一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及规模化新能源并网发电运行中的无功电压控制领域，具体涉及一种基 于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国风力发电的持续快速发展，以风电为主的新能源已成为东北、内蒙、甘肃 等十余省份的第二大电源，新能源正在经历由补充性能源向替代能源转变的历史性阶段。 局部地区的风电并网容量大大超出了当地负荷水平或局部电网接纳风电的能力，风电并网 能否安全稳定运行都将直接影响着当地电网乃至区域电网的正常运行。2011年以来，我国 "三北"地区发生了多次大规模风电脱网事故，给区域电网造成了电压大幅波动、频率大幅 降低、损失大面积负荷等严重后果，为了保证风电并网系统的安全稳定，并网风电场的无功 电压控制问题已成为并网风电场亟待解决的关键问题。
[0003]目前我国并网双馈变速风电机组多采用恒功率因素控制方式，没有发挥双馈发电 机组的无功调节能力，因此如何充分利用双馈风电机组的调控能力改善其接入条件已成为 双馈变速风电机组并网运行控制领域的重要研究内容。现有研究提出的双馈型变速风机风 电场的无功电压控制方法主要为：按照调度下发的指令或风电场无功/电压控制目标，确 定风电场的无功功率需求，采用风电机组和无功补偿装置协调控制策略；风电机组优先或 无功补偿装置优先补偿，风电机组间的无功分配方式有：①无功容量等比例分配方式；② 等功率因数分配方式；③按无功/网损灵敏度排序分配方式等。
[0004] 以上方法充分考虑了风电机组的无功调节能力，为风电场和系统电压提供支撑， 但并未考虑风电场电气接线，以及场内电压分布的特点对风电机组无功调节能力对风电场 并网点电压支撑作用的影响。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明提供的一种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法，该 方法考虑了风电场电气接线，以及场内电压分布的特点对风电机组无功调节能力对风电场 并网点电压支撑作用的影响，优化调控了风电机组的无功调节能力，为风电场和系统电压 提供了准确、可靠且有效的支撑；保证了基于双馈风电机组的风电场并网运行的可靠性及 尚效性。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种基于双馈风电机组的风电场无功功率控制方法，所述基于双馈风电机组的风 电场内的无功调节设备包括风电机组及无功补偿装置，所述方法包括如下步骤：
[0008] 步骤1.将所述风电场内的所述风电机组按调控优先级划分为多个无功调控单 元；
[0009] 步骤2.计算得到所述风电场的无功需求量；
[0010] 步骤3.判断所述风电机组或所述无功补偿装置是否在正常运行；
[0011] 若是，则进入步骤5 ;
[0012] 若否，则进入步骤4;
[0013] 步骤4.维修未正常运行的所述风电机组或所述无功补偿装置，返回步骤3 ;
[0014] 步骤5.计算各所述无功调控单元和无功补偿装置的可调无功容量；
[0015] 步骤6.根据所述风电场的无功需求量对各所述无功调控单元和无功补偿装置进 行无功分配；
[0016] 步骤7.判断所述风电场的并网点电压是否在允许的运行范围内；
[0017] 若是，则所述风电场无功功率协调控制结束；
[0018] 若否，则返回步骤2。
[0019] 优选的，所述步骤1，包括：
[0020] 1-1.对所述风电场内所有风电机组进行编号；
[0021] 1-2.计算所述风电场内每段集电线路的阻抗，将每台风电机组到风电场主变压器 低压侧母线的线路阻抗按照大小进行排序，按照固定比例将所有风电机组分为多个无功调 控单元。
[0022] 优选的，所述步骤2,包括：
[0023] 2-1.检测得到所述风电场的并网点电压的实时值；
[0024] 2-2.计算所述风电场的并网点电压的实时值与并网点电压控制目标的差值，得到 所述风电场的电压偏差值；
[0025] 2-3.根据所述电压偏差值，利用PI控制器确定所述风电场的无功功率需求量。
[0026] 优选的，所述步骤3,包括：
[0027] 根据所述风电场的监测系统监测得到的所述风电机组或所述无功补偿装置的运 行状态监控信息，判断所述风电机组或所述无功补偿装置是否在正常运行；
[0028] 若是，则进入步骤5;
[0029] 若否，则进入步骤4。
[0030] 优选的，所述步骤5，包括：
[0031] 5-1.计算各所述无功调控单元的可调无功容量；一个所述无功调控单元的可调 无功容量为该无功调控单元内所有正常运行的风电机组的可调无功容量之和：
[0033] 式中，Qtiuniax和Qtijlnun分别为无功调控单元的可调无功的上调容量和下调容量；Q til+ 咖和分别为无功调控单元中第i台风电机组的可调容量上限和下限山为无功调 控单元中第i台风电机组的实测无功功率;m为无功调控单元内参与无功调节的风电机组 的台数；
[0034] 5-2.计算所述无功补偿装置的可调无功容量；
[0036] 式中，〇__和Q ffi D_分别为所述无功补偿装置的可调无功的上调容量和下调容 量和QeEl__分别为所述风电场中第i台无功补偿装置的可调容量上限和下限；Q CEl_ _为所述风电场中第i台无功补偿装置的实测无功功率；η为风电场参与无功调节的无功 补偿装置的台数。
[0037] 优选的，所述步骤6中对各所述无功调控单元的进行无功分配，包括：
[0038] 6-1.判断无功出力对风电场并网电压水平影响最大的最优所述无功调控单元的 可调无功容量是否满足所述风电场的无功需求量；
[0039] 若是，则由该最优无功调控单元采用等比例分配原则进行无功调节；
[0040] 若否，进入6-2;
[0041] 6-2.判断最优所述无功调控单元和无功出力对风电场并网电压水平影响较大的 次优所述无功调控单元的可调无功容量总和是否满足所述风电场的无功需求量；
[0042] 若是，则最优所述无功调控单元提供全部可调无功，且次优所述无功调控单元采 用等比例分配原则提供其余的无功需求；
[0043] 若否，进入6-3;
[0044] 6-3.判断最优所述无功调控单元、次优所述无功调控单元和所述无功补偿装置的 可调无功容量总和是否满足无功需求；
[0045] 若是，则最优所述无功调控单元和次优所述无功调控单元一同提供全部可调无 功，且所述无功补偿装置提供其余的无功需求；
[0046] 若否，则最优所述无功调控单元、次优所述无功调控单元和无功补偿装置提供全 部可调无功，且无功调控单元中的除了所述最优所述无功调控单元及次优所述无功调控单 元的其他补充所述无功调控单元采用等比例分配原则提供其余的无功需求；若不满足无功 需求时，其他补充所述无功调控单元则提供全部可调无功，并向风电场AVC系统发送无功 裕度不足报警信号。
[0047] 优选的，所述采用等比例分配原则进行无功调节，包括：
[0049] 式中，QWTi_tgt为所述无功调控单元中第i台风电机组需要调节的无功容量；Q WT_tgt 为所述无功调控单元的需要调节的无功需求量；Qm_umax为所述无功调控单元中第i台风电 机组调节的无功容量上限值;m为无功调控单元内参与无功调节的风电机组的台数。
[0050] 优选的，所述步骤6中对所述无功补偿装置的进行无功分配，包括：
[0051] 判断所述无功补偿装置是否均接入同一主变压器；
[0052] 若是，则对所述无功补偿装置采用等比例法进行无功功率分配；
[0053] 若否，则所述无功补偿装置接入不同的主变压器；按照不同主变压器输送的有功 功率所占风电场总有功出力的比例进行无功容量需求分配。
[0054]