CN110176772B - 一种风机无功功率的控制方法及系统 - Google Patents

一种风机无功功率的控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种风机无功功率的控制方法及系统，属于风机控制技术领域。本发明根据每台风机自身功率进行调节无功功率，可以使全场无功功率均匀的分配到每台风机，不会使单独一台风机无功分配过高导致降低有功功率的情况；可以让风场内不同型号、容量的风机均衡的发出无功功率，在保证电网电压稳定的情况下又让每台风机有功功率可以达到最大化。同时，本发明可以避免由于系统原因发生的通讯不稳定，最终导致控制不精确的问题。当系统出现故障异常时，会使用备计算模块继续运行，使系统更稳定。

Description

一种风机无功功率的控制方法及系统
技术领域
本发明属于风机控制技术领域，特别是涉及一种风机无功功率的控制方法及系统。
背景技术
目前国家风资源有限，为了降低运营成本，合理利用风资源，各个场站风机都趋向于大容量机组，使得各个场站现有风机机组型号及容量、台数均不相同，每个型号的风机极限无功出力情况也不相同，混合存在。然而风资源又是不可控的，风况变化过大会对电网电压造成影响，由于电网需要稳定电压，当电网电压值降低或升高，需要风机发出无功功率来调节电网电压使其稳定在一个标准的电压值上。这就使得在风机运行发电的过程中，需要每台风机实时发出无功来对电网电压进行调节，维持电网运行的稳定性。在调节的过程中如果不能使得每台风机合理的发出无功，使得个别台无功功率过高，就会影响这台有功功率，对全场发电量造成损失。
在风机运行，无功调节的过程中，都是通过智能系统进行通讯、控制。在通讯的过程中难免会出现系统异常、运行故障等情况的发生，就会影响控制的准确性，就会对全场发电量造成损失。
发明内容
针对上述存在的技术问题，本发明提供一种风机无功功率的控制方法及系统，该方法可以让风场内不同型号、容量的风机均衡的发出无功功率，在保证电网电压稳定的情况下又让每台风机有功功率可以达到最大化。同时，此系统可以避免由于系统原因发生的通讯不稳定，最终导致控制不精确的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明一种风机无功功率的控制方法，包括如下步骤：
S1：取得电网电压标准值U标，并网点电压实测值U实，电流实测值I实，电压的标准值与实测值的差值，作为风机机群电压调节值U调；
S2：通过与场内每台风力发电机组进行通讯，取得全场风机不同容量的风机台数N1，N2，N3…，对应的机组容量P1容，P2容，P3容…，取得每台风机机组的实测功率值P1实，P2实，P3实……；
S3：设定风机并网功率因数在±0.95内，即cosφ在±0.95内，并且功率因数cosφ公式：
Figure RE-GDA0002134406520000021
其中φ为相角差，限制风机无功功率能力范围为风机额定功率公式为
Figure RE-GDA0002134406520000022
约等于0.329倍，通过对场内所有风机可发无功值计算得到全场总无功功率范围值 Q总＝±((P1容×0.329)+(P2容×0.329)+(P3容×0.329)……)；
S4:根据无功功率的计算，
Figure RE-GDA0002134406520000023
得出全场所需无功功率Q调；其中：Q为功率，U为电压，I为电流，S为视在功率；
S5：判断Q调范围，当|Q调|>|Q总|，那么当Q调大于0，每台风机无功功率设定值为:Q设＝P容×0.329，当Q调小于0，每台风机无功功率设定值为P容× (-0.329)；
S6：当|Q调|<|Q总|，每台风机无功功率设定值为：Q设＝Q调÷Q总×(P实×0.329)；
S7：调节后，如果|U调|>0，继续风机无功功率，跳转到S4计算出Q调值作为新的无功调节值，记为Q新调值，当U调>0，每台风机无功功率设定值为Q设＝ Q调÷Q总×(P实×0.329)×(1+Q新调÷Q总)；当U调<0，每台风机无功功率设定值为Q设＝Q调÷Q总×(P实×(-0.329))×(1+Q新调÷Q总)。
一种调节全场风机无功的控制系统，包括数据采集模块、主计算模块、备计算模块及数据下发模块；
数据采集模块：与一个或多个风机系统相连接，用于采集线路数据和风机数据；
主计算模块，分别连接数据采集模块和数据下发模块：采集到的数据进行整理分析，通过计算得出每台风机无功功率设定值；
备计算模块，分别连接数据采集模块和数据下发模块：同时按照无功功率分配策略进行计算，当主计算模块故障，备计算模块下发指令；
数据下发模块：与风机或者风机系统相连接，下发每台无功设定值到风机地址里。
进一步地，所述主计算模块内设计算程序，并通过与备计算模块通信确认备机状态，同时将主计算模块状态发送至备计算模块中。
进一步地，所述备主计算模块内设计算程序，并通过与主计算模块通信确认主机状态，同时将备计算模块状态发送至主计算模块中。
进一步地，所述数据采集模块与计算模块通过正向隔离装置，实现数据采集模块与计算模块这两个安全区域之间的非网络方式的安全的数据交换；计算模块与数据下发模块通过反向隔离装置进行隔离，防止数据的逆向传递引起网络风暴。
进一步地，所述风机系统包括获取风机数据的上位机系统，获取线路电压、电流的智能电表系统。
本发明的有益效果为：
1.本发明根据每台风机自身功率进行调节无功，可以使全场无功均匀的分配到每台风机，不会单独使一台风机无功分配过高导致降低有功功率的情况。
2.当系统出现故障异常时，会使用备计算模块继续运行，使系统更稳定。
3.本发明可以保护风机网络、调度网络及计算机等硬件实体和通信链路免受攻击，便于管理。
附图说明
图1为本发明控制系统程序框图。
图2为本发明控制方法流程图。
图3为本发明带有隔离装置的控制系统框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例：如图1-图3所示，本发明一种风机无功功率的控制方法，包括如下步骤：
S1：取得电网电压标准值U标，并网点电压实测值U实，电流实测值I实，电压的标准值与实测值的差值，作为风机机群电压调节值U调；
S2：通过控制系统与场内每台风力发电机组进行通讯，取得全场风机不同容量的风机台数N1，N2，N3…，对应的机组容量P1容，P2容，P3容…，取得每台风机机组的实测功率值P1实，P2实，P3实……；
S3：设定风机并网功率因数在±0.95内，即cosφ在±0.95内，并且功率因数cosφ公式：
Figure RE-GDA0002134406520000041
其中φ为相角差，限制风机无功功率能力范围为风机额定功率公式为
Figure RE-GDA0002134406520000042
约等于0.329倍，即1.5MW风机最大无功可调节值为±493.5kvar；通过对场内所有风机可发无功值计算得到全场总无功功率范围值Q总＝±((P1容×0.329)+ (P2容×0.329)+(P3容×0.329)……)；
S4:根据无功功率的计算，
Figure RE-GDA0002134406520000043
得出全场所需无功功率Q调；其中：Q为功率，U为电压，I为电流，S为视在功率；
S5：判断Q调范围，当|Q调|>|Q总|，那么当Q调大于0，每台风机无功功率设定值为:Q设＝P容×0.329，当Q调小于0，每台风机无功功率设定值为P容× (-0.329)；
S6：当|Q调|<|Q总|，说明无功功率在可调节范围内，每台风机无功功率设定值为：Q设＝Q调÷Q总×(P实×0.329)；
S7：当调节后，如果|U调|>0，需要继续风机无功功率，计算出Q调值作为新的无功调节值，记为Q新调值，当U调>0，每台风机无功功率设定值为Q设＝ Q调÷Q总×(P实×0.329)×(1+Q新调÷Q总)；当U调<0，每台风机无功功率设定值为Q设＝Q调÷Q总×(P实×(-0.329))×(1+Q新调÷Q总)。
本发明一种调节全场风机无功的控制系统，包括数据采集模块、主计算模块、备计算模块及数据下发模块；
数据采集模块：与一个或多个系统风机系统相连接，此系统包括可以获取风机数据的上位机系统，可以获取线路电压、电流的智能电表系统，相连接，用于采集线路数据和风机数据；
主计算模块，分别连接数据采集模块和数据下发模块：采集到的数据进行整理分析，通过计算得出每台风机无功功率设定值；
备计算模块，分别连接数据采集模块和数据下发模块：同时按照无功功率分配策略进行计算，当主计算模块故障，备计算模块下发指令；
数据下发模块：与风机或者风机系统相连接，下发每台无功设定值到风机地址里。
所述主计算模块内设所述控制方法的计算程序，并通过与备计算模块通信确认备机状态，同时将主计算模块状态发送至备计算模块中。
所述备主计算模块内设所述控制方法的计算程序，并通过与主计算模块通信确认主机状态，同时将备计算模块状态发送至主计算模块中。
所述数据采集模块与计算模块通过正向隔离装置，实现数据采集模块与计算模块这两个安全区域之间的非网络方式的安全的数据交换；计算模块与数据下发模块通过反向隔离装置进行隔离，防止数据的逆向传递引起网络风暴。
正向隔离装置可以实现数据采集模块与计算模块这两个安全区域之间的非网络方式的安全的数据交换；可以虚拟主机IP地址、隐藏MAC地址；基于MAC、 IP、传输协议、传输端口以及通信方向的综合保温过滤与访问控制；支持 NAT；防止穿透性TCP连接，禁止内网、外网的两个应用网关之间直接建立TCP 连接。
反向隔离装置可以使计算模块区域内数据发送到数据下发模块，计算模块内的数据发送首先对需要发送的数据签名，然后发给反向型专用隔离装置，专用反向隔离装置接收到数据后，进行签名验证，并且对数据进行内容过滤，有效性检查等处理，将处理过的数据转发给数据下发模块的接收程序。
正向或反向隔离装置内外两个网卡在装置内部是非网络连接，只允许以物理方式实现数据单向传输，只能由数据采集模块传输数据到计算模块中。
本例中的正向或反向隔离装置均采用现有技术。
本发明根据每台风机自身功率进行调节无功，可以使全场无功均匀的分配到每台风机，不会使单独一台风机无功分配过高导致降低有功功率的情况。当系统出现故障异常时，会使用备计算模块继续运行，使系统更稳定。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非是对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (6)

1.一种风机无功功率的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：取得电网电压标准值U标，并网点电压实测值U实，电流实测值I实，电压的标准值与实测值的差值，作为风机机群电压调节值U调；
S2：通过与场内每台风力发电机组进行通讯，取得全场风机不同容量的风机台数N1，N2，N3…，对应的机组容量P1容，P2容，P3容…，取得每台风机机组的实测功率值P1实，P2实，P3实……；
S3：设定风机并网功率因数在±0.95内，即cosφ在±0.95内，并且功率因数cosφ公式：
Figure FDA0003882048210000011
其中φ为相角差，限制风机无功功率能力范围为风机额定功率公式为
Figure FDA0003882048210000012
约等于0.329倍，通过对场内所有风机可发无功值计算得到全场总无功功率范围值Q总＝±((P1容×0.329)+(P2容×0.329)+(P3容×0.329)……)；
S4:根据无功功率的计算，
Figure FDA0003882048210000013
得出全场所需无功功率Q调；其中：Q为功率，U为电压，I为电流，S为视在功率；
S5：判断Q调范围，当|Q调|＞|Q总|，那么当Q调大于0，每台风机无功功率设定值为:Q设＝P容×0.329，当Q调小于0，每台风机无功功率设定值为P容×(-0.329)；
S6：当|Q调|<|Q总|，每台风机无功功率设定值为：Q设＝Q调÷Q总×(P实×0.329)；
S7：调节后，如果|U调|＞0，继续风机无功功率，跳转到S4计算出Q调值作为新的无功调节值，记为Q新调值，当U调＞0，每台风机无功功率设定值为Q设＝Q调÷Q总×(P实×0.329)×(1+Q新调÷Q总)；当U调<0，每台风机无功功率设定值为Q设＝Q调÷Q总×(P实×(-0.329))×(1+Q新调÷Q总)。
2.采用如权利要求1所述一种风机无功功率的控制方法的控制系统，其特征在于：包括数据采集模块、主计算模块、备计算模块及数据下发模块；
数据采集模块：与一个或多个风机系统相连接，用于采集线路数据和风机数据；
主计算模块，分别连接数据采集模块和数据下发模块：采集到的数据进行整理分析，通过计算得出每台风机无功功率设定值；
备计算模块，分别连接数据采集模块和数据下发模块：同时按照无功功率分配策略进行计算，当主计算模块故障，备计算模块下发指令；
数据下发模块：与风机或者风机系统相连接，下发每台无功设定值到风机地址里。
3.根据权利要求2所述风机无功功率的控制系统，其特征在于：所述主计算模块内设计算程序，并通过与备计算模块通信确认备机状态，同时将主计算模块状态发送至备计算模块中。
4.根据权利要求2所述风机无功功率的控制系统，其特征在于：所述备计算模块内设计算程序，并通过与主计算模块通信确认主机状态，同时将备计算模块状态发送至主计算模块中。
5.根据权利要求2所述风机无功功率的控制系统，其特征在于：所述数据采集模块与计算模块通过正向隔离装置，实现数据采集模块与计算模块这两个安全区域之间的非网络方式的安全的数据交换；计算模块与数据下发模块通过反向隔离装置进行隔离，防止数据的逆向传递引起网络风暴。
6.根据权利要求2所述风机无功功率的控制系统，其特征在于：所述风机系统包括获取风机数据的上位机系统，获取线路电压、电流的智能电表系统。
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