CN113131534B - 风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法，包括采集高压侧电压和AVC指令，计算维持与所述AVC指令对应的高压侧电压所需的第一无功功率QX；计算各条汇集线的电缆的充电功率和箱变消耗的无功，计算风机需要补偿的第二无功功率QL；当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机，能够在保证电网高压侧电压稳定的同时，合理分配风机发出的无功和静止无功发生器发出的无功，为不同工况下的风力发电厂提供最优电压，从而保障风力发电厂的经济高效运行。本申请还公开了风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统。

Description

风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法和系统
技术领域
本发明属于电力系统电压和无功优化技术领域，特别是涉及风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法和系统。
背景技术
目前的自动电压控制系统(Automatic Voltage Control，AVC)对于风力发电厂起着维持高压侧电压稳定的作用，如何在自动电压控制的基础上保持厂内传输线的线损最小，是目前风电场电压控制中亟待解决的问题。
现有的自动电压控制系统对稳定升压变高压侧母线电压有着重要作用，目前自动电压控制系统所属的有两种无功控制电源，一是静止无功发生器，二是风力发电机。目前自动电压控制的无功分配模式主要有三种，一是由风机优先，二是静止无功发生器优先，三是静止无功发生器和风机各分担一半。这三种无功分配模式主要是基于技术管理的便利性设计的。但是，由于风力发电厂内部汇集线的线路较长，会出现一定程度的线损，这会导致两个问题，一是风力发电厂的自动电压控制起不到为风电场内降损的目的；二是过度强调电网的电压调节，就不利于平衡电厂方和电网方的经济利益。现在已有对风机进行自动电压控制的方案，但基本上都是基于优化算法进行设计的，计算量比较大，这与自动电压控制对无功实时调整的需求是相互冲突的。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法和系统，能够在保证电网高压侧电压稳定的同时，合理分配风机发出的无功和静止无功发生器发出的无功，为不同工况下的风力发电厂提供最优电压，从而保障风力发电厂的经济高效运行。
本发明提供的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法包括：
采集高压侧电压和AVC指令，计算维持与所述AVC指令对应的高压侧电压所需的第一无功功率QX；
计算各条汇集线的电缆的充电功率和箱变消耗的无功，计算风机需要补偿的第二无功功率QL；
当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机。
优选的，在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法中，所述当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机包括：
若QX为感性，若QX-QL大于SVG容量QSVG，SVG保持感性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；
若QX-QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。
优选的，在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法中，所述当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机包括：
若QX为容性，若QX+QL大于SVG容量QSVG，SVG保持容性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；
若QX+QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。
优选的，在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法中，在所述当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机之前，还包括：
判断当前是否有闭锁指令，当结果为是时，输出闭锁指令，维持当前状态不变，当结果为否时，输出无功分配指令。
优选的，在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法中，所述闭锁指令的触发基础包括系统电压越限、站内电压越限、风机电压越限、变流器超温报警或SVG超温报警。
本发明提供的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统包括：
第一计算装置，用于采集高压侧电压和AVC指令，计算维持与所述AVC指令对应的高压侧电压所需的第一无功功率QX；
第二计算装置，用于计算各条汇集线的电缆的充电功率和箱变消耗的无功，计算风机需要补偿的第二无功功率QL；
无功分配装置，用于当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机。
优选的，在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统中，所述无功分配装置具体用于若QX为感性，若QX-QL大于SVG容量QSVG，SVG保持感性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；若QX-QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。
优选的，在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统中，所述无功分配装置具体用于若QX为容性，若QX+QL大于SVG容量QSVG，SVG保持容性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；若QX+QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。
优选的，在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统中，还包括：
闭锁判断装置，用于判断当前是否有闭锁指令，当结果为是时，输出闭锁指令，维持当前状态不变，当结果为否时，输出无功分配指令。
优选的，在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统中，所述闭锁指令的触发基础包括系统电压越限、站内电压越限、风机电压越限、变流器超温报警或SVG超温报警。
通过上述描述可知，本发明提供的上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法，由于先采集高压侧电压和AVC指令，计算维持与所述AVC指令对应的高压侧电压所需的第一无功功率QX，然后计算各条汇集线的电缆的充电功率和箱变消耗的无功，计算风机需要补偿的第二无功功率QL，然后当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机，从而能够在保证电网高压侧电压稳定的同时，合理分配风机发出的无功和静止无功发生器发出的无功，为不同工况下的风力发电厂提供最优电压，从而保障风力发电厂的经济高效运行。本发明提供的上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统具有与上述方法同样的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法的实施例的示意图；
图2为本发明提供的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统的实施例的示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法和系统，能够在保证电网高压侧电压稳定的同时，合理分配风机发出的无功和静止无功发生器发出的无功，为不同工况下的风力发电厂提供最优电压，从而保障风力发电厂的经济高效运行。
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明提供的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法的实施例如图1所示，图1为本发明提供的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法的实施例的示意图，该方法可以包括如下步骤：
S1：采集高压侧电压和AVC指令，计算维持与AVC指令对应的高压侧电压所需的第一无功功率QX；
需要说明的是，这里的AVC即Automatic Voltage Control指令，也就是自动电压控制指令，对于风力发电厂起着维持高压侧电压稳定的作用，这种AVC指令是由调度下发的，而且这里的高压侧电压即当前高压侧母线的电压，比较这两者就能够计算出维持指令电压所需的第一无功功率Qx。具体的，Qx计算公式下如所示：
Qx＝(Uref-Ug)/Ue*S (1)
其中：Uref为升压变高压侧电压目标值，Ug为当前升压变高压侧电压，Ue为升压变高压侧额定电压，S为升压变高压侧电压的额定容量。
S2：计算各条汇集线的电缆的充电功率和箱变消耗的无功，计算风机需要补偿的第二无功功率QL；
具体的，箱变是将风机出口的定子电压转化汇集线所需的高压电压的变压器，QL的计算公式如下所示：
其中：Ud(％)为箱变短路阻抗百分比，Ie为箱变的高压侧额定电流，Iwind为风机的电流。I0(％)为箱变空载电流百分比，Se为变压器的额定容量，B为箱变至汇集线交汇点线路或电缆的电纳值，U为箱变高压侧电压，当高压侧电压未知时，使用箱变低压侧和箱变变比折算。
S3：当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机。
需要说明的是，这个最优电压分配计算环节是根据可调无功资源，分配SVG和风机之间的无功比例，主要原则是在SVG无功可调的前提下，分配给风机Qx数量的感性无功，保证电厂无功合理分配，降低场内汇集线线损，当SVG无功被完全占用时，SVG保持满出力，剩余的无功分配给风机。
通过上述描述可知，本发明提供的上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法的实施例中，由于先采集高压侧电压和AVC指令，计算维持与AVC指令对应的高压侧电压所需的第一无功功率QX，然后计算各条汇集线的电缆的充电功率和箱变消耗的无功，计算风机需要补偿的第二无功功率QL，然后当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机，从而能够在保证电网高压侧电压稳定的同时，合理分配风机发出的无功和静止无功发生器发出的无功，为不同工况下的风力发电厂提供最优电压，从而保障风力发电厂的经济高效运行。
在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法的一个具体实施例中，当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机可以具体包括如下步骤：
若QX为感性，若QX-QL大于SVG容量QSVG，SVG保持感性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；
若QX-QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。
这就能够进一步保证电厂无功合理分配，降低场内的汇集线线损。
在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法的另一个具体实施例中，当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机包括：
若QX为容性，若QX+QL大于SVG容量QSVG，SVG保持容性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；
若QX+QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。
这样能够进一步合理分配风机发出的无功和静止无功发生器发出的无功，为不同工况下的风力发电厂提供最优电压，从而保障风力发电厂的经济高效运行。
在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法的又一个具体实施例中，在当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机之前，还包括：
判断当前是否有闭锁指令，当结果为是时，输出闭锁指令，维持当前状态不变，当结果为否时，输出无功分配指令。
需要说明的是，这里的闭锁的主要含义是自动电压控制正在处于某种状态下，收到系统的闭锁指令后，会停止当前的状态下原有的控制模式和变化趋势，变更为维持当前状态，不再做任何变化，直至闭锁指令结束为止。
进一步的，上述闭锁指令的触发基础可以包括系统电压越限、站内电压越限、风机电压越限、变流器超温报警或SVG超温报警。也就是说，出现这些异常情况的话，会导致闭锁，不会进行无功分配，等到闭锁信号变为假时，才可以进行无功分配。
本发明提供的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统的实施例如图2所示，图2为本发明提供的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统的实施例的示意图，该系统包括：
第一计算装置201，用于采集高压侧电压和AVC指令，计算维持与AVC指令对应的高压侧电压所需的第一无功功率QX，需要说明的是，这里的AVC即Automatic VoltageControl指令，也就是自动电压控制指令，对于风力发电厂起着维持高压侧电压稳定的作用，这种AVC指令是由调度下发的，而且这里的高压侧电压即当前高压侧母线的电压，比较这两者就能够计算出维持指令电压所需的第一无功功率Qx；
第二计算装置202，用于计算各条汇集线的电缆的充电功率和箱变消耗的无功，计算风机需要补偿的第二无功功率QL，具体计算公式可以参考上面方法中的描述；
无功分配装置203，用于当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机，需要说明的是，这个最优电压分配计算环节是根据可调无功资源，分配SVG和风机之间的无功比例，主要原则是在SVG无功可调的前提下，分配给风机Qx数量的感性无功，保证电厂无功合理分配，降低场内汇集线线损，当SVG无功被完全占用时，SVG保持满出力，剩余的无功分配给风机。
上述系统能够在保证电网高压侧电压稳定的同时，合理分配风机发出的无功和静止无功发生器发出的无功，为不同工况下的风力发电厂提供最优电压，从而保障风力发电厂的经济高效运行。
在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统的一个具体实施例中，无功分配装置具体用于若QX为感性，若QX-QL大于SVG容量QSVG，SVG保持感性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；若QX-QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。这就能够进一步保证电厂无功合理分配，降低场内的汇集线线损。
在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统的另一个具体实施例中，无功分配装置具体用于若QX为容性，若QX+QL大于SVG容量QSVG，SVG保持容性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；若QX+QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。这样能够进一步合理分配风机发出的无功和静止无功发生器发出的无功，为不同工况下的风力发电厂提供最优电压，从而保障风力发电厂的经济高效运行。
在上述风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统的又一个具体实施例中，还可以包括：
闭锁判断装置，用于判断当前是否有闭锁指令，当结果为是时，输出闭锁指令，维持当前状态不变，当结果为否时，输出无功分配指令。需要说明的是，这里的闭锁的主要含义是自动电压控制正在处于某种状态下，收到系统的闭锁指令后，会停止当前的状态下原有的控制模式和变化趋势，变更为维持当前状态，不再做任何变化，直至闭锁指令结束为止。
进一步的，上述闭锁指令的触发基础包括系统电压越限、站内电压越限、风机电压越限、变流器超温报警或SVG超温报警。也就是说，出现这些异常情况的话，会导致闭锁，不会进行无功分配，等到闭锁信号变为假时，才可以进行无功分配。
综合来说，上述系统的结构简单，使用方便，生产成本低，能有效降低风力发电厂的汇集线线损。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法，其特征在于，包括：
采集高压侧电压和AVC指令，计算维持与所述AVC指令对应的高压侧电压所需的第一无功功率QX；
计算各条汇集线的电缆的充电功率和箱变消耗的无功，计算风机需要补偿的第二无功功率QL；
当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机；
所述当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机包括：
若QX为感性，若QX-QL大于SVG容量QSVG，SVG保持感性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；
若QX-QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL；
所述当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机包括：
若QX为容性，若QX+QL大于SVG容量QSVG，SVG保持容性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；
若QX+QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。
2.根据权利要求1所述的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法，其特征在于，在所述当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机之前，还包括：
判断当前是否有闭锁指令，当结果为是时，输出闭锁指令，维持当前状态不变，当结果为否时，输出无功分配指令。
3.根据权利要求2所述的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配方法，其特征在于，所述闭锁指令的触发基础包括系统电压越限、站内电压越限、风机电压越限、变流器超温报警或SVG超温报警。
4.一种风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统，其特征在于，包括：
第一计算装置，用于采集高压侧电压和AVC指令，计算维持与所述AVC指令对应的高压侧电压所需的第一无功功率QX；
第二计算装置，用于计算各条汇集线的电缆的充电功率和箱变消耗的无功，计算风机需要补偿的第二无功功率QL；
无功分配装置，用于当SVG可满足当前的无功需求时，维持风机无功出力在QL水平，否则维持SVG在满出力水平，将剩余需要的无功分配给风机；
所述无功分配装置具体用于若QX为感性，若QX-QL大于SVG容量QSVG，SVG保持感性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；若QX-QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL；
所述无功分配装置具体用于若QX为容性，若QX+QL大于SVG容量QSVG，SVG保持容性满出力，风机无功出力为QX-QSVG；若QX+QL小于SVG容量，SVG保持出力QX-QL，风机无功出力为QL。
5.根据权利要求4所述的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统，其特征在于，还包括：
闭锁判断装置，用于判断当前是否有闭锁指令，当结果为是时，输出闭锁指令，维持当前状态不变，当结果为否时，输出无功分配指令。
6.根据权利要求5所述的风力发电厂自动电压控制模式下的无功分配系统，其特征在于，所述闭锁指令的触发基础包括系统电压越限、站内电压越限、风机电压越限、变流器超温报警或SVG超温报警。
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