一种用于风电场监控系统的风电无功功率自动控制方法与流程

本发明涉及新能源发电技术中的风电场控制技术领域，尤其涉及一种用于风电场监控系统的风电无功功率自动控制方法。

背景技术：

近10年来，风力发电在全球以年增长率超过30％而成为发展最快的清洁能源。目前，风力发电的核心控制技术一直掌握在国外企业手中，风电场监控系统等核心控制技术尚未实现国产化，机组控制系统、风电场监控系统等相关控制产品完全依赖进口。随着风电场数量的增加和规模的扩大、风电场监控系统受制于人给风电场的运行管理带来的弊端也日趋明显。

风电场中央监控与远程控制系统用于集中和远程监控风电机组和风电场的运行，运用现代信息和通讯技术，实时收集、分析并报告各风电场的风力状况和机组、风电场运行状况监测数据，自动或根据管理人员反馈的指令对风电机组和风电场运行进行效率优化和安全保障控制。现有的风电场监控系统，例如丹麦vestas公司的vestasonline，一般由三部分组成：中央集控(站控层)、就地控制(现地层)、远方控制。监控系统可以实现多种功能，如数据采集与处理功能、控制功能、报警功能、画面显示、数据统计、打印报表、操作权限、多种曲线显示等，满足运行人员的各种需要，使运行人员可以在风电场中控室或远方进行监视与控制，同时风电运营公司通过该系统可以对各地的风电场的运行情况进行远程监控和管理，解决了风电运营公司以前难以对各地的风电场统一管理的问题，并且可以对风电场中的多种风电机组进行统一监控，实现了风电场无人值守的目标。

目前，我国风电场多为大规模风电场集中接入电力系统，风电场的总容量一般有几十兆瓦到几百兆瓦，国内风电运营公司下属的风电场的远程监控和运营情况只能通过风电机组厂商各自配套的监控软件来实现，由于国内风电机组机型的多样性，而每一种机型的控制系统都不一样，都需要一套相应的中央集控软件和相应的远程监控软件，这些软件随着厂商的不同而不同，无法提供在线自动功率调节功能，风电场的输出功率调节大多采用人工设定的方式进行调节，响应慢，效率低，无法满足电网对其可控及可调的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在风电场监控系统无法实现风电场在线自动功率调节的缺点，而提出的一种用于风电场监控系统的风电无功功率自动控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

设计一种用于风电场监控系统的风电无功功率自动控制方法，包括以下步骤：

s1、判断控制模式，若为计划跟踪模式，进入步骤s2，若为自适应调节模式，进入步骤s3；

s2、计划跟踪模式：

a1、根据调度部门下发的并网点电压v计算电压偏差δv；

a2、根据δv按照公式计算风电场的无功调整量q′，进入步骤s4；

s3、自适应调节模式：

b1、设标准电压参考值vref为1.0p.u.，读取风电场接入点实时电压v，若满足0.98vref≤v≤1.02vref条件，风电场不进行电压无功控制，仍按当前的无功出力运行，若不满足上述条件，进入步骤b2；

b2、计算风电场并网点电压偏差δv，根据δv按照公式计算风电场的无功调整量q′，进入步骤s4；

s4、判断调整后的风电场无功出力q′是否满足风电场运行要求，若q′>qmax或q′<qmin，则风电场无功出力q′修正为：

式中，qmax和qmin分别为风电场无功出力最大值和最小值，进入步骤s5；

s5、将得到的风电场实时无功出力按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行无功调控，经1s延时，返回步骤s1。

优选的，风电场的无功调整量q′的计算公式如下：

q′＝qpre+s×△v

式中，qpre为前一时刻的风电场实时无功功率，s为风电场节点无功功率关于并网点电压的灵敏度信息。

本发明提出的一种用于风电场监控系统的风电无功功率自动控制方法，有益效果在于：

(1)本发明为风电场监控系统提供了风电无功功率自动控制方法，具有比较强大的风电功率自动化控制功能，并能够较好地与我国电网调度控制系统接口，将风电场的运行数据发送到电网调度系统，并从调度系统接收电网的调度指令，根据电网调度中心的要求、地区电网运行的需求和风电场的工况进行电力实时输出与运行控制，能够在风电场级对风电场的实时出力进行统一规划，有利于并网风电场与接入地区电网相互协调配合运行。

(2)本发明的风电无功功率自动控制方法能够提高风电场的自动化运行及管理水平。

附图说明

图1为本发明提出的一种用于风电场监控系统的风电无功功率自动控制方法的流程图。

具体实施方式

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。

实施例1

参照图1，一种用于风电场监控系统的风电无功功率自动控制方法，包括以下步骤：

s1、判断控制模式，采用计划跟踪模式，进入步骤s2；

s2、计划跟踪模式：

a1、根据调度部门下发的并网点电压v计算电压偏差δv，公式如下：

q′＝qpre+s×△v

式中，qpre为前一时刻的风电场实时无功功率，s为风电场节点无功功率关于并网点电压的灵敏度信息；

a2、根据δv按照公式计算风电场的无功调整量q′，进入步骤s4；

s4、判断调整后的风电场无功出力q′是否满足风电场运行要求，若q′>qmax或q′<qmin，则风电场无功出力q′修正为：

式中，qmax和qmin分别为风电场无功出力最大值和最小值，进入步骤s5；

s5、将得到的风电场实时无功出力按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行无功调控，经1s延时，返回步骤s1。

采用计划跟踪模式。该并网风电场总有功容量为100mw，无功容量为33.5mvar，由67台单机有功容量为1.5mw、无功容量为0.5mvar的双馈异步风电机组构成，风电场初始无功出力为0，初始电压为230kv，风电场无功关于并网点电压的灵敏度为2。此时，人工设定风电场并网点电压为220kv，则计算得无功出力值为20mvar，则无功出力控制程序将该值按机组容量比例分配到各风电机组，即每台风电机组调整无功出力0.3mvar，这样即可满足无功出力的要求。

实施例2

参照图1，一种用于风电场监控系统的风电无功功率自动控制方法，包括以下步骤：

s1、判断控制模式，采用自适应调节模式，进入步骤s3；

s3、自适应调节模式：

b1、设标准电压参考值vref为1.0p.u.，读取风电场接入点实时电压v，若满足0.98vref≤v≤1.02vref条件，风电场不进行电压无功控制，仍按当前的无功出力运行，若不满足上述条件，进入步骤b2；

b2、计算风电场并网点电压偏差δv，根据δv按照公式计算风电场的无功调整量q′，公式如下：

q′＝qpre+s×△v

式中，qpre为前一时刻的风电场实时无功功率，s为风电场节点无功功率关于并网点电压的灵敏度信息，进入步骤s4；

s4、判断调整后的风电场无功出力q′是否满足风电场运行要求，若q′>qmax或q′<qmin，则风电场无功出力q′修正为：

式中，qmax和qmin分别为风电场无功出力最大值和最小值，进入步骤s5；

s5、将得到的风电场实时无功出力按风电机组容量比例分配到每台风电机组，进行无功调控，经1s延时，返回步骤s1。

该并网风电场总有功容量为100mw，无功容量为33.5mvar，由67台单机有功容量为1.5mw、无功容量为0.5mvar的双馈异步风电机组构成，风电场初始按恒单位功率因数方式运行，无功出力为0，每台风电机组的初始无功出力也为0，风电场无功关于并网点电压的灵敏度为1，此外，由于电压为局部量，即无功的调节只能在很小的局部区域内对电压产生影响，故风电场的无功调节只兼顾风电场接入地区局部电网的电压影响，具体控制时，选择风电场接入变电站低压侧电压作为控制对象，首先，读取风电场接入变电站的实测电压为230kv，电压参考值为220kv，范围为215kv～225kv，超出允许运行电压范围，计算得风电场调整无功出力10mvar，调整后的风电场无功出力为10mvar，每台风电机组的无功出力调整0.15mvar，调整后每台风电机组的无功出力为0.15mvar。调整后，延时1s，再次测得风电场接入变电站低压侧电压为226kv，仍然超出允许运行电压范围，此时计算得风电场再次调整无功出力6mvar，调整后的风电场无功出力为16mvar，每台风电机组的无功出力调整0.09mvar，调整后每台风电机组的无功出力为0.24mvar。调整后，延时1s，测得风电场接入变电站低压侧电压为224kv，在允许运行电压范围内，恢复到正常电压范围。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。