CN108964148A - 一种风电场并网点无功功率的控制方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风电场并网点无功功率的控制方法和装置，先确定风电场并网点的电压偏差，然后确定风电机组的无功功率分配系数，最后确定风电机组的无功功率参考值。本发明通过改变风电场内风电机组的无功出力对风电场并网点电压进行调节控制，不需要额外增加无功补偿装置，能够提高风电场的自动化运行及管理水平，并减少对风电场无功补偿装置的投资成本；根据选择的风电场的控制模式的不同计算风电场并网点的无功功率调节量，增加了风电场无功功率控制的灵活性；本发明在配置风电场中风电机组的无功功率参考值时，考虑了每台风电机组到风电场升压站低压侧的等效电抗，提升了风电场无功功率的调节精度，减少调节次数。

Description

一种风电场并网点无功功率的控制方法和装置
技术领域
本发明涉及新能源发电调度自动化领域，具体涉及一种风电场并网点无功功率的控制方法和装置。
背景技术
风电自身固有的间歇性特点使风电场有功出力波动较大，且未来时刻的发电功率具有一定不确定性，随着风电场装机容量的不断增大，风电场及其接入地区电网的安全稳定运行情况日益受到关注，其中一个重要方面就是无功电压问题，大规模风电并网会引起电网电压波动，特别是风电场并网点的电压波动最突出。为保证电网安全稳定运行，现有的风电场相关国家标准和企业标准，明确要求风电场必须具备相应的无功电压控制能力。
目前大部分风电场未实现风电场并网点无功功率的控制，而是通过采用配置的无功补偿装置—可投切电容电抗器、静止无功补偿器或静止无功发生器实现风电场并网点的无功电压控制，未能发挥出风电场内风电机组的无功输出能力，风电场需要额外增加无功补偿装置，控制成本高。
发明内容
为了克服上述现有技术中风电场无功功率控制成本高且灵活性差的不足，本发明提供一种风电场并网点无功功率的控制方法和装置，先根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差；然后根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数；最后基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值，不需要额外增加无功补偿装置，降低了控制成本，且灵活性高。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一方面，本发明提供一种风电场并网点无功功率的控制方法，包括：
根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差；
根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数；
基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
所述根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差，包括：
根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压参考值，并将风电场并网点的电压参考值与风电场并网点的电压实际值做差，得到风电场并网点电压偏差。
所述根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压参考值，包括：
当风电场的控制模式为计划跟踪模式时，将风电场并网点的电压指令值作为风电场并网点的电压参考值；
当风电场的控制模式为自适应调节模式时，将风电场并网点的额定电压作为风电场并网点的电压参考值。
所述根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数，包括：
根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功裕度；
根据所述无功裕度确定风电机组的无功功率分配系数。
按下式确定风电机组的无功裕度：
其中，Qi mar为第i台风电机组的无功裕度，Qi max为第i台风电机组的最大无功功率输出值，Qi min为第i台风电机组的最小无功功率输出值，Qi mea为风电机组的无功功率实际值。
所述风电机组的无功功率分配系数按下式确定：
其中，λi为第i台风电机组的无功功率分配系数，n为风电场中风电机组台数。
所述基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值，包括：
对风电场并网点电压偏差进行判断；
当风电场并网点电压偏差不在电压调节死区范围内时，根据风电场并网点电压偏差确定风电场并网点的无功功率调节量；
根据风电场并网点的无功功率实际值确定风电场并网点的无功功率可调节量，并根据风电场并网点的无功功率可调节量对风电场并网点的无功功率调节量进行修正；
根据修正后的风电场并网点的无功功率调节量和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
所述风电场并网点的无功功率调节量按下式确定：
ΔQ＝S×ΔV
其中，ΔQ为风电场并网点的无功功率调节量，ΔV为风电场并网点电压偏差，S为风电场并网点的无功功率关于电压的灵敏度。
所述风电场并网点的无功功率可调节量按下式确定：
ΔQmin＝Qmin-Qmea
ΔQmax＝Qmax-Qmea
其中，ΔQmax为风电场并网点的最大无功功率可调节量，ΔQmin为风电场并网点的最小无功功率可调节量，Qmax为风电场最大无功功率输出值，Qmin为风电场最小无功功率输出值，Qmea为风电场并网点的无功功率实际值。
所述根据风电场并网点的无功功率可调节量对风电场并网点的无功功率调节量进行修正，如下式：
其中，ΔQ′为修正后的风电场并网点的无功功率调节量。
所述风电机组的无功功率参考值按下式确定：
其中，为第i台风电机组的无功功率参考值，λi为第i台风电机组的无功功率分配系数，Qi mea为风电机组的无功功率实际值，Ui为第i台风电机组的输出电压，xi为第i台风电机组到风电场升压站低压侧的等效电抗。
另一方面，本发明提供一种风电场并网点无功功率的控制装置，包括：
电压偏差确定模块，用于根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差；
分配系数确定模块，用于根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数；
无功功率参考值确定模块，用于基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
所述电压偏差确定模块包括：
电压参考值确定单元，用于根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压参考值；
电压偏差确定单元，用于将风电场并网点的电压参考值与风电场并网点的电压实际值做差，得到风电场并网点电压偏差。
所述电压参考值确定单元具体用于：
当风电场的控制模式为计划跟踪模式时，将风电场并网点的电压指令值作为风电场并网点的电压参考值；
当风电场的控制模式为自适应调节模式时，将风电场并网点的额定电压作为风电场并网点的电压参考值。
所述分配系数确定模块包括：
无功裕度确定单元，用于根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功裕度；
分配系数确定单元，用于根据所述无功裕度确定风电机组的无功功率分配系数。
所述无功裕度确定单元按下式确定风电机组的无功裕度：
其中，Qi mar为第i台风电机组的无功裕度，Qi max为第i台风电机组的最大无功功率输出值，Qi min为第i台风电机组的最小无功功率输出值，Qi mea为风电机组的无功功率实际值。
所述分配系数确定单元按下式确定风电机组的无功功率分配系数：
其中，λi为第i台风电机组的无功功率分配系数，n为风电场中风电机组台数。
所述无功功率参考值确定模块包括：
判断单元，用于对风电场并网点电压偏差进行判断；
无功功率调节量确定单元，用于当风电场并网点电压偏差不在电压调节死区范围内时，根据风电场并网点电压偏差确定风电场并网点的无功功率调节量；
修正单元，用于根据风电场并网点的无功功率实际值确定风电场并网点的无功功率可调节量，并根据风电场并网点的无功功率可调节量对风电场并网点的无功功率调节量进行修正；
无功功率参考值确定单元，用于根据修正后的风电场并网点的无功功率调节量和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供了风电场并网点无功功率的控制方法中，先根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差；根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数；基于风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值，不需要额外增加无功补偿装置，降低了控制成本，且灵活性高；
本发明提供了风电场并网点无功功率的控制装置包括电压偏差确定模块、分配系数确定模块和无功功率参考值确定模块，电压偏差确定模块用于根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差；分配系数确定模块用于根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数；无功功率参考值确定模块用于基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值，不需要额外增加无功补偿装置，降低了控制成本，且灵活性高；
本发明通过改变风电场内风电机组的无功出力对风电场并网点电压进行调节控制，能够提高风电场的自动化运行及管理水平，并减少对风电场无功补偿装置的投资成本；
本发明在计算风电场并网点的无功功率调节量时，根据选择的风电场的控制模式的不同进行计算，增加了风电场无功功率控制的灵活性；
本发明在计算风电机组的无功功率分配系数时，考虑了各台风电机组的无功裕度，提高了对风电机组进行无功功率分配的合理性；
本发明在配置风电场中风电机组的无功功率参考值时，考虑了每台风电机组到风电场升压站低压侧的等效电抗，提升了风电场无功功率的调节精度，减少调节次数。
附图说明
图1是本发明实施例中风电场并网点无功功率的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明提供了一种风电场并网点无功功率的控制方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：
S101：根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差；
S102：根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数；
S103：基于风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
上述根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差，具体过程如下：
根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压参考值，并将风电场并网点的电压参考值与风电场并网点的电压实际值做差，得到风电场并网点电压偏差。
上述根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压参考值，具体过程如下：
当风电场的控制模式为计划跟踪模式时，将风电场并网点的电压指令值作为风电场并网点的电压参考值；
当风电场的控制模式为自适应调节模式时，将风电场并网点的额定电压作为风电场并网点的电压参考值。
上述S102中，根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数，具体过程如下：
根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功裕度；
根据所述无功裕度确定风电机组的无功功率分配系数。
按下式确定风电机组的无功裕度：
其中，Qi mar为第i台风电机组的无功裕度，Qi max为第i台风电机组的最大无功功率输出值，Qi min为第i台风电机组的最小无功功率输出值，Qi mea为风电机组的无功功率实际值。
风电机组的无功功率分配系数按下式确定：
其中，λi为第i台风电机组的无功功率分配系数，n为风电场中风电机组台数。
上述S103中，基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值，具体过程如下：
对风电场并网点电压偏差进行判断；
当风电场并网点电压偏差不在电压调节死区范围内时，根据风电场并网点电压偏差确定风电场并网点的无功功率调节量；
根据风电场并网点的无功功率实际值确定风电场并网点的无功功率可调节量，并根据风电场并网点的无功功率可调节量对风电场并网点的无功功率调节量进行修正；
根据修正后的风电场并网点的无功功率调节量和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
上述风电场并网点的无功功率调节量按下式确定：
ΔQ＝S×ΔV
其中，ΔQ为风电场并网点的无功功率调节量，ΔV为风电场并网点电压偏差，S为风电场并网点的无功功率关于电压的灵敏度。
上述风电场并网点的无功功率可调节量按下式确定：
ΔQmin＝Qmin-Qmea
ΔQmax＝Qmax-Qmea
其中，ΔQmax为风电场并网点的最大无功功率可调节量，ΔQmin为风电场并网点的最小无功功率可调节量，Qmax为风电场最大无功功率输出值，Qmin为风电场最小无功功率输出值，Qmea为风电场并网点的无功功率实际值。
上述根据风电场并网点的无功功率可调节量对风电场并网点的无功功率调节量进行修正，如下式：
其中，ΔQ′为修正后的风电场并网点的无功功率调节量。
上述风电机组的无功功率参考值按下式确定：
其中，为第i台风电机组的无功功率参考值，λi为第i台风电机组的无功功率分配系数，Qi mea为风电机组的无功功率实际值，Ui为第i台风电机组的输出电压，xi为第i台风电机组到风电场升压站低压侧的等效电抗。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种风电场并网点无功功率的控制装置，包括电压偏差确定模块、分配系数确定模块和无功功率参考值确定模块，下面分别对上述几个模块的功能进行详细介绍：
其中的电压偏差确定模块，用于根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差；
其中的分配系数确定模块，用于根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数；
其中的无功功率参考值确定模块，用于基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
上述的电压偏差确定模块包括：
电压参考值确定单元，用于根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压参考值；
电压偏差确定单元，用于将风电场并网点的电压参考值与风电场并网点的电压实际值做差，得到风电场并网点电压偏差。
上述的电压参考值确定单元具体用于：
当风电场的控制模式为计划跟踪模式时，将风电场并网点的电压指令值作为风电场并网点的电压参考值；
当风电场的控制模式为自适应调节模式时，将风电场并网点的额定电压作为风电场并网点的电压参考值。
上述的分配系数确定模块包括：
无功裕度确定单元，用于根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功裕度；
分配系数确定单元，用于根据所述无功裕度确定风电机组的无功功率分配系数。
上述无功裕度确定单元按下式确定风电机组的无功裕度：
其中，Qi mar为第i台风电机组的无功裕度，Qi max为第i台风电机组的最大无功功率输出值，Qi min为第i台风电机组的最小无功功率输出值，Qi mea为风电机组的无功功率实际值，当风电机组无功功率向增加的方向调节时，Qi mar＝Qi max-Qi mea，当当风电机组无功功率向减少的方向调节时，Qi mar＝Qi min-Qi mea。
上述分配系数确定单元按下式确定风电机组的无功功率分配系数：
其中，λi为第i台风电机组的无功功率分配系数，n为风电场中风电机组台数。
上述无功功率参考值确定模块包括：
判断单元，用于对风电场并网点电压偏差进行判断；
无功功率调节量确定单元，用于当风电场并网点电压偏差不在电压调节死区范围内时，根据风电场并网点电压偏差确定风电场并网点的无功功率调节量；
修正单元，用于根据风电场并网点的无功功率实际值确定风电场并网点的无功功率可调节量，并根据风电场并网点的无功功率可调节量对风电场并网点的无功功率调节量进行修正；
无功功率参考值确定单元，用于根据修正后的风电场并网点的无功功率调节量和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (18)

1.一种风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，包括：
根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差；
根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数；
基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
2.根据权利要求1所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，所述根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差，包括：
根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压参考值，并将风电场并网点的电压参考值与风电场并网点的电压实际值做差，得到风电场并网点电压偏差。
3.根据权利要求2所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，所述根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压参考值，包括：
当风电场的控制模式为计划跟踪模式时，将风电场并网点的电压指令值作为风电场并网点的电压参考值；
当风电场的控制模式为自适应调节模式时，将风电场并网点的额定电压作为风电场并网点的电压参考值。
4.根据权利要求1所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，所述根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数，包括：
根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功裕度；
根据所述无功裕度确定风电机组的无功功率分配系数。
5.根据权利要求4所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，按下式确定风电机组的无功裕度：
其中，Qi mar为第i台风电机组的无功裕度，Qi max为第i台风电机组的最大无功功率输出值，Qi min为第i台风电机组的最小无功功率输出值，Qi mea为风电机组的无功功率实际值。
6.根据权利要求5所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，所述风电机组的无功功率分配系数按下式确定：
其中，λi为第i台风电机组的无功功率分配系数，n为风电场中风电机组台数。
7.根据权利要求1所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，所述基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值，包括：
对风电场并网点电压偏差进行判断；
当风电场并网点电压偏差不在电压调节死区范围内时，根据风电场并网点电压偏差确定风电场并网点的无功功率调节量；
根据风电场并网点的无功功率实际值确定风电场并网点的无功功率可调节量，并根据风电场并网点的无功功率可调节量对风电场并网点的无功功率调节量进行修正；
根据修正后的风电场并网点的无功功率调节量和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
8.根据权利要求7所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，所述风电场并网点的无功功率调节量按下式确定：
ΔQ＝S×ΔV
其中，ΔQ为风电场并网点的无功功率调节量，ΔV为风电场并网点电压偏差，S为风电场并网点的无功功率关于电压的灵敏度。
9.根据权利要求8所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，所述风电场并网点的无功功率可调节量按下式确定：
ΔQmin＝Qmin-Qmea
ΔQmax＝Qmax-Qmea
其中，ΔQmax为风电场并网点的最大无功功率可调节量，ΔQmin为风电场并网点的最小无功功率可调节量，Qmax为风电场最大无功功率输出值，Qmin为风电场最小无功功率输出值，Qmea为风电场并网点的无功功率实际值。
10.根据权利要求9所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，所述根据风电场并网点的无功功率可调节量对风电场并网点的无功功率调节量进行修正，如下式：
其中，ΔQ′为修正后的风电场并网点的无功功率调节量。
11.根据权利要求10所述的风电场并网点无功功率的控制方法，其特征在于，所述风电机组的无功功率参考值按下式确定：
其中，为第i台风电机组的无功功率参考值，λi为第i台风电机组的无功功率分配系数，Qi mea为风电机组的无功功率实际值，Ui为第i台风电机组的输出电压，xi为第i台风电机组到风电场升压站低压侧的等效电抗。
12.一种风电场并网点无功功率的控制装置，其特征在于，包括：
电压偏差确定模块，用于根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压偏差；
分配系数确定模块，用于根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功功率分配系数；
无功功率参考值确定模块，用于基于所述风电场并网点的电压偏差和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
13.根据权利要求12所述的风电场并网点无功功率的控制装置，其特征在于，所述电压偏差确定模块包括：
电压参考值确定单元，用于根据风电场的控制模式确定风电场并网点的电压参考值；
电压偏差确定单元，用于将风电场并网点的电压参考值与风电场并网点的电压实际值做差，得到风电场并网点电压偏差。
14.根据权利要求13所述的风电场并网点无功功率的控制装置，其特征在于，所述电压参考值确定单元具体用于：
当风电场的控制模式为计划跟踪模式时，将风电场并网点的电压指令值作为风电场并网点的电压参考值；
当风电场的控制模式为自适应调节模式时，将风电场并网点的额定电压作为风电场并网点的电压参考值。
15.根据权利要求12所述的风电场并网点无功功率的控制装置，其特征在于，所述分配系数确定模块包括：
无功裕度确定单元，用于根据风电机组的无功功率实际值确定风电机组的无功裕度；
分配系数确定单元，用于根据所述无功裕度确定风电机组的无功功率分配系数。
16.根据权利要求15所述的风电场并网点无功功率的控制装置，其特征在于，所述无功裕度确定单元按下式确定风电机组的无功裕度：
其中，Qi mar为第i台风电机组的无功裕度，Qi max为第i台风电机组的最大无功功率输出值，Qi min为第i台风电机组的最小无功功率输出值，Qi mea为风电机组的无功功率实际值。
17.根据权利要求16所述的风电场并网点无功功率的控制装置，其特征在于，所述分配系数确定单元按下式确定风电机组的无功功率分配系数：
其中，λi为第i台风电机组的无功功率分配系数，n为风电场中风电机组台数。
18.根据权利要求12所述的风电场并网点无功功率的控制装置，其特征在于，所述无功功率参考值确定模块包括：
判断单元，用于对风电场并网点电压偏差进行判断；
无功功率调节量确定单元，用于当风电场并网点电压偏差不在电压调节死区范围内时，根据风电场并网点电压偏差确定风电场并网点的无功功率调节量；
修正单元，用于根据风电场并网点的无功功率实际值确定风电场并网点的无功功率可调节量，并根据风电场并网点的无功功率可调节量对风电场并网点的无功功率调节量进行修正；
无功功率参考值确定单元，用于根据修正后的风电场并网点的无功功率调节量和风电机组的无功功率分配系数确定风电机组的无功功率参考值。
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