一种具有电压稳定装置的并网风电系统及其控制方法
【专利说明】-种具有电压稳定装置的并网风电系统及其控制方法 所属技术领域
[0001] 本发明涉一种具有电压稳定装置的并网风电系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 以风电和光伏发电为主的微电网作为超高压、远距离、大电网供电模式的补充，代 表着电力系统新的发展方向。风能和太阳能资源是清洁的可再生能源，但存在着随机性和 波动性的问题，给电网带来一系列的影响。随着电力系统规模的日益扩大，及国家对风电场 实现全厂自动电压控制（AVC)功能的要求不断提高。电压的波动性程度直接影响电网原有 的潮流分布，当风力发电和光伏发电的渗透率处于较高水平时，波动性和随机性会给电网 的原有运行方式带来巨大的冲击。
[0003] 储能技术和无功补偿技术对风电发电系统并网运行的实现有重要的现实意义，其 应用在很大程度上解决风力发电的电压波动性和随机性问题，有效提高间歇性微源的可预 测性、确定性和经济性。
[0004] 但是，配置大规模储能装置和无功补偿装置的价格比较昂贵，因此，有必要综合考 虑输电工程成本，储能装置和无功补偿装置成本，输电收益，建立以综合效益最大化为目 标，给定并网风电系统的优化配置的方法。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种具有电压稳定装置的并网风电系统及其控制方法，该并网风电系 统和方法可预测风力发电设备的发电功率，可追踪和并网点的功率和电压变化情况，能制 定和实施最适宜的控制策略，保障风电系统在并网时按照大电网的需求快速且平稳提供有 功功率和无功功率，并可提升储能装置的安全性和使用寿命。
[0006] 为了实现上述目的，本发明提供一种具有电压稳定装置的并网风电系统，该系统 包括：风力发电设备、风力发电设备、电压稳定装置、直流母线、用于将风力发电设备和直流 母线连接的AC/DC双向换流模块一，用于将直流母线与大电网连接和隔离的AC/DC双向换 流模块二、风力发电系统内负载和监控装置； 该电压稳定装置包括蓄电池模块、将上述直流母线和蓄电池组连接的双向DC/DC变换 器和SVG设备； 该监控装置包括： 风力发电发电设备监控模块，用于实时监控风力发电设备，并对风力发电设备的发电 功率进行预测； SVG设备监控模块，用于实时监控SVG设备； 蓄电池组监控模块，可实时监控蓄电池组的SOC和DC/DC双向变换器； 大电网联络模块，用于实时从大电网调控中心获知大电网的运行情况以及相关调度信 息； 并网运行监控模块，用于控制风电系统连接或隔离大电网； 负载监控模块，用于实时风电系统内的负载； 中控模块，用于确定风电系统的运行策略，并向上述监控装置中的各模块发出指令，以 执行该运行策略； 总线模块，用于该监控装置的各个模块的通信联络。
[0007] 优选的，所述风力发电设备监控模块至少包括风力发电设备电压、电流及频率检 测设备，风速检测设备。
[0008] 优选的，所述风力发电设备监控模块实时获取风力发电设备的运行数据，并存储 数据。
[0009] 优选的，蓄电池组监控模块至少包括蓄电池端电压、电流、SOC获取设备以及温度 检测设备。
[0010] 为实现上述目的，本发明还提供一种上述风电系统的控制方法，该方法包括如下 步骤： 51. 风力发电设备监控模块实时获取风力发电设备运行数据，并存储数据； 52. 根据风力发电设备对未来预定时刻内的风力发电设备输出有功和无功进行预测； 53. 实时检测获取蓄电池模块的S0C，实时获取风电系统内负载功率需求情况； 54. 实时获取大电网的参数和调度信息，预测未来时间风电系统与大电网连接点的有 功和无功需求； 55. 以风电系统与大电网连接点的有功和无功需求、当前蓄电池储能的S0C、当前为 风电系统内负载有功和无功需求需求、未来风力发电设备输出有功和无功需求作为约束条 件，实现风电网的优化运行。
[0011] 优选的，在步骤S2中采用现有技术中任意风力发电功率预测方法预测风力发电 设备的输出功率。
[0012] 优选的，在步骤S5中采用如下方式实现优化运行： 551. 优化有功功率输出模式，优先使用风力发电设备向并网点输出有功功率，在风力 发电设备有功功率过剩的情况下，由蓄电池组吸收过剩功率，再风力发电设备的有功功率 不能满足并网点有共需求的情况下，由蓄电池组输出有功功率，从而实现并网点的有功电 压的稳定； 552. 优化无功功率输出模式，合理分配风电设备的无功输出和SVG设备的无功输出， 从而实现并网点的无功电压的稳定。
[0013] 优选的，所述S52具体包括如下步骤： 5521. 将并网点无功电压控制电压值X按以下公式转换为并网点无功功率总需求Qw， 并计算出Qw所在周期内的无功功率偏差Δ Q w: Qw= kX A Qw - Q W-Qfflast 其中，k为转换系数，QwlasA Qw所在周期的上一个周期所计算出的无功功率总需求； 5522. 如果 I AQwI 彡 I As (MAsve-YFs)+ (MAt-YFt) I，则至步骤 S523 ;否则至步骤 S524 ; 其中： 4为SVG的控制状态，As取值0或者1，0为不允许自动控制，1为允许自动控制； At为当前风电设备可调无功功率系数，AT取值[0，1]，由风力发电设备监控模块通过计 算全部风力发电设备的容许无功调节容量后规划得出； YFsS SVG设备监控模块模块向中控模块反馈的当前SVG所发无功功率； YFtS风力发电设备监控模块向中控模块反馈的当前风力发电设备所发无功功率； MAsveS SVG的最大允许无功功率;Mt为所有风力发电设备最大允许无功功率之和； 5523, 所述中控模块在％所在周期内分三步进行SVG无功功率控制模块和风力发电设 备无功功率协调控制模块之间的Qw分配，具体如下： 第一步分配时，使Qsve= A sQw(l-〇. 2AT);此时SVG为主要无功调节设备，可保证调节的 响应时间； 第二步分配时，使Qsve = A SQW (1-0. 5AT);进行本步骤是为了将SVG所承担的无功功率向 风力发电设备进行转移，为SVG留下更大的调节裕度； 第三步分配时，使Qsve= A sQw(l-〇. 8AT);执行此步后，将会有更多的无功功率由风机机 组承担，从而为SVG预留出足够的无功功率调节容量； 其中，Qt= Qw-Qsvc, Qsve为SVG当前分配的无功功率，Q τ为全部风力发电设备所分配的无功功率；当Q τ值为 负则减少SVG的无功功率； 5524. 异常处理： 根据SVG和风力发电设备的投入状况，在线计算风电场允许的无功功率上限和下限， 当计算出的％大于上限或小于下限时，闭锁无功电压控制功能。
[0014] 本发明的监控方法具有如下优点：（1)准确预测风力发电设备的输出功率变化情 况；（2)控制策略兼顾配大电网调度要求和风电系统运行情况，可同时为大电网提供有功 功率和无功功率，满足大电网的调度需求和风电系统内部负载需求的同时，可有效抑制并 网点的电压波动，兼顾了供电可靠性，保障风电系统的安全性。
【附图说明】
[0015] 图1示出了本发明的一种具有电压稳定装置的并网风电系统的框图； 图2示出了本发明的一种具有电压稳定装置的并网风电系统的运行及监控方法。
【具体实施方式】
[0016] 图1是示出了本发明的一种具有电压稳定装置的并网风电系统10,该风电系统10 包括：风力发电设备13、电压稳定装置12、直流母线、用于将风力发电设备和直流母线连接 的AC/DC双向换流模块一 15，用于将直流母线与大电网连接和隔离的AC/DC双向换流模块 二14、风力发电系统内负载16和监控装置；11。
[0017] 该电压稳定装置12包括蓄电池模块122、将上述直流母线和蓄电池组连接的双向 DC/DC变换器123和SVG设备121。
[0018] 该监控装置11包括：风力发电发电设备监控模块113,用于实时监控风力发电设 备，并对风力发电设备的发电功率进行预测；SVG设备监控模块114,用于实时监控SVG设 备；蓄电池组监控模块115,可实时监控蓄电池组的SOC和DC/DC双向变换器；大电网联络 模块112,用于实时从大电网调控中心获知大电网的运行情况以及相关调度信息；并网运 行监控模块116,用于控制风电系统连接或隔离大电网；负载监控模块118,用于实时风电 系统内的负载；中控模块117,用于确定风电系统的运行策略，并向上述监控装置中的各模 块发出指令，以执行该运行策略；总线模块111，用于该监控装置的各个模块的通信联络。
[0019] 优选的，所述蓄电池模块131分成独立控制的两个蓄电池分组(未示出)，每一组蓄 电池分组均包括一个以上蓄电池，将两组蓄电池分组分别称为第一蓄电池组和第二蓄电池 组；超级电容132、