专利名称：一种基于风电场aqc的风电机组无功调节系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风カ发电技术领域，特别是涉及ー种基于风电场AQC的风电机组无功调节系统。
背景技术：
目前的风电场，大多处于比较偏远的地区，距离主干电网较远，需要通过长距离的输电线与电网相连。风电场的这种弱电网连接使风电场的电压控制、无功功率管理、动态功角稳定和电网扰动后风力发电机的行为等得到了广泛的关注。为保证电网安全稳定运行，对并网型风カ发电机组运行的要求越来越高，目前电网运营商都要求在电网正常运行条件下风电场自身能够调节电网接入点的无功功率及电压，进行无功功率补偿，以保证电网接入点的电压稳定，防止由于风速变化带来的接入点电压波动。双馈风カ发电机是目前采用最广泛的机组类，双馈机型优点在于能够以较低的变换器成本实现机组的变速恒频运行，另外还可以实现有功无功的独立灵活控制，因此双馈风电机组在电力系统中既可以作为有功电源，也可以作为无功电源。电网电压受电网中所传输的无功功率的影响，通过控制电网中的无功功率可以对电网电压进行调整。双馈风电机组作为重要的无功源，在稳定电网电压方面应该发挥应有的作用，研究双馈风电机组的无功控制策略显得非常必要。为提高并网能力，电网要求风电场配置无功补偿装置，目前最为有效的无功补偿装置是SVG，以装机49. 5丽(约合33台1. 5丽)的风电场需要补偿20%无功计算，整个风场需要投入200万元左右的SVG设备。随着风场容量的增长，SVG设备投入费用也在成比例増加。我国毎年预计装机12000MW，同样按补偿20%无功计算，SVG设备投入费用为4. 8亿元。SVG投资大，而利用风电机组本身的无功输出能力可以降低风电场运行成本！目前，风电场无功功率控制系统是在风电场监控系统下增设的AQC系统，风电场AQC系统的构建，需增加硬件成本，且周期较长。现有模式下，风电场内參与无功调节的风电机组均是被动的执行者，风电场AQC系统经过控制器计算出机组机群需输出的无功功率，风电机组被动的执行该无功分配值，这其中包括风场内的其他无功补偿设备。由于AQC的核心算法是在中控上位机服务器上实现，上位机服务器控制的实时性较差，闭环调节滞后严重。由此可见，现有技术中无功功率的调节系统存在着明显的不足和缺陷，因此，如何创设ー种能够降低风电场运行成本、可实现实时闭环调节的基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，实属当前重要的研发课题之一。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，使其节约上位机硬件成本、实现实时性闭环调节，风电场无功补偿设备与机组运行之间的协调控制，从而克服现有技术的不足。[0007]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，包括电网电カ系统、升压站监控系统、风机监控系统以及风电场并网点无功功率測量装置，其中电网电カ系统、升压站监控系统、风电场并网点无功功率測量装置和风机监控系统之间通讯连接。作为本实用新型的进ー步改进，所述的升压站监控系统通讯连接有集中式无功补偿设备。所述的集中式无功补偿设备为SVC或SVG。所述的电网电カ系统、升压站监控系统和风机监控系统之间采用国际通用的以太网通讯协议，升压站监控系统和集中式无功补偿设备之间采用RS232/RS485通讯协议。所述的风机监控系统还连接有电容组和/或电抗器。所述风电场并网点无功功率測量装置通过RS232串ロ通讯线路连接风机监控系统的服务器主机；所述风电场并网点无功功率測量装置通过Modbus串口数据报文解包之后，读取风电场并网点无功功率信息。所述的风电场并网点无功功率測量装置采用高精度电能质量模块采集信号。采用以上设计后，与现有技术相比有以下有益效果1、本实用新型依托现有风电场框架，风场AQC软件算法和硬件平台均在下位机实现，无需风电场建设方购置AQC软件控制系统，节约了风电场AQC系统二次开发时间和软件系统购置成本；2、本实用新型中优先使用双馈风电机的无功调节能力，在补偿容量不足时投入集中式无功补偿设备，实现了风电场无功补偿设备与机组运行之间的协调控制，实现风电场内部无功调配以及给予电网无功支撑能力，最大限度的降低风电场集中式无功补偿设备的投入容量和减小设备的运行损耗；3、本实用新型基于风场内单台风电机组无功功率控制系统充分发挥自身闭环调节能力，最大程度的节约上位机的硬件成本。下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进ー步的详细描述。
上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型，
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进ー步的详细说明。图1是本实用新型基于风电场AQC的风电机组无功调节系统组成示意图。图2是采用周期为Is时风电场并网点的无功功率测量波动示意图。图3是采用周期为Ims时风电场并网点的无功功率测量波动示意图。
具体实施方式
请參阅图1所示，本实用新型基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，主要是在风电场原有监控系统——电网电カ系统、升压站监控系统、风机监控系统结构以及通讯环网络(例如现有风电场的光纤环网)的基础上，増加了风电场并网点无功功率測量装置和集中式无功补偿设备，以整个风电场或単位主变升压侧无功作为无功调节的參考值。其中，在风电机组无功调节完善的情况下，还可去除集中式无功补偿设备，単独增设风电场并网点无功功率測量装置，同样可达到本实用新型的技术效果。电网电カ系统、升压站监控系统和风机监控系统之间采用国际通用的以太网通讯协议，升压站监控系统和集中式无功补偿设备间采用RS232/RS485通讯协议。风电场并网点无功功率測量装置的功能是实现对风电无功功率的实时采集，将从PCC点PT传感器和CT传感器获取的信号，通过Modbus TCP协议经串ロ发布到SCADA服务器，采集数据经风电场风机监控系统(SCADA)发布到风场内各台机组。风电场无功功率测量装置通讯协议为RS485或TCP/IP通讯模式，信息的读取是通过Modbus串口数据报文解包之后得到。具体来说，风电场并网点无功功率测量装置，可选用的装置型号为JaNitZa UMG604，该型号的装置具有以下特性:精度0.5S 级(.../5A ；.../1A)；采样速度每周波400次，20kHz/通道；通讯方式:以太网、Modbus、RS485、Profibus ；根据EN50160和IEC 61000-4-2在线自动生成电能质量报告；谐波监测I 40次；监测短时中断、电压暂降、骤升、瞬态事件、总谐波畸变率、不平衡度、有功、无功、视在功率、电能(容性&感性)、谐波功率等；运行状态监测，事件记录仪，支持高速Modbus通讯协议。
本实用新型的风电场并网点无功功率測量装置，采用高精度电能质量模块对风场并网点相关信息数据读取，但无功调节的监控数据不限于此，例如还可包括:电能质量谐波分析，电压闪变记录等。工作时，风电场并网点无功功率測量装置中的电能质量模块在ms级采样周期内采集PCC点PT传感器和CT传感器的有效数据，并通过模块内部计算获取风电场并网点无功功率波动和需求，这也是调节过程中反馈的调节目标，调节目标数据经过RS232串ロ通讯线路送至风机监控系统的后台服务器主机，并通过SCADA服务器的visualstudio显示控件完成并网点调节目标、控制曲线等的显示。本实用新型基于风电场AQC的风电机组无功调节方法，具体步骤为:风机监控系统接收电网电力系统调度下发的无功设定指令；风电场并网点无功功率測量装置采集风电场并网点信息，并计算风电场并网点无功功率波动和需求；由升压站监控系统采集集中式无功补偿设备的投切状态、故障状态和投入容量数据；风机监控系统将接收到的无功设定指令(測量值或调度指令)，以及无功功率实时测量数据(即风电场并网点无功功率波动和需求)、集中式无功补偿设备的投切状态、故障状态和投入容量等，实时下发给风场内所有的风电机组；风电机组的主控，以整个风电场或単位主变升压侧无功为參考，实现单机无功闭环控制，控制算法采用业内熟知的比例积分(PI control)算法。传统计算无功功率的方法如下:首先计算瞬时无功功率，
V2 Usin(wt - ) X V 2/cosu^/- (p,.) = UI[ sin(2cot-￠,.- (p.) ~ smcp]____(エ)对瞬时功率q在一周内积分，再除以T，即得
权利要求1.一种基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，其特征在于包括电网电カ系统、升压站监控系统、风机监控系统以及风电场并网点无功功率測量装置，其中: 电网电カ系统、升压站监控系统、风电场并网点无功功率測量装置和风机监控系统之间通讯连接。
2.根据权利要求1所述的基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，其特征在于所述的升压站监控系统通讯连接有集中式无功补偿设备。
3.根据权利要求2所述的基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，其特征在于所述的集中式无功补偿设备为SVC或SVG。
4.根据权利要求2所述的基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，其特征在于所述的电网电カ系统、升压站监控系统和风机监控系统之间采用国际通用的以太网通讯协议，升压站监控系统和集中式无功补偿设备之间采用RS232/RS485通讯协议。
5.根据权利要求1所述的基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，其特征在于所述的风机监控系统还连接有电容组和/或电抗器。
6.根据权利要求1所述的基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，其特征在于: 所述风电场并网点无功功率測量装置通过RS232串ロ通讯线路连接风机监控系统的服务器主机； 所述风电场并网点无功功率測量装置通过Modbus串口数据报文解包之后，读取风电场并网点无功功率信息。
7.根据权利要求1所述的基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，其特征在于所述的风电场并网点无功功率測量装置采用高精度电能质量模块采集信号。
专利摘要本实用新型是有关于一种基于风电场AQC的风电机组无功调节系统，包括电网电力系统、升压站监控系统、风机监控系统以及风电场并网点无功功率测量装置，其中电网电力系统、升压站监控系统、风电场并网点无功功率测量装置和风机监控系统之间通讯连接。本实用新型可实现风电场内部无功调配以及给予电网无功支撑能力，最大限度的降低风电场集中式无功补偿设备的投入容量和减小设备的运行损耗，节约采购投入成本。
文档编号H02J3/18GK202917983SQ20122060953
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者赵广宇, 李宝金 申请人:国电联合动力技术有限公司