CN113131490B - 新能源场站的无功控制方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

提供一种新能源场站的无功控制方法、装置和系统。该方法包括：基于新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者新能源场站的功率预测值，计算新能源场站所需的总有功功率变化量；基于新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算新能源场站的总有功功率变化率；基于新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；基于总无功功率变化量和总有功功率变化率生成新能源场站的无功控制指令；根据新能源场站的无功控制指令对新能源场站进行无功功率控制。

Description

新能源场站的无功控制方法、装置和系统

技术领域

本公开涉及风力发电技术领域。更具体地，本公开涉及一种新能源场站的无功控制方法、装置和系统。

背景技术

在我国，风电和光伏等新能源场站开发具有规模大、开发模式集中等特点，随着新能源占比的不断提高，单机容量的不断增大，场站装机容量也在屡创新高。但由于新能源发电固有的间歇性特点，大规模新能源并网给电网运行带来了极大的挑战。加之新能源并网区域往往缺乏本地负荷和常规电源支撑，新能源发出的电能需要经过长距离送至负荷中心，造成送电通道随新能源出力的变化而无功电压波动较大。因此对新能源场站的无功控制和电压稳定性提出了越来越高的要求。

传统的电压和无功功率控制理论和技术虽已比较成熟，但通常只考虑电力系统当前时间断面，只有发现实际系统测量电压值越限或接近限值时才会触发控制逻辑，这在时间上存在滞后，本质上属于被动型控制，尤其是负荷的变化对电压的影响较大，对于新能源场站无功出力由于限电或风速的短时变化都有可能导致负荷的快速波动，因而造成电压的波动，如果采用传统的被动式无功控制，无法从根本上提高电压控制的合格率。

发明内容

本公开的示例性实施例在于提供一种新能源场站的无功控制方法、装置和系统，以基于负荷变化对无功电压的影响来实施无功功率的超前控制。

根据本公开的示例性实施例，提供一种新能源场站的无功控制方法，包括：基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制。

可选地，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量的步骤包括：当所述新能源场站限功率运行时，基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；当所述新能源场站非限功率运行时，基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值和从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值之中数值较小的值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量。

可选地，相同幅度的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量的幅度由集电线路未端到首端逐渐减小。

可选地，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量的步骤包括：针对所述新能源场站中的每个单台机组执行：基于单台机组的有功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量和当前时刻AGC有功功率计划值或者功率预测值，计算单台机组的有功功率变化量，基于单台机组的位置信息、有功功率值、无功功率值计算单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量；基于所述新能源场站中的所有单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量。

可选地，基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令的步骤包括：根据所述总有功功率变化量和所述总有功功率变化率，计算完成所述总有功功率变化量所需的响应时间；根据所述总无功功率变化量和所述新能源场站中的每个无功源的无功调节速率，分别计算每个无功源的无功功率变化量；基于计算出的每个无功源的无功功率变化量和每个无功源的无功功率值生成所述新能源场站的针对每个无功源的无功控制指令。

可选地，计算每个无功源的无功功率变化量的步骤包括：根据每个无功源的无功调节速率和所述响应时间，计算每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量；根据每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量，计算所述新能源场站在所述响应时间内可响应的总无功功率变化量；基于所述可响应的总无功功率变化量和所述总无功功率变化量，根据每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量计算每个无功源的无功功率变化量。

可选地，所述用于新能源场站的无功控制方法还可包括：基于每个无功源的可用无功功率容量，对每个无功源的无功功率变化量进行修正。

根据本公开的示例性实施例，提供一种新能源场站的无功控制装置，包括：第一计算单元，被配置为基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；第二计算单元，被配置为基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；无功预测单元，被配置为基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；指令生成单元，被配置为基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；和无功控制单元，被配置为根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制。

可选地，第一计算单元被配置为：当所述新能源场站限功率运行时，基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；当所述新能源场站非限功率运行时，基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值和从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值之中数值较小的值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量。

可选地，相同幅度的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量的幅度由集电线路未端到首端逐渐减小。

可选地，无功预测单元被配置为：针对所述新能源场站中的每个单台机组执行：基于单台机组的有功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量和当前时刻AGC有功功率计划值或者功率预测值，计算单台机组的有功功率变化量，基于单台机组的位置信息、有功功率值、无功功率值计算单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量；基于所述新能源场站中的所有单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量。

可选地，指令生成单元被配置为：根据所述总有功功率变化量和所述总有功功率变化率，计算完成所述总有功功率变化量所需的响应时间；根据所述总无功功率变化量和所述新能源场站中的每个无功源的无功调节速率，分别计算每个无功源的无功功率变化量；基于计算出的每个无功源的无功功率变化量和每个无功源的无功功率值生成所述新能源场站的针对每个无功源的无功控制指令。

可选地，指令生成单元还可被配置为：根据每个无功源的无功调节速率和所述响应时间，计算每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量；根据每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量，计算所述新能源场站在所述响应时间内可响应的总无功功率变化量；基于所述可响应的总无功功率变化量和所述总无功功率变化量，根据每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量计算每个无功源的无功功率变化量。

可选地，所述用于新能源场站的无功控制装置还可包括：修正单元，被配置为基于每个无功源的可用无功功率容量，对每个无功源的无功功率变化量进行修正。

根据本公开的示例性实施例，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现根据本公开的示例性实施例的用于新能源场站的无功控制方法。

根据本公开的示例性实施例，提供一种新能源场站控制系统，包括功率预测装置、站控层AGC装置和无功控制器，其中，所述功率预测装置用于获取所述新能源场站的功率预测值，并且将获取的所述新能源场站的功率预测值发送到所述无功控制器，所述AGC装置用于接收调度系统下发的所述新能源场站的AGC有功功率计划值，并且将接收的AGC有功功率计划值发送到所述无功控制器，所述无功控制器被配置为：基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制。

根据本公开的示例性实施例的用于新能源场站的无功控制方法、装置和系统，通过基于从自动发电量控制AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制，从而实现了基于负荷变化对无功电压的影响来实施无功功率的超前控制。

将在接下来的描述中部分阐述本公开总体构思另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本公开总体构思的实施而得知。

附图说明

通过下面结合示例性地示出实施例的附图进行的描述，本公开示例性实施例的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出根据本公开示例性实施例的新能源场站的无功控制方法的流程图；

图2示出根据本公开示例性实施例的新能源场站的无功控制装置的框图；和

图3示出根据本公开示例性实施例的新能源场站控制系统的拓扑结构示意图。

具体实施方式

现将详细参照本公开的示例性实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中，相同的标号始终指的是相同的部件。以下将通过参照附图来说明所述实施例，以便解释本公开。

随着自动发电量控制(Automatic Generation Control，简称AGC)、无功电压控制系统(Automatic Voltage Control，简称AVC)系统的日益完善以及短期负荷预测和超短期负荷预测技术的发展，新能源场站已具备了对负荷进行预测和分析的条件，因此可以考虑将负荷变化趋势纳入无功控制系统当中来，对电压变化进行超前控制，将电压无功控制与负荷预测、AGC计划调度相结合，改变现有无功电压控制以单一断面为研究对象的思路，通过考虑负荷变化趋势对设备动作策略进行优化，使控制策略具有预见性，以达到超前控制、提高电压无功质量和减少设备动作次数、避免调节振荡等目的。

目前在电网AGC和AVC的实际应用中，都是基于有功功率与无功功率解耦的前提下进行的，并不考虑两者之间的协调配合。而对于实际电力系统而言，尤其是处于电网未端的新能源场站，有功与无功之间的影响较大，由于两个系统之间的相互影响，可能导致控制指标下降，反复调节控制设备等问题，不利于电网和设备的安全与稳定。

新能源场站的有功控制存在两种情形，一种是自由发电状态，另一种是限功率运行状态，但不论哪种运行模式，都存在有功功率变化对场站电压的影响，由于有功出力的超前控制和与无功控制的解耦，有功的变化可能导致无功电压控制指标下降。系统负荷及发电机有功出力的变化会引起系统无功潮流的分布，如有功出力迅速增加，会使主变线路吸收的感性无功功率迅速增加，有功功率变化引起电流变化，而箱变、线路、主变均具有阻抗特性，因此在电流流动的过程中会造成上述设备消耗的感性无功的变化，无功功率变化值与电流变化值平方成正比。如线路长度为10km，单位电抗为0.3Ω/km，3相有功功率变化量为30M，线路电压等级为35kV，则有功功率变化量导致的相电流变化量为495A，引起的3相无功功率变化量约为2.2MVar，足以引起电压的较大变化，尤其处于系统末端的风电场，如不能快速响应这一无功的变化，电压会有明显的下降，进而会响电网电压水平。AGC系统的超前控制使得实际的负荷变化趋势可能没有那么明显，AVC只能被动地进行跟踪控制，而这又会导致AVC过调或欠调。

本公开的示例性实施例依托于AGC、功率预测系统，在新能源场站不限负荷时，可根据风功率预测对场站的有功出力进行预测，在出力计划值由AGC系统统一调度时，可将AGC系统指令引入AVC系统，这样即可对负荷的下一步变化进行预测，并对可能对电压造成的影响进行逆向调控，一般在负荷上升时，风电场站的母线电压会降低；在负荷下降时，风电场站母线电压会上升，在负荷趋于平稳时，母线电压也没有明显的改变，因此根据有功预测变化结果，结合场站主变、线路、箱变等电气参数，当前有功、无功、电压等信息预测电压波动方向及幅度，并针对这一变化，提前对无功进行伺服控制，根据不同的有功功率变化量及速率，采用相应的无功出力调整方式以平滑母线电压，达到电压控制具有超前性，预见性并提高电压无功控制质量，进一步提高无功电压控制的稳定性和控制合格率。

具体方法是根据目前短期负荷预测以及超短期负荷预测结果或AGC调度指令计划值，对负荷变化趋势进行分析，以5～15min为时间尺度，辨识负荷水平以及爬坡/滑坡/平稳等负荷变化趋势。在负荷爬坡时段，由于电压有下降的趋势，所以可以适当加大母线电压下限的压缩量，避免电压水平过分靠近电压下限运行，同时应闭锁减少无功出力、降低变压器分接头档位的控制命令；在负荷滑坡时段，由于电压有上升的趋势，所以可以适当加大母线电压上限的压缩量，避免电压水平过分靠近电压上限运行，同时应闭锁增加无功出力、提升变压器分接头档位的控制命令；在负荷平稳时段，由于电压的波动幅度并不显著，相对比较平稳，所以没必要加大电压上限或下限的压缩量，但应使电压尽量靠近压缩后的电压限值的中间区域运行。

本公开的示例性实施例的应用计及负荷变化对无功电压的影响，基于此，可实施电压的超前控制，可以主动寻找潜在的越限量，并提前进行控制，能真正地从本质上提高电压的合格率。

无功电压控制系统(AVC)是指电力系统中无功电压控制的设备或系统。系统阻抗是指从电源接入点往电源侧看呈现出的阻抗叫电力系统的阻抗，即电源的内阻。自动发电量控制(AGC)是能量管理系统EMS中的一项重要功能，它控制着调频机组的出力，以满足不断变化的用户电力需求，并使系统处于经济的运行状态。

图1示出根据本公开示例性实施例的用于新能源场站的无功控制方法的流程图。图1中的无功控制方法可适用于新能源场站，例如，风电场，具体地，可由AVC系统或者AVC装置执行，以下以风电场为例进行说明。

参照图1，在步骤S101，基于从自动发电量控制AGC系统接收的新能源场站(例如，风电场)的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的新能源场站(例如，风电场)的功率预测值，计算新能源场站(例如，风电场)所需的总有功功率变化量。这里，当前时刻AGC有功功率计划值是调度系统根据新能源场站(例如，风电场)的运行工况计算得到并下发的。AGC系统将调度系统下发的当前时刻AGC有功功率计划值发送到AVC系统。

在本公开的示例性实施例中，在计算新能源场站(例如，风电场)所需的总有功功率变化量时，当新能源场站(例如，风电场)限功率运行时，基于从AGC系统接收的新能源场站(例如，风电场)的当前时刻AGC有功功率计划值，计算新能源场站(例如，风电场)所需的总有功功率变化量；当新能源场站(例如，风电场)非限功率运行时，基于从AGC系统接收的新能源场站(例如，风电场)的当前时刻AGC有功功率计划值和从功率预测系统接收的新能源场站(例如，风电场)的功率预测值之中数值较小的值，计算新能源场站(例如，风电场)所需的总有功功率变化量。

具体来说，非限功率情况下风电场的有功功率(也被称为有功出力)随风速变化实时变化，因而所述有功计划值需结合风功率预测和超短期风功率预测系统进行评估计算。

假定在上一时刻风电场的AGC有功计划值为P₀，在当前时刻调度更新指令为P₁，再结合风功率预测系统短期和超短期负荷预测的情况，如当前超短期功率预测功率为P₂，无功电压控制系统在接收到相应值后，根据公式ΔP_sum＝min(P₁,P₂)-P₀计算风电场的有功功率变化量。

这里，ΔP_sum为全场机组在当前新更新的控制指令下需要增发或减少的有功功率变化量。

需说明的是，在实际应用中由于功率预测系统存在较大的预测误差，对实际有功功率变化量可根据实际情况进行考虑，但整体思想均在本申请的范围之内。

在步骤S102，基于新能源场站(例如，风电场)的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算新能源场站(例如，风电场)的总有功功率变化率。

具体来说，考虑到机组在升功率和降功率时的有功功率变化率有所不同，可以分别进行计算。

在升功率时：

这里，k_upPi为第i台机组在升功率时的有功功率变化率，单位kW/s，K_upPsum为全场升功率有功功率变化率，单位kW/s，N为当前时刻并网发电的风电机组的数量。

在降功率时：

这里，k_downPi为第i台机组在降功率时的有功功率变化率，单位kW/s，K_downPsum为全场降功率有功功率变化率，单位kW/s，N为当前时刻并网发电的风电机组的数量。

需说明的是，机组在并网发电时，由于所处地理位置不同，当前时刻的有功出力也会有所不同，所以在并网条件下不同机组所能向上或向下调整的速率虽然相同，但幅度会受如不能停机，不能超发等客观限制条件的约束，在实际有功出力的增加幅度上会有所不同，因此在基于有功出力变化对无功电压的影响时需对单机的有功出力变化的不同和所处节点位置的不同进行考量。

在步骤S103，基于新能源场站(例如，风电场)的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、新能源场站(例如，风电场)所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测新能源场站(例如，风电场)所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量。

在本公开的示例性实施例中，相同幅度的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量的幅度由集电线路未端到首端逐渐减小。

在本公开的示例性实施例中，在预测新能源场站(例如，风电场)所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量时，可首先针对新能源场站(例如，风电场)中的每个单台机组计算单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量，然后基于新能源场站(例如，风电场)中的所有单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量，计算新能源场站(例如，风电场)所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量。在本公开的示例性实施例中，在计算单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量时，可首先基于单台机组的有功功率值、新能源场站(例如，风电场)所需的总有功功率变化量和当前时刻AGC有功功率计划值或者功率预测值，计算单台机组的有功功率变化量，然后基于单台机组的位置信息、有功功率值、无功功率值计算单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量。

具体来说，可将风电场机组箱变信息、线路阻抗信息、以及主变信息进行定值设置，实时测量主变高低压侧有功无功值，并通过快速通信协议获取机组端有功无功值，再基于当前机组端有功值和新有功指令值，计算单台机组的有功增量，并结合单机的位置信息计算单机的有功增量经由箱变、线路和主变过程中造成的无功功率变化。相同幅度的有功功率变化引起的无功功率变化幅度由集电线路未端到首端逐渐减小。首先计算单台机组在箱变、线路、主变引起的总无功功率变化，再将各机组的影响无功汇总得到全场无功功率变化的总合。

具体地，可通过以下公式计算单台机组引起的无功功率变化量：

这里，VP_WTi为机组的有功功率变化量(新指令与当前指令的差值)，单位为kW；

U_Meas为当前时刻机组端的测量电压，考虑到机组网侧电压可能存在3相电压不平衡的情况，因此可取三相电压的平均值，单位为kV；

ΔI_WTi为电流变化量，单位为A；

i为当前机组标号；

ΔQ_Txbi为第i台机组由于有功出力的调整带来的箱变无功功率变化量，单位为Var；

k_ti为箱变变比(高压侧/低压侧)，X_ti为箱变折算至高压侧电抗，单位为Ω；

ΔQ_li为第i台机组经汇流线路至升压站在线路上引起的无功功率变化，单位为Var；

X_li为第i台机组汇流点至升压站线路的阻抗参数中的电抗值，单位为Ω；

L_i为第i台机组汇流点至升压站线路长度，单位为km；

ΔQ_Tmaini为第i台机组有功功率变化时流经升压站主变时造成的无功功率变化量，单位为Var；

k_main为升压站主变压器变比(高压侧/低压侧)；

X_Tmaini为升压站主变压器折算至高压侧电抗值，单位为Ω。

进一步地，根据公式VQ_WTi＝ΔQ_Tmaini+ΔQ_Txbi+ΔQ_li计算单机在风电场由于有功功率变化将产生的无功功率变化值。

VQ_WTi为单台机组在执行有功指令新计划值时，较前一指令由于有功功率变化在全场站范围内造成的无功波动值，单位为Var。

在步骤S104，基于总无功功率变化量和总有功功率变化率生成新能源场站(例如，风电场)的无功控制指令。

在本公开的示例性实施例中，在基于总无功功率变化量和总有功功率变化率生成新能源场站(例如，风电场)的无功控制指令时，可首先根据总有功功率变化量和总有功功率变化率，计算完成总有功功率变化量所需的响应时间，并且根据总无功功率变化量和新能源场站(例如，风电场)中的每个无功源的无功调节速率，分别计算每个无功源的无功功率变化量，然后基于计算出的每个无功源的无功功率变化量和每个无功源的无功功率值生成新能源场站(例如，风电场)的针对每个无功源的无功控制指令。

在本公开的示例性实施例中，在计算每个无功源的无功功率变化量时，可首先根据每个无功源的无功调节速率和响应时间，计算每个无功源在响应时间内可响应的无功功率变化量，并且根据每个无功源在响应时间内可响应的无功功率变化量，计算新能源场站(例如，风电场)在响应时间内可响应的总无功功率变化量，然后基于可响应的总无功功率变化量和总无功功率变化量，根据每个无功源在响应时间内可响应的无功功率变化量计算每个无功源的无功功率变化量。

在本公开的示例性实施例中，还可以基于每个无功源的可用无功功率容量，对每个无功源的无功功率变化量进行修正。

具体来说，估计有功功率变化量引起的母线电压波动情况，以使得AVC系统基于预测电压波动方向及幅度来超前进行逆向调压控制。AVC系统在超前电压控制时需考虑有功增量的变化率，需考虑单机有功增量的变化率，另外还需考虑无功功率变化与有功功率变化率的协调控制。

将单机无功功率变化进行汇总，得到全场由于场站有功计划值的变化造成的总无功波动值：

这里，N为当前时刻并网机组总台数，ΔQ_sum为由于有功计划值的变化造成的总功动波动估计值，单位kVAr。

根据当前系统情况，计算ΔQ_sum的变化将会引起的母线电压波动情况，具体计算公式如下：

这里，ΔV为全场预测无功功率变化量ΔQ_sum将引起的在并网点的无功偏差值，单位kV。V_pccmeas为当前时刻并网点的测量电压值，单位kV。X_s为当前时刻的系统阻抗值，单位Ω。

当计算值ΔV超过风电场并网点电压控制死区设定值时，对场站无功进行调节更新，当ΔV小于死区设定时，可不进行调节。

具体来说，可根据机组台数和机组抬升和降低无功的速率、以及全场有功功率变化速率，结合机组和集中式无功补偿设备的无功响应速度，协调各无功源的无功功率，以达到与有功功率变化引起的电压变化反向变化的无功功率调节，使场站在有功功率变化的同时，无功相应可到补偿，达到电压平滑过渡，超前预估，提前控制的目的。

由于有功负荷调整并非所有机组均具有完全一致性，因此在响应有功功率变化而对无功功率进行反向调节时，可根据全场有功功率增速进行以下计算。

不管有功向上调节或向下调节时，均将总有功功率变化量除以全场有功功率变化速率，得到有功计划值响应到位时间t，单位s。

或

在得到有功计划值响应到位时间t之后，可结合单机的无功调节速度以及可用无功容量对机组的无功进行调节。

具体地，在增加无功功率(即，ΔQ_sum＞0)时，单机i在时间t内的可增加无功功率量为：Q_CMDipos＝k_Qposi×t，风电场的总可增加无功功率量Q_sumpos为所有单机在时间t内的可增加无功功率量的总和：

这里，k_Qposi为单机i的无功功率增加速率。

如果abs(ΔQ_sum-Q_sumpos)＞δ，则说明风电场的总可增加无功功率与总需求还存在一定偏差，因此，将分配给单机i的无功功率变化量确定为

然后结合单机i的可用无功容量对分配给单机i的无功功率增量进行限幅Q_CMDipos’＝min(Q_CMDipos’,Q_iposA)。这里，Q_iposA为单机i的可用容性无功功率限值，Q_iposA的取值范围不小于0。无功控制指令中单机i的无功功率值为Q_CMDi＝Q_CMDipos’+Q_CMDiold。如果abs(ΔQ_sum-Q_sumpos)＜δ，则说明风电场的总可增加无功功率满足总需求。

具体地，在降低无功功率(即，ΔQ_sum＜0)时，单机i在时间t内的可降低无功功率量为：Q_CMDineg＝k_Qnegi×t，风电场的总可增加无功功率量Q_sumneg为所有单机在时间t内的可降低无功功率量的总和：

这里，k_Qnegi为单机i的无功功率降低速率。

如果abs(ΔQ_sum-Q_sumneg)＞δ，则说明风电场的总可增加无功功率与总需求还存在一定偏差，因此，将分配给单机i的无功功率变化量确定为

然后结合单机i的可用无功容量对分配给单机i的无功功率增量进行限幅Q_CMDineg’＝min(Q_CMDineg’,Q_inegA)。这里，Q_inegA为单机i的可用感性无功功率限值，Q_inegA的取值范围不小于0。无功控制指令中单机i的无功功率值为Q_CMDi＝Q_CMDineg’+Q_CMDiold。如果abs(ΔQ_sum-Q_sumneg)＜δ，则说明风电场的总可增加无功功率满足总需求。Q_CMDiold为在上一指令周期下发的无功控制指令中单机i的无功功率值，N为风电场中无功源的数量，δ为无功控制误差允许值，一般为经验值，例如，0.3MVar。

具体来说，在生成无功控制指令时，可综合考虑例如但不限于以下安全约束：风电场控制点的电压限值、风电场控制点的电压突变量限值、单机机端电压、单机的最大无功能力和可用无功容量、单机变流器的温度、无功补偿装置的最大无功补偿能力、无功补偿装置的预定约束条件等。

在步骤S105，根据新能源场站(例如，风电场)的无功控制指令对新能源场站(例如，风电场)进行无功功率控制。

具体来说，在风电场中进行无功功率控制时，可以执行以下步骤：

步骤1，数据采集：从系统中采集过程中需要的各种数据。

步骤2，闭锁检查：根据采集信息，判断系统是否需要闭锁(如电压超限、功率因数超限等)。

步骤3，告警识别：根据闭锁信息判断系统是否需要触发告警。

步骤4，接线识别：根据采集信息，自动识别系统拓扑结构。

步骤5，电压合格判断：判断风电场的电压是否合格。

步骤6，选择无功控制方法：当风电场的电压合格时，考虑有功负荷变化对无功控制的影响，选择图1中所示的根据本公开示例性实施例的用于新能源场站的无功控制方法，当风电场的电压不合格时，选择现有的无功控制方法。

步骤7，执行无功控制：根据在步骤6中选择的无功控制方法来执行无功控制。

以上已经结合图1对根据本公开示例性实施例的用于新能源场站的无功控制方法进行了描述。在下文中，将参照图2对根据本公开示例性实施例的用于新能源场站的无功控制装置及其单元进行描述。

图2示出根据本公开示例性实施例的用于新能源场站的无功控制装置的框图。

参照图2，用于新能源场站的无功控制装置包括第一计算单元21、第二计算单元22、无功预测单元23、指令生成单元24和无功控制单元25。

第一计算单元21被配置为基于从自动发电量控制AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量。这里，当前时刻AGC有功功率计划值是调度系统根据所述新能源场站的运行工况计算得到并下发的。

在本公开的示例性实施例中，第一计算单元21可被配置为：当所述新能源场站限功率运行时，基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；当所述新能源场站非限功率运行时，基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值和从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值之中数值较小的值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量。

第二计算单元22被配置为基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率。

无功预测单元23被配置为基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量。

在本公开的示例性实施例中，相同幅度的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量的幅度由集电线路未端到首端逐渐减小。

在本公开的示例性实施例中，无功预测单元23可被配置为：针对所述新能源场站中的每个单台机组执行：基于单台机组的有功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量和当前时刻AGC有功功率计划值或者功率预测值，计算单台机组的有功功率变化量，基于单台机组的位置信息、有功功率值、无功功率值计算单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量；基于所述新能源场站中的所有单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量。

指令生成单元24被配置为基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令。

在本公开的示例性实施例中，指令生成单元24可被配置为：根据所述总有功功率变化量和所述总有功功率变化率，计算完成所述总有功功率变化量所需的响应时间；根据所述总无功功率变化量和所述新能源场站中的每个无功源的无功调节速率，分别计算每个无功源的无功功率变化量；基于计算出的每个无功源的无功功率变化量和每个无功源的无功功率值生成所述新能源场站的针对每个无功源的无功控制指令。

在本公开的示例性实施例中，指令生成单元24还可被配置为：根据每个无功源的无功调节速率和所述响应时间，计算每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量；根据每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量，计算所述新能源场站在所述响应时间内可响应的总无功功率变化量；基于所述可响应的总无功功率变化量和所述总无功功率变化量，根据每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量计算每个无功源的无功功率变化量。

在本公开的示例性实施例中，用于新能源场站的无功控制装置还可包括：修正单元(未示出)，被配置为基于每个无功源的可用无功功率容量，对每个无功源的无功功率变化量进行修正。

无功控制单元25被配置为根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制。

此外，根据本公开的示例性实施例，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被执行时，实现根据本公开的示例性实施例的用于新能源场站的无功控制方法。

在本公开的示例性实施例中，所述计算机可读存储介质可承载有一个或者多个程序，当所述计算机程序被执行时可实现以下步骤：基于从自动发电量控制AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制。

计算机可读存储介质例如可以是，但不限于，电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储计算机程序的有形介质，该计算机程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。计算机可读存储介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质可以包含在任意装置中；也可以单独存在，而未装配入该装置中。

以上已经结合图2对根据本公开示例性实施例的用于新能源场站的无功控制装置进行了描述。接下来，结合图3对根据本公开的示例性实施例的计算装置进行描述。

图3示出根据本公开示例性实施例的新能源场站控制系统的拓扑结构示意图。新能源场站可以为例如但不限于风电场。

参照图3，新能源场站控制系统包括功率预测装置36、AGC装置37和无功控制器31，其中，功率预测装置36、AGC装置37分别与无功控制器31通讯连接。功率预测装置36用于获取所述新能源场站的功率预测值，并且将获取的所述新能源场站的功率预测值发送到所述无功控制器，AGC装置37用于接收调度系统下发的所述新能源场站的AGC有功功率计划值，并且将接收的AGC有功功率计划值发送到所述无功控制器31，无功控制器31被配置为：基于从自动发电量控制AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制。

如图3所示，新能源场站控制系统还包括远动设备32、上位机33和数据采集设备35。其中，数据采集设备35用于采集风电场内风力发电机组的运行数据。所述上位机33与所述无功控制器31通讯连接，用于实时监控所述无功控制器31的运行状态。所述远动设备32用于风电场与远程调度之间信息的传输和交换。

在一个示例中，无功控制器31例如为AVC系统或者AVC装置。

在本公开的示例性实施例中，无功控制器31可通过例如但不限于TCP/IP、OPCUA、Modbus、IEC104等通信方式与功率预测装置36进行通信。无功控制器31可通过例如但不限于TCP/IP、OPCUA、Modbus、IEC104等通信方式与AGC装置37进行通信。

需要说明的是，上述通信方式只是推荐方式，其它任何可实现快速数据交互的通信方式均可，通过各种通信的方式，将两个系统的数据进行交互的这种实际应用均在本申请的范围内。

以上已参照图1至图3描述了根据本公开示例性实施例的用于新能源场站的无功控制方法、装置和系统。然而，应该理解的是：图2中所示的用于新能源场站的无功控制装置及其单元可分别被配置为执行特定功能的软件、硬件、固件或上述项的任意组合，图3中所示的新能源场站控制系统并不限于包括以上示出的组件、装置，而是可根据需要增加或删除一些组件、装置，并且以上组件、装置也可被组合。

根据本公开的示例性实施例的用于新能源场站的无功控制方法、装置和系统，通过基于从自动发电量控制AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制，从而实现了基于负荷变化对无功电压的影响来实施无功功率的超前控制。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本公开，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (9)

1.一种新能源场站的无功控制方法，其特征在于，所述方法包括：

基于从自动发电量控制AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻自动发电量控制AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；

基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；

基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；

基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；

根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制，

其中，基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令，包括：

将所述总有功功率变化量除以所述总有功功率变化率，得到完成所述总有功功率变化量所需的响应时间；

通过根据所述总无功功率变化量和所述新能源场站中的每个无功源的无功调节速率计算出每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量、所述新能源场站在所述响应时间内可响应的总无功功率变化量、所述可响应的总无功功率变化量与所述总无功功率变化量之间的偏差，并且将所述偏差平均分配给所述新能源场站中的每个无功源来与每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量分别进行加法操作，得到每个无功源的无功功率变化量；

基于计算出的每个无功源的无功功率变化量和每个无功源的无功功率值生成所述新能源场站的针对每个无功源的无功控制指令。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量的步骤包括：

当所述新能源场站限功率运行时，基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；

当所述新能源场站非限功率运行时，基于从AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值和从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值之中数值较小的值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相同幅度的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量的幅度由集电线路未端到首端逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量的步骤包括：

针对所述新能源场站中的每个单台机组执行：

基于单台机组的有功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量和当前时刻AGC有功功率计划值或者功率预测值，计算单台机组的有功功率变化量，

基于单台机组的位置信息、有功功率值、无功功率值计算单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量；

基于所述新能源场站中的所有单台机组的有功功率变化量预期将造成的无功功率变化量，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述总无功功率变化量和所述新能源场站中的每个无功源的无功调节速率计算出每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量、所述新能源场站在所述响应时间内可响应的总无功功率变化量、所述可响应的总无功功率变化量与所述总无功功率变化量之间的偏差，包括：

分别计算每个无功源的无功调节速率和所述响应时间的乘积，得到每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量；

计算所述新能源场站中的每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量的总和，得到所述新能源场站在所述响应时间内可响应的总无功功率变化量；

计算所述可响应的总无功功率变化量和所述总无功功率变化量之间的偏差。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，得到每个无功源的无功功率变化量之后，还包括：

基于每个无功源的可用无功功率容量，对每个无功源的无功功率变化量进行修正。

7.一种新能源场站的无功控制装置，其特征在于，包括：

第一计算单元，被配置为基于从自动发电量控制AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻自动发电量控制AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；

第二计算单元，被配置为基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；

无功预测单元，被配置为基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；

指令生成单元，被配置为基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；和

无功控制单元，被配置为根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制，

其中，所述指令生成单元被配置为：

将所述总有功功率变化量除以所述总有功功率变化率，得到完成所述总有功功率变化量所需的响应时间；

通过根据所述总无功功率变化量和所述新能源场站中的每个无功源的无功调节速率计算出每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量、所述新能源场站在所述响应时间内可响应的总无功功率变化量、所述可响应的总无功功率变化量与所述总无功功率变化量之间的偏差，并且将所述偏差平均分配给所述新能源场站中的每个无功源来与每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量分别进行加法操作，得到每个无功源的无功功率变化量；

基于计算出的每个无功源的无功功率变化量和每个无功源的无功功率值生成所述新能源场站的针对每个无功源的无功控制指令。

8.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至6中任一项所述的新能源场站的无功控制方法。

9.一种新能源场站控制系统，其特征在于，包括功率预测装置、自动发电量控制AGC装置和无功控制器，

其中，所述功率预测装置用于获取所述新能源场站的功率预测值，并且将获取的所述新能源场站的功率预测值发送到所述无功控制器，

所述AGC装置用于接收调度系统下发的所述新能源场站的自动发电量控制AGC有功功率计划值，并且将接收的AGC有功功率计划值发送到所述无功控制器，

所述无功控制器被配置为：

基于从自动发电量控制AGC系统接收的所述新能源场站的当前时刻AGC有功功率计划值或者从功率预测系统接收的所述新能源场站的功率预测值，计算所述新能源场站所需的总有功功率变化量；

基于所述新能源场站的机组台数、并网机组台数和单台机组的有功功率变化率，计算所述新能源场站的总有功功率变化率；

基于所述新能源场站的各个单台机组的有功功率值和无功功率值、所述新能源场站所需的总有功功率变化量以及当前时刻AGC有功功率计划值，预测所述新能源场站所需的总有功功率变化量预期将造成的总无功功率变化量；

基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令；

根据所述新能源场站的无功控制指令对所述新能源场站进行无功功率控制，

其中，基于所述总无功功率变化量和所述总有功功率变化率生成所述新能源场站的无功控制指令，包括：

将所述总有功功率变化量除以所述总有功功率变化率，得到完成所述总有功功率变化量所需的响应时间；

通过根据所述总无功功率变化量和所述新能源场站中的每个无功源的无功调节速率计算出每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量、所述新能源场站在所述响应时间内可响应的总无功功率变化量、所述可响应的总无功功率变化量与所述总无功功率变化量之间的偏差，并且将所述偏差平均分配给所述新能源场站中的每个无功源来与每个无功源在所述响应时间内可响应的无功功率变化量分别进行加法操作，得到每个无功源的无功功率变化量；

基于计算出的每个无功源的无功功率变化量和每个无功源的无功功率值生成所述新能源场站的针对每个无功源的无功控制指令。

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