一种风电机组无功功率控制方法与流程

本发明主要涉及风力发电技术领域，特指一种风电机组无功功率控制方法。

背景技术：

当前的风电机组的电气系统本质是变频调速系统，现代变频调速系统具有调节有功和无功的能力。风电机组受风速的影响，只有当风速处于一定范围才能输出有功，风速过低或过高时风机不能输出有功；此时风电机组无法发挥其价值。对于风电机组，其特点是输出有功必须有风（风速在一定范围内），输出无功可以不受风的约束。现代电力系统不仅需要有功，还需要无功，用于调节电压，平衡潮流。发挥风电机组的无功功能，可以将风电机组的价值向风电场乃至电力系统延伸，可以将风电机组自身价值向“无风”的工况延伸，也可以扩展风电机组创造价值的时间。

当前国内风电机组的现状是有风才能创造价值，无风时不仅消耗待机损耗，也不创造任何价值。如图1所示，横轴表示有功，纵轴表示无功；图1是当前国内风电厂家普遍采用的基于功率因数的无功控制方法，在容性0.95至1或感性0.95至1的区间内，风机依据相对固定功率因数运行；这种无功运行方式可作为风电场svg/svc的重要补充，减少svg/svc的运行容量或投入时间；但svg仍需配置，装备投资没有减少，svg将有功转变为无功时产生的损耗也没有明显降低；每台风机离升压站的距离不同，线路配置不同，需求的无功也不同，相对统一和恒定的功率因数控制无法提供具备足够精度的无功，难以满足上级电网对风电场的各类涉及无功的考核指标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种无功功率调节范围大的风电机组无功功率控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风电机组无功功率控制方法，在风速过小或过大，风电机组不能输出有功功率的情况下，由网侧变流器输出风电机组的无功功率；在风电机组处于发电状态时，由风电机组的发电机输出无功功率，当无功功率需求大于发电机输出的无功功率时，超出部分由网侧变流器提供。

作为上述技术方案的进一步改进：

在风电机组处于发电状态时，将风电机组的有功功率由小至大划分为连续的四个区间，分别为第一区间、第二区间、第三区间和第四区间；在第一区间内，风电机组以恒定功率因数运行；在第二区间内，风电机组以恒无功功率运行；在第三区间内，风电机组以恒视在功率运行；在第四区间内，风电机组不产生无功功率。

在第一区间内，功率因数设定为发电机定子输出的最小功率因数。

在超出部分的无功功率仍然大于网侧变流器输出的最大无功功率时，网侧变流器继续按最大无功功率输出。

所述无功功率为容性无功功率或者感性无功功率。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的风电机组无功功率控制方法，将风电机组的价值向风电场和电力系统拓展，在风机不能产生有功功率时，也可以产生无功功率创造价值，且无功功率调节范围大；相对于传统的基于功率因数的运行控制，将风电机组的无功边界显著扩大，为无功运行提供多种模式；在此基础上，可以彻底取消风电场svg无功调节装置，依靠风电机组来完成svg的功能，不仅减少风电场的初期投资和svg的运行维护费用，省去了svg运行时产生的有功损耗和向电网注入的高次谐波。

附图说明

图1为现有技术中无功功率控制示意图。

图2为本发明中容性无功功率的控制示意图。

图3为本发明中感性无功功率的控制示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图2和图3所示，本实施例的风电机组无功功率控制方法，具体控制过程为：在风速过小或过大，风电机组不能输出有功功率的情况下，由网侧变流器输出控制风电机组的无功功率，网侧变流器相当于工作在功率因数为0的附近，只输出无功功率或者消耗部分有功功率。具体为：将无功功率的需求通过scada系统传递给主控系统，主控系统将无功指令发送到变流器，变流器在无功限值能力范围内执行无功指令，向风电场发出或吸收无功功率，全部无功功率由网侧变流器提供，发电机不参与工作。在风电机组处于发电状态时，由风电机组的发电机输出无功功率，当无功功率需求大于发电机输出的无功功率时，超出部分由网侧变流器提供。

本发明的风电机组无功功率控制方法，将风电机组的价值向风电场和电力系统拓展，在风机不能产生有功功率时，也可以产生无功功率创造价值，且无功功率调节范围大；相对于传统的基于功率因数的运行控制，将风电机组的无功边界显著扩大，为无功运行提供多种模式；在此基础上，可以彻底取消风电场svg无功调节装置，依靠风电机组来完成svg的功能，不仅减少风电场的初期投资和svg的运行维护费用，省去了svg运行时产生的有功损耗和向电网注入的高次谐波。

本实施例中，在风电机组处于发电状态时，将风电机组的有功功率由小至大连续划分为连续的四个区间，分别为第一区间、第二区间、第三区间和第四区间；在第一区间内，风电机组以恒定功率因数运行；在第二区间内，风电机组以恒无功功率运行；在第三区间内，风电机组以恒视在功率运行；在第四区间内，风电机组不产生无功功率。通过以上不同区间的不同模式选择，极大的提高了无功功率的调节精度。

下面将无功功率划分为容性无功功率或者感性无功功率分别进行详细说明：

当无功功率为容性无功功率时，如图2所示，在ab段（即第一区间），为了保持系统稳定，给发电机定子输出设置最小功率因数，最小功率因数决定了在不同有功功率段的最大无功功率数值。对于业主的容性无功功率需求，如果小于当前风机有功功率对应的最大无功功率，则由发电机定子输出业主所需的全部容性无功功率；否则将业主的容性无功功率需求减去当前有功功率对应的最大无功功率，剩余无功功率由网侧变流器产生；如果剩余无功超出了网侧变流器的能力范围，则按最大的无功运行，尽量接近业主的无功需求；

在bc段（即第二区间），当机组有功功率超过如图2中b点对应的有功功率时，风电机组的无功功率在限值范围内运行，如bc端在纵轴上对应的无功功率数值；变流器对来自主控的无功功率指令进行分解，当业主无功功率需求不大于如图bc段对应的无功功率限值时，全部无功功率由发电机定子发出；否则业主无功功率需求减去bc段对应最大无功功率后，剩余无功功率由网侧变流器在限值内发出；；如果剩余无功功率超出了网侧变流器的能力范围，则按最大的无功功率运行，尽量接近业主的无功需求；

在cd段（即第三区间），风电机组的无功功率受视在容量的限制。在视在容量限制下，风机的有功功率决定了无功容量。变流器对来自主控的无功功率指令进行分解，当业主无功功率需求处在cd段无功范围内，由发电机输出全部无功功率；当业主无功功率需求超出cd段对应的无功功率范围时，多余部分有网侧变流器在限值内产生，尽量接近业主的无功需求；

在de段（即第四区间），受机组电气系统视在容量的限制，在有功功率优先的原则下，机组不产生无功功率。

当无功功率为感性无功功率时，如图3所示，在fg段（对应第一区间），为了保持系统稳定，给发电机定子输出设置最小功率因数，最小功率因数决定了在不同有功功率段的最大无功数值。对于业主的感性无功功率需求，如果小于当前风机有功对应的最大无功功率，则由发电机定子输出业主所需的全部感性无功功率；否则将业主的感性无功功率需求减去当前有功功率对应的最大无功功率，剩余无功功率由网侧变流器产生；如果剩余无功功率超出了网侧变流器的能力范围，则按最大的无功功率运行，尽量接近业主的无功需求；

在gh段（对应第二区间），当机组有功超过如图3中g点对应的有功功率时，风电机组的无功功率在限值范围内运行，如gh段在纵轴上对应的无功功率数值；变流器对来自主控的无功功率指令进行分解，当业主无功功率需求不大于如图gh段对应的无功功率限值时，全部无功功率由发电机定子发出；否则业主无功功率需求减去gh段对应最大无功功率后，剩余无功功率由网侧变流器在限值内发出；如果剩余无功功率超出了网侧变流器的能力范围，则按最大的无功功率运行，尽量满足业主的无功功率需求；

在hi段（对应第三区间），风电机组的无功功率受视在容量的限制。在视在容量限制下，风机的有功功率决定了无功功率容量。变流器对来自主控的无功指令进行分解，当业主无功功率需求处在hi段无功范围内，由发电机输出全部无功功率；当业主无功功率需求超出hi段对应的无功功率范围时，多余部分由网侧变流器在限值内产生，尽量满足业主的无功需求；

在ij段（对应第四区间），受机组电气系统视在容量的限制，在有功优先的原则下，机组不产生无功功率。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。