專利名稱：一種風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
風(fēng)能是隨機和不可控的，風(fēng)機輸出的功率和電壓也隨機波動，對相對穩(wěn)定的電力系統(tǒng)來說是一個干擾源。大規(guī)模風(fēng)電場集中并網(wǎng)給電力系統(tǒng)的安全運行與經(jīng)濟調(diào)度帶來了一系列深遠的影響，其中風(fēng)電場引起的電壓-無功問題是最早引起關(guān)注，也是實際運行中最為常見的問題之一。早期的風(fēng)電場通過投切電容器組對風(fēng)電場進行無功控制。在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較弱的情況下，受風(fēng)能隨機變化的影響，只靠這些電容器組并不能跟上風(fēng)速對電網(wǎng)的影響。目前，新建風(fēng)電場大都配置了動態(tài)無功補償裝置，如SVC、SVG等，以提高無功功率調(diào)節(jié)的動態(tài)響應(yīng)速度。風(fēng)電場配置合適容量的無功補償裝置，并根據(jù)系統(tǒng)需求進行控制和管理，可有效提高風(fēng)電場輸出電壓的穩(wěn)定，減小風(fēng)電對電網(wǎng)的擾動，并提高應(yīng)對風(fēng)電場的故障能力。隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，變速恒頻風(fēng)電機組(主要包括變速恒頻雙饋機組和全功率換流器風(fēng)機)逐漸成為并網(wǎng)風(fēng)電場的主流機型，這些機型采用四象限大功率電力電子變流器與電網(wǎng)連接，通過變流器的控制可實現(xiàn)有功、無功的解耦控制，具備動態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出的能力。在雙饋型的變速恒頻風(fēng)電機組方面，美國的GE公司已開發(fā)了風(fēng)電場無功控制產(chǎn)品” WindVAR",通過WindVAR系統(tǒng)與機組自身的電子控制裝置的配合，控制風(fēng)電場的電壓。WindVAR系統(tǒng)是以GE風(fēng)電機組為控制單元，通過在機組接入線路采集并網(wǎng)點電壓，與設(shè)定的基準電壓進行比較獲取實時電壓偏差，再經(jīng)過PI控制器求取實時無功補償量，將補償量下發(fā)給風(fēng)電機組。GE的WindVAR系統(tǒng)可以保證風(fēng)電機組的輸出無功功率實時跟蹤接入點電壓變化，但是其以風(fēng)電機組為控制單元，缺乏對整個風(fēng)電場無功的統(tǒng)一規(guī)劃， 風(fēng)電機組自治控制，可能會在風(fēng)電機組間形成較大的無功功率潮流，甚至使某些機組無功功率輸出能力達到極限，降低風(fēng)電場系統(tǒng)的穩(wěn)定。申請?zhí)枮?01010172M6. 7的中國實用新型專利申請“風(fēng)電場無功電壓的協(xié)調(diào)控制方法”公開了一種風(fēng)電場無功電壓控制方法，該方法以風(fēng)電場并網(wǎng)點無功功率為調(diào)整參考量，但并沒有給出無功功率參考量的計算方法。此外，其在無功功率的指令分配上，沒有考慮到風(fēng)電場內(nèi)的集中式無功補償設(shè)備，如果僅有機組輸出無功功率，可能無法滿足系統(tǒng)的需要，且造成設(shè)備的浪費。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提出一種風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)，使風(fēng)電場并網(wǎng)點的無功輸出滿足系統(tǒng)的需求，以抑制母線電壓的波動和調(diào)節(jié)風(fēng)電場功率因數(shù)，并協(xié)調(diào)控制風(fēng)電場內(nèi)每臺風(fēng)電機組和集中式無功補償設(shè)備的無功輸出。為達此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案一種風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)，包括參考值給定模塊、并網(wǎng)點狀態(tài)獲取模塊、無功源狀態(tài)獲取模塊、風(fēng)電場控制方式?jīng)Q策模塊、風(fēng)電場級無功分配策略模塊、風(fēng)力機群無功分配策略模塊、無功補償設(shè)備無功分配策略模塊、風(fēng)機、集中式無功補償設(shè)備和并網(wǎng)點，其中， 參考值給定模塊與電網(wǎng)調(diào)度通訊接口連接，并網(wǎng)點狀態(tài)獲取模塊與并網(wǎng)點連接，參考值給定模塊、并網(wǎng)點狀態(tài)獲取模塊和無功源狀態(tài)獲取模塊分別與風(fēng)電場控制方式?jīng)Q策模塊連接，風(fēng)電場控制方式?jīng)Q策模塊與風(fēng)電場級無功分配策略模塊連接，風(fēng)電場級無功分配策略模塊分別與風(fēng)力機群無功分配策略模塊和無功補償設(shè)備無功分配策略模塊連接，風(fēng)力機群無功分配策略模塊與不少于1個風(fēng)機連接，無功補償設(shè)備無功分配策略模塊與集中式無功補償設(shè)備連接，風(fēng)機和集中式無功補償設(shè)備分別與并網(wǎng)點連接，風(fēng)機和集中式無功補償設(shè)備還分別與無功源狀態(tài)獲取模塊連接。采用了本實用新型的技術(shù)方案，能夠以風(fēng)電場高壓側(cè)母線電壓為控制目標，以無功功率作為調(diào)整量，根據(jù)風(fēng)電場母線電壓的波動范圍和功率因數(shù)選擇風(fēng)電場電壓控制策略、功率因數(shù)控制策略或強制控制系統(tǒng)無功輸出為恒定值，并根據(jù)風(fēng)電場需要輸出的無功功率參考值，確定風(fēng)電場內(nèi)每臺風(fēng)機和集中式無功補償設(shè)備的無功功率輸出值。本實用新型技術(shù)方案可以抑制本區(qū)域負荷引起的風(fēng)電場電壓波動，調(diào)節(jié)功率因數(shù)滿足電網(wǎng)的要求， 統(tǒng)一控制風(fēng)電場內(nèi)的無功功率輸出，并協(xié)調(diào)風(fēng)電機組和無功補償設(shè)備的運行狀態(tài)，充分起到維持風(fēng)電場系統(tǒng)穩(wěn)定的作用。本實用新型技術(shù)方案充分考慮到了機組的無功輸出特性與機組的運行狀態(tài)有關(guān)，以機組的無功輸出最大值作為依據(jù)為每臺風(fēng)機分配無功功率指令， 充分發(fā)揮了各機組的無功輸出能力，提高了設(shè)備的安全性。

圖1是本實用新型具體實施方式
中風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型具體實施方式
中風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)控制流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本實用新型的技術(shù)方案。圖1是本實用新型具體實施方式
中風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖 1所示，該風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)包括參考值給定模塊101、并網(wǎng)點狀態(tài)獲取模塊102、無功源狀態(tài)獲取模塊103、風(fēng)電場控制方式?jīng)Q策模塊104、風(fēng)電場級無功分配策略模塊105、風(fēng)力機群無功分配策略模塊106、無功補償設(shè)備無功分配策略模塊107、風(fēng)機108、集中式無功補償設(shè)備109和并網(wǎng)點110。其中，參考值給定模塊與電網(wǎng)調(diào)度通訊接口 111連接，并網(wǎng)點狀態(tài)獲取模塊與并網(wǎng)點連接，參考值給定模塊、并網(wǎng)點狀態(tài)獲取模塊和無功源狀態(tài)獲取模塊分別與風(fēng)電場控制方式?jīng)Q策模塊連接，風(fēng)電場控制方式?jīng)Q策模塊與風(fēng)電場級無功分配策略模塊連接，風(fēng)電場級無功分配策略模塊分別與風(fēng)力機群無功分配策略模塊和無功補償設(shè)備無功分配策略模塊連接，風(fēng)力機群無功分配策略模塊與不少于1個風(fēng)機連接，無功補償設(shè)備無功分配策略模塊與集中式無功補償設(shè)備連接，風(fēng)機和集中式無功補償設(shè)備分別與并網(wǎng)點連接，風(fēng)機和集中式無功補償設(shè)備還分別與無功源狀態(tài)獲取模塊連接。圖2是本實用新型具體實施方式
中風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)控制流程圖。如圖2 所示，該風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)的控制流程包括以下步驟[0017]步驟201、實時測量風(fēng)電場并網(wǎng)點的電壓U_、有功功率P·和無功功率Q·，并將測量獲得的電壓Umea與風(fēng)電場并網(wǎng)點母線電壓的標稱電壓Uref的差值設(shè)置為電壓偏差Δ U， 同時根據(jù)有功功率Ρ_和無功功率Q_計算并網(wǎng)點的實際功率因數(shù)λ _。步驟202、根據(jù)電網(wǎng)對電壓和功率因數(shù)偏差的要求設(shè)置電壓偏差A(yù)U的死區(qū)閾值和功率因數(shù)偏差Δ λ的死區(qū)閾值。步驟203、首先判斷電壓偏差A(yù)U是否在電壓偏差A(yù)U的死區(qū)閾值范圍內(nèi)，其次判斷功率因數(shù)偏差Δ λ是否在功率因數(shù)偏差Δ λ的死區(qū)閾值范圍內(nèi)，若電壓偏差A(yù)U不在電壓偏差A(yù)U的死區(qū)閾值范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)至步驟204，若電壓偏差A(yù)U在電壓偏差A(yù)U的死區(qū)閾值范圍內(nèi)、且功率因數(shù)偏差Δ λ不在功率因數(shù)偏差Δ λ的死區(qū)閾值范圍內(nèi)，則轉(zhuǎn)至步驟 205 ；若電壓偏差A(yù)U在電壓偏差A(yù)U的死區(qū)閾值范圍內(nèi)、且功率因數(shù)偏差Δ λ在功率因數(shù)偏差Δ λ的死區(qū)閾值范圍內(nèi)，則控制風(fēng)電場無功控制系統(tǒng)無功輸出Qwftrf等于檢測到的并網(wǎng)點無功功率Qmea，并轉(zhuǎn)至步驟206。步驟204、風(fēng)電場電壓控制模塊將電壓偏差A(yù)U輸入調(diào)節(jié)電壓偏差的比例系數(shù) Kslope模塊，得到無功功率參考值(^f，無功功率參考值(^f與無功功率Q_的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器處理后作為風(fēng)電場需輸出的總無功功率值Qwpref，并轉(zhuǎn)至步驟206。其中，調(diào)節(jié)電壓偏差的比例系數(shù)Ksl_模塊根據(jù)無功敏感系數(shù)進實現(xiàn)。步驟205、風(fēng)電場功率因數(shù)控制模塊根據(jù)電網(wǎng)要求的功率因數(shù)和實測的有功功率 Pfflea,獲得無功功率參考值(^f，無功功率參考值A(chǔ)rf與無功功率Q_的差值經(jīng)過PI調(diào)節(jié)器處理后作為風(fēng)電場需輸出的總無功功率值Qwref，并轉(zhuǎn)至步驟206。步驟204和步驟205中，PI調(diào)節(jié)器的調(diào)整幅度K根據(jù)響應(yīng)速度和控制精度實現(xiàn)， 滿足以下公式步驟204和步驟205中，PI調(diào)節(jié)器中的該運行工況下風(fēng)電場的預(yù)期最大無功輸出值為和預(yù)期最小無功輸出值為Qwmin，風(fēng)電場的無功參考值限制在預(yù)期最大無功輸出值和預(yù)期最小無功輸出值Qwmin兩者之間，其中Qwmax為所有風(fēng)機的預(yù)期最大無功輸出及集中式無功補償設(shè)備的預(yù)期最大無功輸出之和，Qwmax為所有風(fēng)機的預(yù)期最小無功輸出及集中式無功補償設(shè)備的預(yù)期最小無功輸出之和。步驟206、根據(jù)風(fēng)機實時運行工況和風(fēng)機的P-Q特性，計算風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)機的總無功功率輸出極限值Qmax，并計算風(fēng)電場需輸出的總無功功率值Qwftrf與總無功功率輸出極限值 Qmax的差值A(chǔ)Qwftrf，若差值A(chǔ)Qwftrf大于零，則風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)機需要輸出的總無功指令值Qftrf 設(shè)置為風(fēng)電場需輸出的總無功功率值Qwref ；若差值A(chǔ)Qwpref小于零，則風(fēng)機需要輸出的總無功指令值Qftrf設(shè)置為總無功功率輸出極限值Qmax，風(fēng)電場內(nèi)集中式無功補償設(shè)備輸出的無功指令為風(fēng)電場需輸出的總無功功率值Qwref與總無功功率輸出極限值Qmax的差值A(chǔ)Qwref, 且差值Δ Qwftrf不超過風(fēng)電場內(nèi)配有的集中式無功補償設(shè)備容量。步驟207、風(fēng)力機群無功分配策略模塊向每臺風(fēng)機分配無功功率，其中第i臺的風(fēng)機無功功率輸出參考值的計算公式如下式Qiref = · Qrref Q[0028]其中
權(quán)利要求1. 一種風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)，其特征在于，包括參考值給定模塊、并網(wǎng)點狀態(tài)獲取模塊、無功源狀態(tài)獲取模塊、風(fēng)電場控制方式?jīng)Q策模塊、風(fēng)電場級無功分配策略模塊、風(fēng)力機群無功分配策略模塊、無功補償設(shè)備無功分配策略模塊、風(fēng)機、集中式無功補償設(shè)備和并網(wǎng)點，其中，參考值給定模塊與電網(wǎng)調(diào)度通訊接口連接，并網(wǎng)點狀態(tài)獲取模塊與并網(wǎng)點連接，參考值給定模塊、并網(wǎng)點狀態(tài)獲取模塊和無功源狀態(tài)獲取模塊分別與風(fēng)電場控制方式?jīng)Q策模塊連接，風(fēng)電場控制方式?jīng)Q策模塊與風(fēng)電場級無功分配策略模塊連接，風(fēng)電場級無功分配策略模塊分別與風(fēng)力機群無功分配策略模塊和無功補償設(shè)備無功分配策略模塊連接，風(fēng)力機群無功分配策略模塊與不少于1個風(fēng)機連接，無功補償設(shè)備無功分配策略模塊與集中式無功補償設(shè)備連接，風(fēng)機和集中式無功補償設(shè)備分別與并網(wǎng)點連接，風(fēng)機和集中式無功補償設(shè)備還分別與無功源狀態(tài)獲取模塊連接。
專利摘要本實用新型公開了一種風(fēng)電場無功功率控制系統(tǒng)，以風(fēng)電場高壓側(cè)母線電壓為控制目標，以無功功率作為調(diào)整量，根據(jù)風(fēng)電場母線電壓的波動范圍和功率因數(shù)選擇風(fēng)電場電壓控制策略、功率因數(shù)控制策略或強制控制系統(tǒng)無功輸出為恒定值，并根據(jù)風(fēng)電場需要輸出的無功功率參考值，確定風(fēng)電場內(nèi)每臺風(fēng)機和集中式無功補償設(shè)備的無功功率輸出值。采用了本實用新型的技術(shù)方案，使風(fēng)電場并網(wǎng)點的無功輸出滿足系統(tǒng)的需求，以抑制母線電壓的波動和調(diào)節(jié)風(fēng)電場功率因數(shù)，并協(xié)調(diào)控制風(fēng)電場內(nèi)每臺風(fēng)電機組和集中式無功補償設(shè)備的無功輸出。
文檔編號H02J3/18GK202178583SQ20112030954
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者原美琳, 張憲平, 徐佳園, 潘磊, 秦明 申請人:國電聯(lián)合動力技術(shù)有限公司