WO2018113265A1 - 无功功率的控制方法、装置和系统 - Google Patents

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张毅
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Definitions

  • the centralized reactive power compensation equipment in the existing wind power plant can only control its own reactive power output, and cannot control other reactive devices in the field, such as wind power generators or main transformer taps.
  • the unit reactive power compensation device in the wind farm has high self-consumption power, generally exceeding 1.5% of its own capacity, and the use cost is high.
  • the concentrated reactive power compensation equipment in the wind farm needs more than 50 square meters of floor space and corresponding equipment installation room, cooling system design, etc. The force is once and twice connected, and the construction cost, land acquisition cost, and engineering cost are very high.
  • An input interface configured to obtain an electrical quantity parameter of the preset control point
  • An output interface that sends an instruction to the controllable reactive device to provide the allocated reactive power.
  • the data collection device is configured to collect the electrical quantity parameter of the preset control point, and connect the control device via the communication line.
  • a reactive power control method including the following steps:
  • a reactive power allocation strategy is generated, and the reactive power allocation strategy is used to calculate the reactive power capability value of the controllable reactive power device in the wind power plant, and allocates the required reactive power to the reactive power device.
  • a command for indicating that the controllable reactive device generates the allocated reactive power is sent to the controllable reactive device.
  • the reactive power control method, device and system can be widely applied not only to the wind farm but also to other new energy stations, such as photovoltaic farms.
  • FIG. 3 is a schematic view showing the arrangement of control points for a wind farm according to an embodiment of the present invention.
  • the reactive power control method, apparatus, and system provided by the embodiments of the present invention can be widely applied not only to a wind farm but also to other new energy stations, such as a photovoltaic farm.
  • a wind farm for the sake of brevity, the following is only a detailed description of the wind farm.
  • the control methods of other new energy stations are similar to those of the wind farm, and the details are not described here.
  • the first implementation of the communication between the VMP management device 104 and the AVC server 101 can be relayed by the remote device 102.
  • the VMP system can provide a Modbus TCP/RTU protocol, can communicate with the remote device 102 of the wind farm, and accept control commands and upload response data scheduled by the AVC server 101.
  • the VMP management device 104 can be based on The Modbus TCP/RTU protocol uploads the telemetry and remote signaling data required for scheduling to the remote device 102.
  • the telecontrol device 102 can forward the telemetry and remote signaling data required for scheduling to the AVC server 101 based on the IEC 104 protocol.
  • the remote device 102 can receive the remote command issued by the AVC server 101 and forward the remote command to the VMP management device 104.
  • control device 200 can support the local control mode and the remote control mode, and can also provide at least one of the voltage control mode, the reactive control mode, and the power factor control mode.
  • FIG. 4 is a schematic structural diagram of a reactive power control device according to one or more embodiments of the present invention.
  • the reactive power control device 200 may further be provided with: an AC/DC conversion module for converting the collected voltage and current; and a communication for information interaction with the wind power generator, the reactive power compensation device, and the like. Module; an opening and closing module for controlling devices such as switching capacitors and reactors.
  • Embodiments of the present invention can communicate with the main change tap controller and issue commands, but do not integrate the tap control logic into the logic of the entire wind farm reactive control.
  • the monitoring software can be run on the industrial computer (also can be the monitoring module 210).
  • the communication protocol for monitoring information interaction may be Modbus TCP or the like. All running data sets in the VMP management device 104 can be collected in real time by the monitoring software, and these data sets are stored in the real-time history database.
  • the monitoring software can analyze and process the real-time data to form historical trend graphs, control strategy data, alarm information, etc., and then display them in real time. Analytical office
  • the historical database can be used by users for fault analysis and statistics.
  • the monitored data can be processed in other ways as needed to meet different application requirements.
  • FIG. 5 is a schematic flowchart of a method for controlling reactive power according to an embodiment of the present invention.
  • the electrical quantity parameter of the preset control point is collected, and the reactive power calculation value M2 of the preset control point is calculated based on the electrical quantity parameter.
  • a reactive power allocation strategy is generated based on the comparison result and the reactive power target value.
  • a command for indicating that the controllable reactive device generates the allocated reactive power is sent to the controllable reactive device.
  • S263 Allocating respective reactive powers to be generated for one or more wind power generators based on the reactive power target value and the first reactive power capability value N1.
  • S266 Allocating reactive power to be generated by the reactive power compensation device based on the reactive power target value and the second reactive power capability value N2.
  • S267 Compare the difference ⁇ M with a third preset dead zone value, wherein the third preset dead zone value is greater than the second preset dead zone value.
  • control method may include the following steps:
  • the reactive power control is a closed-loop control
  • the system detects the reactive power command issued in the real-time, and calculates the reactive power of the grid-connected point according to the voltage and current commands of the collected control point, when the difference between the two is greater than Adjustments are made during the dead zone to ensure control accuracy.
  • the electrical quantity parameter is the voltage U and the current I
  • the reactive power calculation value M2 is the reactive power Q
  • the reactive power Q calculating step includes:
  • the first control priority priority control is performed by using the wind turbine's own non-functional power as the main reactive power compensation of the wind farm, and the non-functional force of the reactive power compensation device such as SVG is used as a backup.
  • the safety constraint includes at least one of the following: a voltage limit constraint of the preset control point; a voltage abrupt constraint of the preset control point; a terminal voltage constraint of the wind power generator; and a maximum non-function of the wind power generator Force and available non-functional constraints; temperature of the wind turbine's converter Degree constraint; the maximum reactive power compensation capability of the reactive power compensation device.
  • S2100 Real-time acquisition of operating data during reactive power control.

Abstract

一种无功功率的控制方法、装置和系统。其中的装置包括：通信接口(201)，用于接收无功需求命令；输入接口(202)，用于获取预设控制点的电气量参数；策略计算模块(203)，基于电气量参数计算满足无功需求命令的无功目标值，基于无功目标值为可调控无功设备分配需提供的无功功率；输出接口(204)，向可调控无功设备发送提供所分配的无功功率的指令。可以实现多种协调控制，减少功率损耗，增加发电效益。

Description

无功功率的控制方法、装置和系统 技术领域
本发明涉及无功功率控制技术领域，尤其涉及一种无功功率的控制方法、装置和系统。
背景技术
目前，我国大多数地区对风电、光伏等新能源采取的是大规模集中式的开发模式。通常，大规模新能源开发区域都分布着数十个新能源场站，而单个新能源场站的装机容量都较大。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，这造成送电通道中的新能源出力的变化受无功功率波动的影响较大。新能源高占比对电网的电压支撑能力造成影响，出力的大幅波动导致电网电压调整困难，局部地区电压问题尤其突出。
现有新能源场站通常通过可调控无功设备，来控制无功功率。然而，现有的SVC(Static Var Compensator，静态无功补偿装置)以及SVG(Static Var Generator，静态无功发生器)等的性能良莠不齐，其控制模式也不统一。例如，有的以新能源升压站高压母线处无功截零为目标，按定无功进行控制。有的以升压站高压或低压母线为目标，按定电压进行控制。另外，具备无功调节能力的新能源设备也大都未能被有效利用，导致新能源场站空有无功调节裕度，未能发挥出其应有的系统电压控制能力。
此外，现有的风力发电场内的集中无功补偿设备一般只能控制自身无功出力，不能控制场内的其他无功装置，例如风力发电机或主变分接头。风力发电场内的机组无功补偿装置有很高的自耗电，一般都超过自身容量的1.5％，使用费用高。此外，风场内的集中无功补偿设备需要超过50平米以上的占地面积和对应的设备安装房间、散热系统设计等，设备需要电 力一次、二次连接，施工费用、征地费用、工程费用等消耗很高。
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无功功率的控制方法、装置和系统。
第一方面，提供了一种无功功率的控制装置，包括：
通信接口，用于接收无功需求命令；
输入接口，用于获取预设控制点的电气量参数；
策略计算模块，基于电气量参数计算满足无功需求命令的无功目标值，基于无功目标值为可调控无功设备分配需提供的无功功率；
输出接口，向可调控无功设备发送提供所分配的无功功率的指令。
第二方面，提供了一种无功功率的控制系统，包括：
设置在汇集线路上的至少一台风力发电机组，
上述控制装置，经由通信线路分别连接各台风力发电机组；
分别与至少一台风力发电机组和控制装置通信连接的无功补偿设备；
数据采集装置，用于采集预设控制点的电气量参数，经由通信线路连接控制装置。
第三方面，提供了一种无功功率控制方法，包括以下步骤：
接收无功需求命令，并基于无功需求命令来获取无功命令值M1；
采集预设控制点的电气量参数，并基于电气量参数来计算得到预设控制点的无功计算值M2；
计算无功命令值M1和无功计算值M2的差值△M；
基于差值△M，得到无功目标值；
将差值△M与预设死区值比较；
基于比较结果和无功目标值，生成无功分配策略，无功分配策略用于计算风力发电场内的可调控无功设备的无功功率能力值，并向可调控无功设备分配需提供的无功功率；
基于无功分配策略，向可调控无功设备发送用于指示可调控无功设备产生所分配的无功功率的命令。
需要说明的是，无功功率控制方法、装置和系统不仅可以广泛应用于风力发电场，还可以用于其他新能源场站，例如光伏发电场等。
本发明实施例通过获取预设控制点的电气量参数计算满足无功需求命令的无功目标值，基于无功目标值向可调控无功设备分配需提供的无功功率，通过控制装置与可调控无功设备间的信息交互，可以充分、有效地利用风力发电场内可调控无功设备的调控能力，可以减少功率损耗，增加发电效益。
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为可以应用于本发明实施例的控制系统的拓扑结构示意图。
图2是本发明一实施例的无功功率的控制装置的结构示意图。
图3是本发明一实施例的用于风力发电场的控制点的布置示意图。
图4是本发明一个或者多个实施例的无功功率的控制装置的结构示意图。
图5是本发明一实施例的无功功率的控制方法的示意性流程图。
图6是本发明另一实施例的无功功率的控制方法的示意性流程图。
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。
需要说明的是，本发明实施例提供的无功功率控制方法、装置和系统不仅可以广泛应用于风力发电场，还可以用于其他新能源场站，例如光伏发电场等。为了描述简洁，下面仅以风力发电场为例进行详细说明，其他新能源场站的控制方法与风力发电场的控制原理类似，该部分内容不再赘述。
图1为可以应用于本发明实施例的控制系统的拓扑结构示意图。
如图1所示，该拓扑结构可以包括：设置在电网公司的AVC(Automatic Voltage Control，自动电压控制)控制系统101，远动设备102和设置在风力发电场的VMP(Voltage/Var Management Platform，无功功率/无功电压管理平台)工作站103，VMP管理设备104，风力发电机105和106，无功补偿装置107和采集器108。
其中，AVC服务器101可以用于下发调度命令，实现电网调度功能。远动设备102可以是完成遥测、遥信、遥控和遥调等功能的设备。VMP工作站103可以对采集的数据进行分析、计算和管理。风力发电机105和106可以利用风能进行风力发电或者进行功率调节。无功补偿装置107可以是光伏逆变器、电容器、静态无功补偿装置SVC和静态无功发生装置SVG等。采集器108可以是PT(Potential Transformer，电压互感器)和CT(Current Transformer，电流互感器)，具体可以采集PT、CT信号。
其中，VMP管理设备104可以分别与VMP工作站103、风力发电机105和106、无功补偿装置107、采集器108和AVC服务器101进行信息交互。例如，VMP管理设备104可以实现所有跟风力发电机105和106、无功补偿装置107等可调控无功设备与升压站主变有载调压分接头之间双向信息互动。具体的，VMP管理设备104可以通过安装VMP系统实现上述信息互动。其中，VMP系统可以提供多种通讯协议以适应于不同的调度构架。
其中，VMP管理设备104与AVC服务器101的通讯的第一种实现方式可以通过远动设备102中转。VMP系统可以提供Modbus TCP/RTU协议，可以与风力发电场的远动设备102进行通讯，并接受AVC服务器101调度的控制命令和上传响应的数据。具体的，VMP管理设备104可以基于 Modbus TCP/RTU协议向远动设备102上传调度要求的遥测、遥信数据。远动设备102可以基于IEC104协议向AVC服务器101转发调度要求的遥测、遥信数据。此外，远动设备102可以接收AVC服务器101下发的遥调命令，并向VMP管理设备104转发该遥调命令。
此外，VMP管理设备104与AVC服务器101的通讯的第二种实现方式可以如下所述。VMP管理设备104也支持直接通过IEC104协议直接与AVC服务器101进行通讯和控制。具体的，VMP管理设备104可以基于IEC104协议直接向AVC服务器101上传调度要求的遥测、遥信数据。AVC服务器101可以基于IEC104协议向VMP管理设备104下发遥调命令。
VMP管理设备104还可以对采集的数据进行分析、计算和管理，实现无功功率控制管理，该部分内容还将在下文进行描述。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中的服务器、风力发电机等设备的数目仅仅是示意性的，具体可以根据实现需要进行灵活调整。
下面各实施例均可以应用于本拓扑结构，为了描述简洁，各实施例中的内容可以相互参考和引用。
图2是本发明一实施例的无功功率的控制装置的结构示意图。
本实施例的无功功率控制装置200可以应用于图1所述的场景中，该控制装置200可以是图1中的VMP管理设备104。
如图2所示，无功功率控制装置200可以包括：通信接口201、输入接口202、策略计算模块203和输出接口204。其中，通信接口201可以用于接收无功需求命令；输入接口202可以用于获取预设控制点的电气量参数；策略计算模块203可以基于电气量参数计算满足无功需求命令的无功目标值，基于无功目标值向可调控无功设备分配需提供的无功功率；输出接口204可以向可调控无功设备发送提供所分配的无功功率的指令。
在本实施例中，电气量参数可以是预设控制点处(该预设控制点选择方式将在图3的实施例中进行描述)的电流参数和电压参数。该电气量参数可以由图1中的采集器108采集，然后利用输入接口202获取所采集的电气量参数。另外，还可以在无功功率控制装置200内部集成采集元件， 利用采集元件直接采集该电气量参数。例如，可以利用PT和CT分别采集预设控制点的PT、CT信号。可以理解，PT和CT无需直接设置在控制点上，可以设置在控制点附近，此时所采集的电气量参数可以认为是控制点的参数。
在一些实施例中，可以利用硬接线采集预设控制点的电气量参数。由此，通过硬接线直接采集预设控制点的电气量参数，可以确保所采集的数据准确、延迟小，进而可以确保无功功率控制的准确性和可靠性。
在一些实施例中，可调控无功设备包括：风力发电机组和无功补偿装置。无功补偿装置可以包括新能源场站内的以下项中的至少一种：逆变器、电容器、静态无功补偿装置SVC和静态无功发生装置SVG。
在一些实施例中，控制装置200可以支持就地控制方式和远程控制方式，还可以提供电压控制模式、无功控制模式和功率因数控制模式中的至少一种控制模式。
图3是本发明一实施例的用于风力发电场的控制点的布置示意图。
如图3所示，风力发电场内布置有：高压侧母线，低压侧母线，CT301、304、308和311，PT302、305、309和312，主变压器303和310，风力发电机组306和313，SVC307和314。其中，风力发电机组306和313通过汇集线路(图中未标注)接入低压侧母线，低压侧母线通过主变压器303或者310接入高压侧母线。CT301设置在高压侧母线与主变压器303之间，CT304设置在低压侧母线与主变压器303之间，CT308设置在高压侧母线与主变压器310之间，CT311设置在低压侧母线与主变压器310之间。PT302、309设置在高压侧母线上，PT305、312设置在低压侧母线上。
控制点1可以设置在主变压器303与高压侧母线的接口点，控制点2可以设置在主变压器310与高压侧母线的接口点，控制点3可以设置在主变压器303与低压侧母线的接口点，控制点4可以设置在主变压器310与低压侧母线的接口点。
具体控制点的选择方式可以根据当前的控制方式进行选择。在就地控制方式下，预设控制点可以选择选自控制点3和控制点4。在远程控制方 式下，预设控制点可以选择选自控制点1和控制点2。
图4是本发明一个或者多个实施例的无功功率的控制装置的结构示意图。
如图4所示，无功功率控制装置200可以包括：通信接口201、输入接口202、策略计算模块203和输出接口204、控制模式模块205、电压控制模块206、无功控制模块207、功率因数控制模块208、安全限制控制模块209和监控模块210。
图4中的第一个实施例可以在图2实施例的基础上增加安全限制控制模块209。其中，安全限制控制模块209可以用于设置电压控制的安全约束条件，向策略计算模块203发送安全控制指令，安全控制指令用于指示策略计算模块在分配无功功率时，需满足安全约束条件。
其中，安全约束条件包括以下项中的至少一种：预设控制点的电压限值约束；预设控制点的电压突变量约束；风力发电机组的机端电压约束；风力发电机组的最大无功能力和可用无功能力约束；风力发电机组的变流器的温度约束；无功补偿装置的最大无功补偿能力约束。
图4中的第二个实施例可以在图2实施例的基础上增加控制模式模块205。其中，控制模式模块205可以用于在就地控制方式或者远程控制方式下，提供电压控制模式、无功控制模式和功率因数控制模式中的至少一种控制模式。
图4中的第三个实施例可以在图4中的第二个实施例的基础上增加：电压控制模块206。其中，电压控制模块206用于选取电压控制模式。在本实施例中，通信接口201还用于在电压控制模式下，接收电压需求命令；输入端口202还用于在电压控制模式下，获取预设控制点的电压参数。
图4中的第四个实施例可以在图4中的第二个实施例的基础上增加：无功控制模块207。其中，无功控制模块207用于选取无功控制模式。在本实施例中，通信接口201还用于在无功控制模式下，接收无功功率需求命令；输入端口202还用于在无功控制模式下，采集预设控制点的无功功率参数。
图4中的第五个实施例可以在图4中的第二个实施例的基础上增加： 功率因数控制模块208。其中，功率因数控制模块208用于选取功率因数控制模式。在本实施例中，通信接口201还用于在功率因数控制模式下，接收功率因数需求命令；输入端口202还用于在功率因数控制模式下，采集预设控制点的功率因数参数。
图4中的第六个实施例可以在图2实施例的基础上增加：监控模块210。其中，监控模块210用于实时采集无功功率控制过程中的运行数据，对实时采集的运行数据进行分析处理并实时显示。
需要说明的是，监控模块210既可以设置在无功功率控制装置200内，也可以单独设置，用于监控无功功率控制装置200的运行情况。具体监控模块210的设置方法可以根据实际情况进行灵活调整，此方面内容不做限制。
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中的模块，能够以电子硬件、电子硬件和计算机软件结合的方式来实现。这些组件所实现的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。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。本领域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。
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功能模块，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。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。本领域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。
上述各实施例可以基于分散式的无功补偿思想，采用PLC作为控制模块；采用工业服务器与风力发电场风力发电机和风力发电场的动态无功补偿设备进行通信，同时具备与固定投切式的电容和电抗器进行通讯和控制的开入开出节点。
需要说明的是，无功功率控制装置200还可以设置有：用于将所采集电压和电流进行转换的AC/DC转换模块；用于与风力发电机、无功补偿设备等进行信息交互的通讯模块；用于控制投切式电容、电抗器等设备的开入开出模块。
上述可知，本发明实施例可以通过控制装置将所有跟风机、光伏、调度、SVC/SVG等可调控无功设备及升压站主变有载调压分接头之间实现双向信息互动，这样可实现VMP控制500台以上的设备，这样可以使设备性价比更高，且控制策略统一。
本发明实施例可以只需要二次供电系统连接，自身耗电低于1.5kW，同时设备占地面积小于0.5平米，大幅度减少了设备施工及场地和费用。
本发明实施例增加监控功能，实现远程在监控室实时操作VMP设备，下发控制命令，实时监控主变高低压侧电压、有功、无功等实时数据，电压控制实时曲线效果，高低压侧母线电压安全区及目前所处的位置，所有风机、光伏、SVC/SVG等的实时数据，风电场、光伏电站总的无功容量及已发出容量统计，精确无功控制实时历史语音报警、用户的准确管理，命令下发事件统计，故障处理历史数据分析等功能，以满足电网及现场值班员要求。
本发明实施例能与主变分接头控制器进行通讯和下发命令，但不将分接头控制逻辑整合到整个风电场无功控制的逻辑中。
其中，监控软件可以运行在工控电脑(也可以是监控模块210)上。用于监控的信息交互的通信协议可以为Modbus TCP等。通过监控软件可以实时采集VMP管理设备104中的所有运行数据集，并将这些数据集存储在实时历史数据库中。监控软件可以将实时数据经过解析处理，形成历史趋势图、控制策略数据、报警信息等，然后，进行实时显示。经分析处 理后的历史数据库可以供用户做故障分析及统计时使用。另外，可以根据需要将监控的数据进行其他方式的处理，以满足不同的应用需求。
本发明实施例可以根据大量的历史数据对故障分析做支撑，还可以实时掌握风场无功容量，电压值，安全区域，方便用户查看现场的电压无功控制效果。另外，可以根据当前实时波形，场站无功容量，安全区域，方便下发控制命令及大量的故障分析历史数据。
本发明实施例还可以使所有应用现场VMP软硬件版本统一，方便维护及升级。
本发明实施例还可以在新建风电场的应用将大幅减少客户用于风电场集中无功补偿设备的总建设投资；在已建成风电场的应用将大幅降低无功补偿设备的功耗。
另外，本发明实施例提出了一种用于风力发电场的无功功率控制系统。该系统可以包括：设置在汇集线路上的至少一台风力发电机组，上述的控制装置200，经由通信线路分别连接各台风力发电机组；分别与至少一台风力发电机组和控制装置通信连接的无功补偿设备；数据采集装置，用于采集预设控制点的电气量参数，经由通信线路连接控制装置200。
可以理解，无功功率控制系统还可以包括计算机、服务器和辅助的电力设备等设备，例如交换机、网关和电缆等。
图5是本发明一实施例的无功功率的控制方法的示意性流程图。
上述控制装置200可以作为本控制方法的实施主体，执行下面各步骤的操作，可以理解，本控制方法的执行主体也可以是其他的功能单元或者功能模块，此方面的内容不做限制。
如图5所示，在S510中，接收无功需求命令，并基于无功需求命令来获取无功命令值M1。
在S520中，采集预设控制点的电气量参数，并基于电气量参数来计算得到预设控制点的无功计算值M2。
在本实施例中，采集预设控制点的电气量参数包括：利用硬接线采集预设控制点的电气量参数。具体可以利用PT和CT分别采集控制点的PT、CT信号。
在S530中，计算无功命令值M1和无功计算值M2的差值△M。
在本实施例中，计算方式为减法运算。
在S540中，基于差值△M，得到无功功率目标值。
在S550中，将差值△M与预设死区值比较。
在本实施例中，比较方法可以为差值比较的方法。
在S560中，基于比较结果和无功功率目标值，生成无功功率分配策略。
其中，无功分配策略可以用于计算风力发电场内的可调控无功设备的无功功率能力值，并向可调控无功设备分配需完成的无功功率。其中，可调控无功设备可以包括：风力发电机组和无功补偿装置。其中，无功补偿装置可以包括以下项中的至少一种：光伏逆变器、电容器、静态无功补偿装置SVC和静态无功发生装置SVG。
在S570中，基于无功分配策略，向可调控无功设备发送用于指示可调控无功设备产生所分配的无功功率的命令。
本发明实施例通过计算无功命令值M1和无功计算值M2的差值，并将该差值与预设死区值比较后生成无功分配策略，再基于无功分配策略进行无功功率控制，通过控制装置与控制对象间的信息交互，来实现多种协调控制，可以充分、有效地利用风力发电场内可调控无功设备的调控能力，可以减少功率损耗，提高了风力发电场出力，增加发电效益。
在本实施例中，生成无功功率分配策略的步骤可以包括S261至S263。
S261：将差值△M与第一预设死区值比较。
S262：当差值△M大于第一预设死区值时，计算风力发电机组中一台或者多台风力发电机的第一无功功率能力值N1。
S263：基于无功目标值和第一无功功率能力值N1，为一台或者多台风力发电机分配各自需产生的无功功率。
本实施例的应用场景可以是：风场的风较大，风力发电机满足上述的安全约束条件，需要的调节量在风力发电机的安全边界内，风力发电机组可以完成分配的任务，此时可以选择本方式进行控制。
其中，预设死区值可以指示电压的波动情况。根据实际情况，可以对 预设的死区值进行针对性的设置。例如，第一预设死区值是目标值的3％，即当电压波动达到3％时，需要进行控制。
由此，本实施例可以最大限度的释放风力发电机自身的无功能力。经过大量的实验，得到的数据可以表明：
在风力发电场稳态运行下，风力发电机能提供33％的风力发电场装机容量的无功功率。当系统处于低电压穿越时，风力发电机最大能够提供100％的风力发电机额定电流的无功电流支撑。在风力发电场稳态运行时，可以减少甚至取消集中无功补偿出力，降低用电损耗，提高风力发电场的整体效益。
以全部采用GW1.5MW风力发电机的5万装机容量风力发电场为例，当风力发电场稳态运行时，全部风力发电机能够提供的无功补偿容量为：-16500kVvar～+16500kVvar。在风力发电场出现低电压故障时，故障期间每台风力发电机最大可以提供1500A容性无功电流，风力发电机无功电流的响应时间可以小于50ms。
作为生成无功分配策略实施例的一个变形，可以在S261至S263的基础上增加S264至S266。
S264：将差值△M与第二预设死区值比较，其中，第二预设死区值大于第一预设死区值。
S265：当差值△M大于第二预设死区值时，计算无功补偿装置的第二无功功率能力值N2。
S266：基于无功目标值和第二无功功率能力值N2，为无功补偿装置分配各自需产生的无功功率。
本实施例的应用场景可以是：风场的风力一般，风力发电机和SVG等设备满足上述的安全约束条件，此时可以选择本方式进行控制。
作为生成无功分配策略实施例的又一个变形，可以在S264至S265的基础上增加S267和S268。
S267：将差值△M与第三预设死区值比较，其中，第三预设死区值大于第二预设死区值。
S268：当差值△M大于第三预设死区值时，基于无功目标值、第一无 功功率能力值N1和第二无功功率能力值N2，为风力发电机组和无功补偿装置分配各自需产生的无功功率。
本实施例的应用场景可以是：风场的风力较小，风力发电机不满足上述的安全约束条件，需要的调节量不在风力发电机的安全边界内，风力发电机组无法完成分配的任务，此时可以选择本方式进行控制。
图6是本发明另一实施例的无功功率的控制方法的示意性流程图。
如图6所示，该控制方法可以包括如下的步骤：
S601，接收无功需求的命令。
该命令可以是由调度发出，也可以是由控制装置200本地发出。下面将分3种情况详细进行描述。例如在电压控制模式下，接收的是电压需求命令V。例如在无功控制模式下，接收的是无功功率需求命令Q。例如在功率因数控制模式下，接收的是功率因数需求命令Cos。
S602，获取预设控制点CT/PT二次回路采集信号。
所采集的基础信号是电压值和电流值，基于电压值和电流值进行运算可以获取各种控制模式下所需的电气量参数。
S603，计算采集点V、Cos和Q。
例如在电压控制模式下，计算采集点V。例如在无功控制模式下，计算采集点Q。例如在功率因数控制模式下，计算采集点Cos。
S604，计算满足命令要求的无功目标值。
S605，利用安全约束条件进行约束。
S606，利用无功分配算法计算具体需要分配的无功功率。
S607，向风力发电机组或者其他的无功源(即上述的可调控无功设备)分配需完成的无功功率。
在本实施例中，无功功率的控制方法可以支持远程控制方式和就地控制方法。在这两种控制方式中，各有三种控制模式：电压控制模式、无功控制模式和功率因数控制模式。
在一可选的实施例中，该控制方法还可以包括以下步骤：
预先设置电压控制模式；
在电压控制模式下，无功命令值M1为电压命令值U CMD，电气量参 数为电压U，差值△M为电压△U，电压△U为电压命令值U CMD与电压U的差值。
具体的，当控制点为电压模式时，其无功的计算公式为：
ΔQ＝(ΔU X)×UCMD，其中X表示系统阻抗，UCMD为电压命令值。
在另一可选的实施例中，该控制方法还可以包括以下步骤：
预先设置无功控制模式；
在无功控制模式下，电气量参数为电压U和电流I，无功计算值M2为无功功率Q，其中，无功功率Q基于电压U和电流I计算得到。
具体的，无功控制为一个闭环控制，系统会实时检测调度下发的无功命令，并根据采集到的控制点的电压电流命令计算并网点无功功率，当二者之间的差值大于死区时就进行调节，确保控制的准确性。
在又一可选的实施例中，该控制方法还可以包括以下步骤：
预先设置功率因数控制模式；
在功率因数控制模式下，电气量参数为电压U和电流I，无功计算值M2为无功功率Q，其中，无功功率Q计算步骤包括：
基于电压U和电流I，计算预设控制点的有功功率P和计算电压U和电流I之间的相位差Φ；
基于有功功率P和相位差Φ，计算得到无功功率Q。
具体的，功率因数控制和电压控制的策略与此类似。当控制点为功率因数模式时，功率因数控制类似，其无功的计算公式为：
Q＝P×tan(acos(cos命令))
其中，“命令”是指远程或者就地端给出的控制命令。
具体的，可选择不同的控制模式对风力发电场的无功源(例如风力发电机和集中无功补偿装置)进行集中控制和调节。每种控制模式都可以通过合理的控制算法转化为无功目标值，同时考虑所有安全约束条件(该部分内容下文还将描述)，经过内部无功分配策略形成不同无功源的不同控制命令，并实时检测比较控制点与目标值的差距形成闭环控制。
其中，无功控制策略的响应条件可以包括：
1、|命令值–计算值|>死区设定值；
2、VMP系统无告警；
3、VMP系统处于投运状态；
4、电网电压，频率处于正常运行范围。
另外，可以根据风力发电场的实际情况和调度要求，选择风力发电场风力发电机和无功补偿设备的控制优先级。例如可以选择：
第一控制优先级：以风力发电机的自身无功能力作为风力发电场的主要无功补偿进行优先控制，将SVG等无功补偿装置的无功能力作为备用。
第二控制优先级：以SVG的无功容量作为风力发电场的主要无功补偿进行优先控制，将风力发电机组的无功容量作为备用。
第三控制优先级：同时控制SVG和风力发电机的无功，以一定的原则对风力发电机和SVG无功进行分配。
在选择具体的控制优先级时，经常需要考虑如下情况：
第一种情况，风场的风较大，风力发电机满足上述的安全约束条件，需要的调节量在风力发电机的安全边界内，风力发电机组可以完成分配的任务时，此时可以选择第一控制优先级进行控制。
第二种情况，风场的风力较小，风力发电机不满足上述的安全约束条件，需要的调节量不在风力发电机的安全边界内，风力发电机组无法完成分配的任务时，此时可以选择第二控制优先级进行控制。
第三种情况，风场的风力一般，风力发电机和SVG等设备满足上述的安全约束条件，此时可以选择第三控制优先级进行控制。
在一可选的实施例中，可以在上述各个实施例的基础上增加S280和S290。
S280：预先获取安全约束条件。
S290：基于安全约束条件、比较结果和无功目标值，生成无功分配策略。
其中，安全约束条件包括以下项中的至少一种：预设控制点的电压限值约束；预设控制点的电压突变量约束；风力发电机的机端电压约束；风力发电机的最大无功能力和可用无功能力约束；风力发电机的变流器的温 度约束；无功补偿装置的最大无功补偿能力约束。
由此，本实施例可以保障风电机组及风力发电场的安全稳定运行，以及无功补偿装置的安全。
在一可选的实施例中，可以在上述各个实施例的基础上增加S2100至和S2120。
S2100：实时采集无功功率控制过程中运行数据。
S2110：对实时采集的运行数据进行分析处理并实时显示。
S2120：监控实时显示的数据。
根据本发明实施例的用于风力发电场的无功功率控制的装置和系统可以对应于根据本发明实施例的用于风力发电场的无功功率控制的方法中的执行主体，可以执行控制方法中的各个流程步骤，为了描述简洁，此方面内容不再赘述。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，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、装置或单元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。
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 (25)

  1. 一种无功功率的控制装置，其特征在于，包括：
    通信接口，用于接收无功需求命令；
    输入接口，用于获取预设控制点的电气量参数；
    策略计算模块，基于所述电气量参数计算满足所述无功需求命令的无功目标值，基于所述无功目标值为可调控无功设备分配需提供的无功功率；
    输出接口，向所述可调控无功设备发送提供所分配的无功功率的指令。
  2. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可调控无功设备包括：风力发电机组和无功补偿装置。
  3. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述无功补偿装置包括新能源场站内的以下项中的至少一种：逆变器、电容器、静态无功补偿装置SVC和静态无功发生装置SVG。
  4. 根据权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：
    安全限制控制模块，用于设置电压控制的安全约束条件，向所述策略计算模块发送安全控制指令，所述安全控制指令用于指示所述策略计算模块在分配无功功率时，需满足所述安全约束条件。
  5. 根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述安全约束条件包括以下项中的至少一种：
    所述预设控制点的电压限值约束；
    所述预设控制点的电压突变量约束；
    所述风力发电机组的机端电压约束；
    所述风力发电机组的最大无功能力和可用无功能力约束；
    所述风力发电机组的变流器的温度约束；
    所述无功补偿装置的最大无功补偿能力约束。
  6. 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
    控制模式模块，用于在就地控制方式或者远程控制方式下，提供电压控制模式、无功控制模式和功率因数控制模式中的至少一种控制模式。
  7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
    电压控制模块，用于选取所述电压控制模式；
    所述通信接口，还用于在所述电压控制模式下，接收电压需求命令；
    所述输入接口，还用于在所述电压控制模式下，获取所述预设控制点的电压参数。
  8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
    无功控制模块，用于选取所述无功控制模式；
    所述通信接口，还用于在所述无功控制模式下，接收无功功率需求命令；
    所述输入接口，还用于在所述无功控制模式下，采集所述预设控制点的无功功率参数。
  9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：
    功率因数控制模块，用于选取所述功率因数控制模式；
    所述通信接口，还用于在所述功率因数控制模式下，接收功率因数需求命令；
    所述输入接口，还用于在所述功率因数控制模式下，采集所述预设控制点的功率因数参数。
  10. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，其中：
    在所述就地控制方式下，所述预设控制点选自：新能源场站内的主变压器与低压母线的接口点；或者
    在所述远程控制方式下，所述预设控制点选自：新能源场站内的主变 压器与高压母线的接口点。
  11. 根据权利要求1-10中任意一项所述的装置，其特征在于，所述输入接口还用于：输入利用硬接线方式所采集的所述预设控制点的电气量参数。
  12. 一种无功功率的控制系统，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；
    根据权利要求1-11中任意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；
    分别与所述至少一台风力发电机组和所述控制装置通信连接的无功补偿设备；和
    数据采集装置，用于采集预设控制点的电气量参数，经由通信线路连接所述控制装置。
  13. 一种无功功率的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
    接收无功需求命令，并基于所述无功需求命令来获取无功命令值M1；
    采集预设控制点的电气量参数，并基于所述电气量参数来计算得到所述预设控制点的无功计算值M2；
    计算所述无功命令值M1和所述无功计算值M2的差值△M；
    基于所述差值△M，得到无功目标值；
    将所述差值△M与预设死区值比较；
    基于比较结果和所述无功目标值，生成无功分配策略，所述无功分配策略用于计算风力发电场内的可调控无功设备的无功功率能力值，并向所述可调控无功设备分配需提供的无功功率；
    基于所述无功分配策略，向所述可调控无功设备发送用于指示所述可调控无功设备产生所分配的无功功率的命令。
  14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述可调控无功设备 包括：风力发电机组和无功补偿装置。
  15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述无功补偿装置包括新能源场站内的以下项中的至少一项：逆变器、电容器、静态无功补偿装置SVC和静态无功发生装置SVG。
  16. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，生成所述无功分配策略的步骤包括：
    将所述差值△M与第一预设死区值比较，当所述差值△M大于所述第一预设死区值时，计算所述风力发电机组的第一无功功率能力值N1；
    基于所述无功目标值和所述第一无功功率能力值N1，为所述风力发电机组分配需提供的无功功率。
  17. 根据权利要求16所述的方法，其特征在于，生成所述无功分配策略的步骤还包括：
    将所述差值△M与第二预设死区值比较，其中，所述第二预设死区值大于所述第一预设死区值；
    当所述差值△M大于所述第二预设死区值时，计算所述无功补偿装置的第二无功功率能力值N2；
    基于所述无功目标值和所述第二无功功率能力值N2，为所述无功补偿装置分配需提供的无功功率。
  18. 根据权利要求17所述的方法，其特征在于，生成所述无功分配策略的步骤包括：
    将所述差值△M与第三预设死区值比较，其中，所述第三预设死区值大于所述第二预设死区值；
    当所述差值△M大于所述第三预设死区值时，基于所述无功目标值、所述第一无功功率能力值N1和所述第二无功功率能力值N2，为所述风力发电机组和所述无功补偿装置分配各自需提供的无功功率。
  19. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
    预先设置电压控制模式；
    在所述电压控制模式下，所述无功命令值M1为电压命令值U CMD，所述电气量参数为电压U，所述差值△M为电压△U，所述电压△U为所述电压命令值U CMD与所述电压U的差值。
  20. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
    预先设置无功控制模式；
    在所述无功控制模式下，所述电气量参数为电压U和电流I，所述无功计算值M2为无功功率Q，其中，所述无功功率Q基于所述电压U和所述电流I计算得到。
  21. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
    预先设置功率因数控制模式；
    在所述功率因数控制模式下，所述电气量参数为电压U和电流I，所述无功计算值M2为无功功率Q，其中，所述无功功率Q计算步骤包括：
    基于所述电压U和所述电流I，计算所述预设控制点的有功功率P和计算所述电压U和所述电流I之间的相位差Φ；
    基于所述有功功率P和所述相位差Φ，计算得到所述无功功率Q。
  22. 根据权利要求13-21中任意一项所述的方法，其特征在于，所述采集预设控制点的电气量参数包括：利用硬接线采集所述预设控制点的电气量参数。
  23. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，其中：
    在就地控制方式下，所述预设控制点选自：所述新能源场站内的主变压器与低压母线的接口点；或者
    在远程控制方式下，所述预设控制点选自：所述新能源场站内的主变 压器与高压母线的接口点。
  24. 根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
    预先获取安全约束条件；
    基于所述安全约束条件、所述比较结果和所述无功目标值，生成所述无功分配策略。
  25. 根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述安全约束条件包括以下项中的至少一种：
    所述预设控制点的电压限值约束；
    所述预设控制点的电压突变量约束；
    所述风力发电机组的机端电压约束；
    所述风力发电机组的最大无功能力和可用无功能力约束；
    所述风力发电机组的变流器的温度约束；
    所述无功补偿装置的最大无功补偿能力约束。
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