一种并网风电场无功功率自动调节系统及方法与流程

本申请涉及电力系统技术领域，特别涉及一种并网风电场无功功率自动调节系统及方法。

背景技术：

电网在正常运行的过程中，不仅需要有功功率来保持电气设备正常运行，还需要无功功率来供给电气设备建立正常的交变磁场，无功功率在电网中也具有非常重要的作用。

近年来，由于风力发电具有优越的环保性能，因此在电力生产中所占的比重越来越大，风力发电的大规模并网也越来越多。对于此类并网而言，风电场中的风电机组自身具有一定的无功输出能力，可以为并网提供部分无功功率，但是由于风电机组受风资源影响，其无功输出具有较强的波动性和突变性，稳定性较差，而且风电机组数量庞大，难以通过精确的集群控制实现对其无功输出的调节和分配，因此风电机组不能以无功输出为优先目的。为了保证电网有足够的无功功率，需要在风电场中配备无功功率补偿装置。

现阶段，对于风电场的无功功率补偿缺乏精确的调控手段，一般只能依据风电机组的无功输出情况以及电力调度提出的无功需求，结合风电场运行经验手动设定无功功率补偿装置提供的补偿无功功率。在风电机组发电波动较大的情况下，其无功功率的输出波动也较大，此种方法仅依靠手动设定，既无法及时地对补偿无功功率做出调整，以跟随风电机组运行的波动，也无法较为准确地设定补偿无功功率，以随时满足并网的需要。

基于此，目前亟需一种并网风电场无功功率自动调节系统，用于解决现有技术中无法实时、准确地调节并网风电场无功功率的问题。

技术实现要素：

本申请提供了一种并网风电场无功功率自动调节系统及方法，可用于解决现有技术无法实时、准确地调节并网风电场无功功率的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种并网风电场无功功率自动调节系统，所述自动调节系统应用于并网风电场，所述并网风电场包括风电场和并网电网，所述风电场为所述并网电网供电，所述风电场包括多个风电机组；所述自动调节系统包括：无功功率补偿装置、无功功率在线监测装置、通信装置和综合处理控制装置；

所述无功功率补偿装置安装在所述风电场内部；

所述无功功率在线监测装置与并网点电连接；所述并网点为所述并网电网与所述风电机组，以及所述无功功率补偿装置的电连接点；

所述通信装置与所述无功功率在线监测装置网络连接；

所述综合处理控制装置与所述通信装置网络连接，以及与所述无功功率补偿装置网络连接；

其中：

所述无功功率在线监测装置，用于获取并网点无功功率，并将所述并网点无功功率发送至所述通信装置；所述并网点无功功率包括所述风电机组输出的无功功率和所述无功功率补偿装置提供的补偿无功功率；

所述通信装置，用于将所述并网点无功功率传递给所述综合处理控制装置；

所述综合处理控制装置，用于获取所述并网电网需要所述风电场输出的需求无功功率；以及，根据所述需求无功功率和所述并网点无功功率，确定所述需求无功功率与所述并网点无功功率之间的并网无功偏差；以及，如果所述并网无功偏差的绝对值大于预设阈值，则生成功率调节指令，并将所述功率调节指令发送给所述无功功率补偿装置；所述功率调节指令包括功率调节值，用于指示所述无功功率补偿装置根据所述功率调节值提供所述补偿无功功率；

所述无功功率补偿装置，用于接收所述功率调节指令，并根据所述功率调节值提供所述补偿无功功率。

在第一方面的一种可实现方式中，所述综合处理控制装置还外接电力调度指令下达系统，所述电力调度指令下达系统应用于所述并网电网，用于统计并指示所述并网电网需要所述风电场输出的需求无功功率。

在第一方面的一种可实现方式中，所述并网无功偏差通过以下方式确定：

δq＝qn-qt

其中，δq为所述并网无功偏差，qn为所述需求无功功率，qt为所述并网点无功功率。

在第一方面的一种可实现方式中，所述功率调节值通过以下方式确定：

δqs＝δq

其中，δqs为所述功率调节值，δq为所述并网无功偏差。

在第一方面的一种可实现方式中，所述无功功率在线监测装置获取所述并网点无功功率的同时，所述综合处理控制装置获取所述并网电网需要所述风电场输出的需求无功功率。

第二方面，本申请实施例提供一种并网风电场无功功率自动调节方法，所述方法应用于一种并网风电场无功功率自动调节系统，所述自动调节系统应用于并网风电场，所述并网风电场包括风电场和并网电网，所述风电场为所述并网电网供电，所述风电场包括多个风电机组；所述自动调节系统包括：无功功率补偿装置、无功功率在线监测装置、通信装置和综合处理控制装置；

所述无功功率补偿装置安装在所述风电场内部；

所述无功功率在线监测装置与并网点电连接；所述并网点为所述并网电网与所述风电机组，以及所述无功功率补偿装置的电连接点；

所述通信装置与所述无功功率在线监测装置网络连接；

所述综合处理控制装置与所述通信装置网络连接，以及与所述无功功率补偿装置网络连接；

所述方法包括：

所述无功功率在线监测装置获取并网点无功功率，并将所述并网点无功功率发送至所述通信装置；所述并网点无功功率包括所述风电机组输出的无功功率和所述无功功率补偿装置提供的补偿无功功率；

所述通信装置将所述并网点无功功率传递给所述综合处理控制装置；

所述综合处理控制装置获取所述并网电网需要所述风电场输出的需求无功功率；以及，根据所述需求无功功率和所述并网点无功功率，确定所述需求无功功率与所述并网点无功功率之间的并网无功偏差；以及，如果所述并网无功偏差的绝对值大于预设阈值，则生成功率调节指令，并将所述功率调节指令发送给所述无功功率补偿装置；所述功率调节指令包括功率调节值，用于指示所述无功功率补偿装置根据所述功率调节值提供所述补偿无功功率；

所述无功功率补偿装置接收所述功率调节指令，并根据所述功率调节值提供所述补偿无功功率。

在第二方面的一种可实现方式中，所述综合处理控制装置还外接电力调度指令下达系统，所述电力调度指令下达系统应用于所述并网电网，用于统计并指示所述并网电网需要所述风电场输出的需求无功功率。

在第二方面的一种可实现方式中，所述并网无功偏差通过以下方式确定：

δq＝qn-qt

其中，δq为所述并网无功偏差，qn为所述需求无功功率，qt为所述并网点无功功率。

在第二方面的一种可实现方式中，所述功率调节值通过以下方式确定：

δqs＝δq

其中，δqs为所述功率调节值，δq为所述并网无功偏差。

在第二方面的一种可实现方式中，所述无功功率在线监测装置获取所述并网点无功功率的同时，所述综合处理控制装置获取所述并网电网需要所述风电场输出的需求无功功率。

如此，本申请实施例提供的并网风电场无功功率自动调节系统，将无功功率补偿装置安装在风电场内部，通过无功功率在线监测装置可以实时监测并网点无功功率，通过综合处理控制装置实时获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率，以及根据并网点无功功率和需求无功功率的无功偏差生成对应的功率调节指令，控制无功功率补偿装置根据功率调节指令准确地对风电场并网无功功率进行实时调节，使调节过程实现自动化，且不受风电场无功功率输出波动较大的影响，调节的准确性较高，从而保证了电网的稳定和风电场的经济效益。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种并网风电场无功功率自动调节系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的并网风电场无功功率自动调节流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

为了解决问题，本申请实施例提供一种并网风电场无功功率自动调节系统，具体用于解决现有技术无法实时、准确地调节并网风电场无功功率的问题。图1示例性示出了本申请实施例提供的一种并网风电场无功功率自动调节系统的结构示意图。如图1所示，该自动调节系统具有实现并网风电场无功功率自动调节的功能。本申请实施例提供的自动调节系统应用于并网风电场，并网风电场包括风电场和并网电网，风电场为并网电网供电，风电场包括多个风电机组；该自动调节系统包括：无功功率补偿装置100、无功功率在线监测装置200、通信装置300和综合处理控制装置400。

无功功率补偿装置100安装在风电场内部。

无功功率在线监测装置200与并网点电连接；并网点为并网电网与风电机组，以及无功功率补偿装置100的电连接点。

通信装置300与无功功率在线监测装置200网络连接。

综合处理控制装置400与通信装置300网络连接，以及与无功功率补偿装置100网络连接。

具体来说，风电场和外部电网并网后构成并网风电场，风电场为外部电网供电，本申请实施例中将并网的外部电网称为并网电网，以与其他电网进行区分。本申请实施例提供的自动调节系统将无功功率补偿装置100安装在风电场内部，无功功率在线监测装置200的一端与并网点电连接。其中，需要说明的是，并网点指的并不是各个风电机组和无功功率补偿装置100分别与并网电网电连接，而是指各个风电机组与无功功率补偿装置100先连接汇合后再与并网电网电连接的点。如图1中的p点所示。无功功率在线监测装置200的另一端具备通信接口，能够与通信装置300的一端网络连接，可以是有线形式，也可以是无线形式，具体不作限定。通信装置300的另一端也具备通信接口，与综合处理控制装置400具备通信接口的一端网络连接，可以是有线形式，也可以是无线形式，具体不作限定。综合处理控制装置400的另一端具备多个通信接口，其中一个接口与无功功率补偿装置100网络连接，可以是有线形式，也可以是无线形式，具体不作限定。

本申请实施例提供的自动调节系统中无功功率补偿装置100、无功功率在线监测装置200、通信装置300和综合处理控制装置400各设备的作用如下：

无功功率在线监测装置200，用于获取并网点无功功率，并将并网点无功功率发送至通信装置300；并网点无功功率包括风电机组输出的无功功率和无功功率补偿装置100提供的补偿无功功率。

通信装置300，用于将并网点无功功率传递给综合处理控制装置400。综合处理控制装置400接收该并网点无功功率。

综合处理控制装置400，获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率。以及，根据需求无功功率和并网点无功功率，确定需求无功功率与并网点无功功率之间的并网无功偏差。以及，如果并网无功偏差的绝对值大于预设阈值，则生成功率调节指令，并将功率调节指令发送给无功功率补偿装置100；功率调节指令包括功率调节值，用于指示无功功率补偿装置100根据功率调节值提供补偿无功功率。

无功功率补偿装置100，用于接收功率调节指令，并根据功率调节值提供补偿无功功率。

具体来说，无功功率在线监测装置200获取的并网点无功功率包括两方面，一方面是各个运行状态的风电机组输出的无功功率总和，另一方面是无功功率补偿装置100提供的补偿无功功率。

通信装置300的作用主要是传递数据，将并网点无功功率传递给综合处理控制装置400。

由于一个并网电网可能需要多个风电场来供电，因此可以连接有多个风电场。本申请实施例提供的自动调节系统是针对其中一个风电场进行调节的，针对该风电场，综合处理控制装置400获取的并网电网需要风电场输出的需求无功功率，指的是并网电网需要安装有自动调节系统的风电场输出的需求无功功率部分。

综合处理控制装置400获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率的方式有多种，一个示例中，综合处理控制装置400还外接电力调度指令下达系统来获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率。其中电力调度指令下达系统应用于并网电网，用于统计并指示并网电网需要风电场输出的需求无功功率。

在其它可能的示例中，本领域技术人员可以根据经验和实际情况来确定综合处理控制装置400获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率的方式，比如，可以采用键盘直接输入，具体不作限定。

综合处理控制装置400获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率，是与无功功率在线监测装置200获取并网点无功功率同时进行的，也就是说并网点无功功率与需求无功功率是在同一个时间点的值，假如无功功率在线监测装置200获取的是t时刻的并网点无功功率，则综合处理控制装置400接收通信装置300发送的t时刻的并网点无功功率的同时，获取的是t时刻并网电网需要风电场输出的需求无功功率。

通过上述方式可以不受风电机组发电波动较大的影响，可以实时监测并网风电场的无功功率输出和无功功率需求，具有较高的精确性。

综合处理控制装置400获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率，以及接收并网点无功功率后，根据需求无功功率和并网点无功功率，确定需求无功功率与并网点无功功率之间的并网无功偏差。具体地，需求无功功率与并网点无功功率之间的并网无功偏差通过公式(1)确定：

δq＝qn-qt公式(1)

公式(1)中，δq为并网无功偏差，qn为需求无功功率，qt为并网点无功功率。

判断并网无功偏差的绝对值是否大于预设阈值，如果并网无功偏差的绝对值大于预设阈值，则生成功率调节指令，并将功率调节指令发送给无功功率补偿装置100。其中，功率调节指令包括功率调节值，用于指示无功功率补偿装置100根据功率调节值提供补偿无功功率。

具体地，功率调节值通过公式(2)确定：

δqs＝δq公式(2)

公式(2)中，δqs为功率调节值，δq为并网无功偏差。

从公式(2)中可以看出，并网无功偏差与功率调节值相同。需要说明的是，如果并网无功偏差δq为正值，此时功率调节值δqs也为正值，表示无功功率补偿装置100需要增加补偿无功功率的值。如果并网无功偏差δq为负值，此时功率调节值δqs也为负值，表示无功功率补偿装置100需要减少补偿无功功率的值。

如果并网无功偏差的绝对值小于或等于预设阈值，则综合处理控制装置400不执行任何动作。

无功功率补偿装置100可以选择静止无功发生器，也可以选择其他类型的补偿装置，具体不作限定。无功功率补偿装置100接收综合处理控制装置400发送的功率调节指令后，根据功率调节值提供对应的补偿无功功率。需要说明的是，如果综合处理控制装置400发送的功率调节值为正值，则无功功率补偿装置100需要增加补偿无功功率的值，如果综合处理控制装置400发送的功率调节值为负值，则无功功率补偿装置100需要减小补偿无功功率的值。

通过上述方式可以精确地对并网风电场无功功率进行实时调节，较好地保证了电网的稳定和风电场的经济效益，实用性较高。

为了更加清楚地说明本申请实施例提供的自动调节系统对并网风电场无功功率的自动调节过程，下面通过具体示例来说明。

假设外部电网与三个风电场并网，在其中一个风电场中安装无功功率自动调节系统，对该风电场的无功功率进行自动调节。

假设该风电场中有六个风电机组，则无功功率在线监测装置200电连接在该风电场与并网电网的并网点，实时获取这六个风电机组以及无功功率补偿装置100输出的无功功率，假设t时刻其中只有三个风电机组运行，风电机组输出的总无功功率为1mvar，无功功率补偿装置100暂未提供补偿无功功率，则无功功率在线监测装置200获取到的并网点无功功率为1mvar，同时综合处理控制装置400获取到的并网电网需要该风电场输出的需求无功功率为2mvar，确定并网无功偏差为2mvar-1mvar＝1mvar，大于预设阈值0.05mvar，此时综合处理控制装置400生成功率调节指令，并发送给无功功率补偿装置100，其中功率调节值为1mvar，无功功率补偿装置100按照功率调节值提供对应的补偿无功功率1mvar。

t+1时刻风电机组输出的无功功率为1mvar，以及无功功率补偿装置100提供的补偿无功功率1mvar，无功功率在线监测装置200获取到的并网点无功功率为2mvar，同时综合处理控制装置400获取到的并网电网需要该风电场输出的需求无功功率为2.05mvar，计算并网无功偏差为2.05mvar-2mvar＝0.05mvar，等于预设阈值0.05mvar，此时综合处理控制装置400不执行任何动作，无功功率补偿装置100继续提供1mvar的补偿无功功率。

t+2时刻风电机组输出的无功功率为1.8mvar，以及无功功率补偿装置100提供的补偿无功功率1mvar，无功功率在线监测装置200获取到的并网点无功功率为2.8mvar，同时综合处理控制装置400获取到的并网电网需要该风电场输出的需求无功功率为2mvar，计算并网无功偏差为2mvar-2.8mvar＝-0.8mvar，绝对值大于预设阈值0.05mvar，此时综合处理控制装置400生成功率调节指令，并发送给无功功率补偿装置100，其中功率调节值为-0.8mvar，无功功率补偿装置100需要减小补偿无功功率的值，即应提供1-0.8＝0.2mvar的补偿无功功率。

本申请实施例提供的自动调节系统，通过无功功率在线监测装置和综合处理控制装置实时、准确地调整无功功率补偿装置的补偿值，使得风电场对并网电网的总输出无功功率维持在合理的偏差范围内，保证了电网的安全运行。另外，并网无功偏差较为准确地保持在预设阈值附近，也同时避免了过度补偿带来风电场效益降低的情况。

下述为本申请方法实施例，可以应用于本申请自动调节系统实施例。对于本申请方法实施例中未披露的细节，请参照本申请自动调节系统实施例。

本申请实施例提供一种并网风电场无功功率自动调节方法。该方法应用于自动调节系统，自动调节系统应用于并网风电场，并网风电场包括风电场和并网电网，风电场为并网电网供电，风电场包括多个风电机组；自动调节系统包括：无功功率补偿装置、无功功率在线监测装置、通信装置和综合处理控制装置。

无功功率补偿装置安装在风电场内部。

无功功率在线监测装置与并网点电连接；并网点为并网电网与风电机组，以及无功功率补偿装置的电连接点。

通信装置与无功功率在线监测装置网络连接。

综合处理控制装置与通信装置网络连接，以及与无功功率补偿装置网络连接。

该方法具体包括以下步骤：

无功功率在线监测装置获取并网点无功功率，并将并网点无功功率发送至通信装置；并网点无功功率包括风电机组输出的无功功率和无功功率补偿装置提供的补偿无功功率。

通信装置将并网点无功功率传递给综合处理控制装置。

综合处理控制装置获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率；以及，根据需求无功功率和并网点无功功率，确定需求无功功率与并网点无功功率之间的并网无功偏差；以及，如果并网无功偏差的绝对值大于预设阈值，则生成功率调节指令，并将功率调节指令发送给无功功率补偿装置；功率调节指令包括功率调节值，用于指示无功功率补偿装置根据功率调节值提供补偿无功功率；

无功功率补偿装置，用于接收功率调节指令，并根据功率调节值提供补偿无功功率。

在一种可实现方式中，综合处理控制装置还外接电力调度指令下达系统，电力调度指令下达系统应用于并网电网，用于统计并指示并网电网需要风电场输出的需求无功功率。

在一种可实现方式中，并网无功偏差通过以下方式确定：

δq＝qn-qt

其中，δq为并网无功偏差，qn为需求无功功率，qt为并网点无功功率。

在一种可实现方式中，功率调节值通过以下方式确定：

δqs＝δq

其中，δqs为功率调节值，δq为并网无功偏差。

在一种可实现方式中，无功功率在线监测装置获取并网点无功功率的同时，综合处理控制装置获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率。

具体来说，图2示例性示出了本申请实施例提供的并网风电场无功功率自动调节流程示意图。如图2所示，并网风电场无功功率自动调节流程具体包括如下步骤：

步骤201，风电机组为并网电网输出无功功率。

步骤202，无功功率补偿装置接收功率调节指令，并根据功率调节值提供补偿无功功率。

步骤203，无功功率在线监测装置获取并网点无功功率。

步骤204，综合处理控制装置获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率，以及并网点无功功率。

步骤205，综合处理控制装置根据需求无功功率和并网点无功功率，确定需求无功功率与并网点无功功率之间的并网无功偏差。

步骤206，综合处理控制装置判断并网无功偏差的绝对值是否大于预设阈值，如果并网无功偏差的绝对值大于预设阈值，则执行步骤207；如果并网无功偏差的绝对值小于或等于预设阈值，则执行步骤208。

步骤207，综合处理控制装置生成功率调节指令，并将功率调节指令发送给无功功率补偿装置。返回步骤202。

步骤208，综合处理控制装置不执行任何动作。

如此，本申请实施例提供的自动调节方法，应用于自动调节系统中，通过无功功率在线监测装置可以实时监测并网点无功功率，通过综合处理控制装置实时获取并网电网需要风电场输出的需求无功功率，以及根据并网点无功功率和需求无功功率的无功偏差生成对应的功率调节指令，控制无功功率补偿装置根据功率调节指令准确地对风电场并网无功功率进行实时调节，使调节过程实现自动化，且不受风电场无功功率输出波动较大的影响，调节的准确性较高，保证了电网的稳定运行和风电场的经济效益。

在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序或智能合约，所述计算机程序或智能合约被节点加载并执行以实现上述实施例提供的事务处理方法。可选地，上述计算机可读存储介质可以是只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、cd-rom、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。