策略模块300可以包括：第三模式设置单元307、功率计算单元308、功率因数获取单元309和第三功率计算单元310。
其中，第三模式设置单元307可以用于预先将当前的控制模式设置为功率因数控制模式。功率计算单元308可以基于电压和电流，计算有功功率。功率因数获取单元309可以用于在功率因数控制模式下，基于电网调度信号，获取目标功率因数。第三功率计算单元310可以基于目标功率因数和有功功率，计算得到理想无功功率。
在本实施例中，第三功率计算单元310可以利用下面的表达式计算理想无功功率：
Qref＝P*tan(arc cosφ)，其中，cosφ为目标功率因数，P为有功功率。
图10是本发明另一实施例的用于风电场的控制装置的结构示意图。
图10所示实施例作为图6实施例的一个变形实施例，可以在图6实施例的基础上增加：第二电网策略模块500和第二风机控制模块600。第二电网策略模块500可以分别与通讯接口200和第二风机控制模块600连接。
其中，第二电网策略模块500可以用于根据电网调度信号和电网信息计算理想有功功率；计算理想有功功率和有功功率的有功率差值。第二风机控制模块600可以用于根据有功功率差值和出力裕度，为风力发电机组分配需提供的有功功率，并向风力发电机组发送用于指示风力发电机组产生所分配的有功功率的指令。
在一个可选的实施例中，第二电网策略模块500可以包括：频率计算单元和功率选取单元。
其中，频率计算单元可以基于电压和电流，计算并网点的频率变化率。功率选取单元可以基于频率变化率和预设参考表获取理想有功功率，其中，预设参考表包括：理想有功功率和与理想有功功率相对应的频率变化率。
图11是本发明又一实施例的用于风电场的控制装置的结构示意图。
图11所示实施例作为图6实施例的又一个变形实施例，可以在图6实施例的基础上增加健康检测模块700。健康检测模块700可以分别与第一电网策略模块300和第一风机控制模块400连接。
其中，健康检测模块700可以用于根据风力发电机组的运行信息，确定一台或者多台风力发电机组的健康状态值；将健康状态值与预设的健康阈值比较，将健康状态值大于预设的健康阈值的风力发电机组确定为健康风力发电机组；仅为健康风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，和/或需提供的有功功率。
图12是本发明又一实施例的用于风电场的控制装置的结构示意图。
图12所示实施例作为图6实施例的又一个变形实施例，可以在图6实施例的基础上增加：健康检测模块700和原则选取模块800。健康检测模块700与第一电网策略模块300连接。原则选取模块800分别与健康检测模块700和第一风机控制模块400连接。
本实施例也可以在图7实施例的基础上增加：原则选取模块800。其中，原则选取模块800，用于当健康风力发电机组为多台时，根据均分原则或者根据等比原则，为各台健康风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，和/或需提供的有功功率。
在上述各实施例中，用于风电场的控制装置可以为虚拟同步发电机。
本实施例所提供的虚拟同步发电机，可以通过电网检测模块检测风力发电机组或风电场并网点的电压和电流，计算电网的频率f、频率变化率Δf、电网电压V、电压变化率ΔV、风电场的上网无功功率Q和有功功率P等电网信息。然后将电网信息实时传递给电网策略模块。电网策略模块一方面与电力系统调度通信，获取电网调度指令信息。另一方面，电网策略模块可以根据风电场当前的电网况计算出当前风力发电机组或风电场应该发出的理想无功功率Qref和理想有功功率Pref。并将Qref和Pref实时发送至风力发电机组控制模块。风力发电机组模块会监控风力发电机组当前的风速信息以及其他重要信息，判断风力发电机组的运行状态和出力裕度，然后根据整场理想的Qref和Pref分配至每台风力发电机组，干预和控制每台机组的产生的无功功率Q_wt和有功功率P_wt，最后使整个风电场并网点的总的无功功率Q和总的有功功率P达到或不断逼近Qref和Pref。
其中，总的无功功率Q的计算表达式可以是：
Q总＝Q1_wt+Q2_wt+……+Qn_wt，Q1_wt、Q2_wt、Qn_wt分别表示风电场中第一台风机、第二台风机和第n台风机发出的无功功率。
其中，总的有功功率P总的计算表达式可以是：
P总＝P1_wt+P2_wt+……+Pn_wt，P1_wt、P2_wt、Pn_wt分别表示风电场中第一台风机、第二台风机和第n台风机发出的有功功率。
下面列举一个实施例来说明控制的实现方式。
虚拟同步发电机在t0时刻检测风力发电机或风电场并网点的频率为f0及频率变化率Δf0，电网电压为V0及电压变化率ΔV0，风电场的上网无功功率Q0和有功功率P0。通过电网策略模块判断发现当前电网频率f0偏低并超过设定阈值，进一步通过频率变化率Δf0值判断当前系统频率发生快速下降，因此确认频率发生偏低故障。根据频率f0和频率变化率Δf0，电网策略模块计算出风电场的理想有功功率控制数值Pref0。设备的控制指令周期t，在t1时刻(t1＜t0+t)，虚拟同步发电机接收到电网调度的电压控制数值Vref0，电网策略模块根据电网电压V0与电压控制数值Vref0计算出风电场理想的无功功率Qref0。风力发电机模块根据风力发电机当前的风速信息以及其他并网发电信息，将微调和干预控制每台风力发电机组的有功功率和无功功率，使各台风力发电机组无功功率之和达到或接近Qref，使各台机组有功功率之和达到或不断逼近Pref。并网点在输出P和Q发生变化后，对应的电压也随之回归到正常区间，系统频率趋于正常范围。
本实施例的虚拟同步发电机可以实时通过监测风电场或风力发电机组并网点电网状态，当电网系统出现电压或频率运行偏差时，装置将对风力发电机组下发控制指令，合理调节风力发电机组输出的有功功率P和无功功率Q，使风电场并网点的电压稳定，协助系统使其频率稳定。虚拟同步发电机组能够使风电场或风力发电机组的运行更加平顺，减少对电网的影响，提高电网安全稳定裕度。
需要说明的是，上述各实施例的控制装置可作为上述各实施例的控制方法中的执行主体，可以实现各个方法中的相应流程。本领域的技术人员可以清楚地了解到，上述描述的装置、器件等硬件的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
另外，本发明还提出了一种风力发电系统。参见图1，该系统可以包括：设置在汇集线路1-N上的至少一台风力发电机组5001，其中，汇集线路接入低压母线，经过变压器3000升压后接入高压母线，高压母线由并网点连接送出线路。控制装置1000经由通信线路分别连接各台风力发电机组，为各台风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，以及/或者分配需要提供的有功功率。
此外，该风力发电系统还包括接入到低压母线的功率补偿装置4000，控制装置1000经由通信线路连接功率补偿装置4000，控制所述功率补偿装置发出或吸收无功功率。
可以理解，本系统还可以包括其他的电量设备，例如电池组、电表、电线和网线等，具体可以根据实际需要进行灵活组合。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
另外，在本发明各个实施例中的硬件(例如各种计算器)可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
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，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种用于风电场的控制方法，所述风电场设置有至少一台风力发电机组，其特征在于，包括以下步骤：
检测所述风电场的并网点的电压和电流，并基于所述电压和所述电流计算无功功率；
接收电网调度信号，并基于所述电网调度信号计算理想无功功率；
计算所述理想无功功率和所述无功功率的无功功率差值；
监测所述风力发电机组的当前风速信息和所述风力发电机组的运行信息，获取所述风力发电机组的出力裕度；
根据所述无功功率差值和所述出力裕度，为所述风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，并向所述风力发电机组发送用于指示所述风力发电机组产生所分配的无功功率的指令。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收电网调度信号，并基于所述电网调度信号计算理想无功功率包括以下步骤：
预先将当前的控制模式设置为无功功率控制模式；
在所述无功功率控制模式下，由所述电网调度信号直接给定所述理想无功功率，或者将所述理想无功功率设置为预设目标值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收电网调度信号，并基于所述电网调度信号计算理想无功功率包括以下步骤：
预先将当前的控制模式设置为电压控制模式；
基于所述电压和所述电流，计算风电场并网点的系统阻抗；
在所述电压控制模式下，基于所述电网调度信号，获取目标电压；
基于所述目标电压、所述电压、所述无功功率和所述系统阻抗，计算得到所述理想无功功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收电网调度信号，并基于所述电网调度信号计算理想无功功率包括以下步骤：
预先将当前的控制模式设置为功率因数控制模式；
基于所述电压和所述电流，计算有功功率；
在所述功率因数控制模式下，基于所述电网调度信号，获取目标功率因数；
基于所述目标功率因数和所述有功功率，计算得到所述理想无功功率。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
基于所述电网调度信号计算理想有功功率；
计算所述理想有功功率和所述有功功率的有功率差值；
根据所述有功功率差值和所述出力裕度，为所述风力发电机组分配需提供的有功功率，并向所述风力发电机组发送用于指示所述风力发电机组产生所分配的有功功率的指令。
6.根据权利要求5所述的方法，所述其特征在于，所述理想有功功率的计算步骤包括：
基于所述电压和所述电流，计算频率变化率；
基于所述频率变化率和预设参考表获取所述理想有功功率，其中，所述预设参考表包括：所述理想有功功率和与所述理想有功功率相对应的频率变化率。
7.根据权利要求5所述的方法，所述其特征在于，还包括以下步骤：
根据所述风力发电机组的运行信息，确定一台或者多台风力发电机组的健康状态值；
将所述健康状态值与预设的健康阈值比较，将所述健康状态值大于所述预设的健康阈值的风力发电机确定为健康风力发电机组；
仅为所述健康风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，和/或需提供的有功功率。
8.根据权利要求7所述的方法，所述其特征在于，还包括以下步骤：
当所述健康风力发电机组为多台时，根据均分原则或者等比原则，为各台健康风力发电机组平均分配需提供或吸收的无功功率，和/或需提供的有功功率。
9.一种用于风电场的控制装置，所述风电场设置有风力发电机组，其特征在于，包括：
电网检测模块，用于检测所述风电场的并网点的电压和电流；
通讯接口，用于接收电网调度信号；
第一电网策略模块，基于所述电压和所述电流计算无功功率；基于所述电网调度信号计算理想无功功率；计算所述理想无功功率和所述无功功率的无功功率差值；
第一风机控制模块，用于监测的所述风力发电机组的当前风速信息和所述风力发电机组的运行信息，获取所述风力发电机组的出力裕度；根据所述无功功率差值和所述出力裕度，为所述风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，并向所述风力发电机组发送用于指示所述风力发电机组产生所分配的无功功率的指令。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述第一电网策略模块包括：
第一模式设置单元，用于预先将当前的控制模式设置为无功功率控制模式；
第一功率设置单元，用于在所述无功功率控制模式下，由所述电网调度信号直接给定所述理想无功功率，或者将所述理想无功功率设置为预设目标值。
11.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述第一电网策略模块包括：
第二模式设置单元，用于预先将当前的控制模式设置为电压控制模式；
阻抗获取单元，基于所述电压和所述电流，计算风电场并网点的系统阻抗；
电压获取单元，用于在所述电压控制模式下，基于所述电网调度信号，获取目标电压；
第二功率计算单元，基于所述目标电压、所述电压、所述无功功率和所述系统阻抗，计算得到所述理想无功功率。
12.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，所述第一电网策略模块包括：
第三模式设置单元，用于预先将当前的控制模式设置为功率因数控制模式；
功率计算单元，基于所述电压和所述电流，计算有功功率；
功率因数获取单元，用于在所述功率因数控制模式下，基于所述电网调度信号，获取目标功率因数；
第三功率计算单元，基于所述目标功率因数和所述有功功率，计算得到所述理想无功功率。
13.根据权利要求12所述的控制装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二电网策略模块，用于根据所述电网调度信号和所述电网信息计算理想有功功率；计算所述理想有功功率和所述有功功率的有功率差值；
第二风机控制模块，用于根据所述有功功率差值和所述出力裕度，为所述风力发电机组分配需提供的有功功率，并向所述风力发电机组发送用于指示所述风力发电机组产生所分配的有功功率的指令。
14.根据权利要求13所述的控制装置，所述其特征在于，所述第二电网策略模块包括：
频率计算单元，基于所述电压和所述电流，计算频率变化率；
功率选取单元，基于所述频率变化率和预设参考表获取所述理想有功功率，其中，所述预设参考表包括：所述理想有功功率和与所述理想有功功率相对应的频率变化率。
15.根据权利要求13所述的控制装置，所述其特征在于，所述装置还包括：
健康检测模块，用于根据所述风力发电机组的运行信息，确定一台或者多台风力发电机组的健康状态值；将所述健康状态值与预设的健康阈值比较，将所述健康状态值大于所述预设的健康阈值的风力发电机组确定为健康风力发电机组；仅为所述健康风力发电机组分配需提供或吸收的无功功率，和/或需提供的有功功率。
16.根据权利要求15所述的控制装置，所述其特征在于，所述装置还包括：
原则选取模块，用于当所述健康风力发电机组为多台时，根据均分原则或者等比原则，为各台健康风力发电机组平均分配需提供或吸收的无功功率，和/或需提供的有功功率。
17.一种风力发电系统，其特征在于，包括：
设置在汇集线路上的至少一台风力发电机组，其中，所述汇集线路接入低压母线，经过变压器升压后接入高压母线，所述高压母线由并网点连接送出线路；
根据权利要求9-16中任一项所述的控制装置，经由通信线路分别连接各台风力发电机组。
18.根据权利要求17所述的风力发电系统，其特征在于，还包括：
接入到所述低压母线的功率补偿装置，所述控制装置经由通信线路连接所述功率补偿装置，控制所述功率补偿装置发出或吸收无功功率。
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