风电场无功功率控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电场控制领域，尤其涉及一种风电场无功功率控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着世界各国对风电产业的重视，风电在电力生产中的比重越来越大。风电的随 机性、波动性与电网的安全稳定性产生严重冲突，大型风电场接入电网，给电网安全生产带 来严重危害。建立电网友好型风电场，使风电场适应电网要求，成为风电技术发展的首要问 题。
[0003] 风力发电机作为风力发电中最基本的单元，其理论以及相关技术越来越成熟，其 中以双馈感应电机（Doubly Fed Induction Generator，简称为DFIG)最为典型。学术界对 风电机组的数学建模与仿真、风电机组的并网特性进行了大量研究，并对其低电压穿越能 力进行了分析，目前大多数DFIG已具备低电压穿越能力。但由于对风电机组故障时穿越性 能的要求，往往使DFIG的无功能力得不到利用，这需要对风力发电机进行进一步改进。
[0004] 国内外有很多学者提出利用DFIG的无功调节能力将风机群综合为一个连续可控 的无功源，使其外特性类似配有自动电压调节器的常规电厂，这种控制策略具有调节范围 大且响应快速的优点。但DFIG的无功容量受转子变流器容量的限制，高有功出力下的DFIG 的无功容量有限，而此时风电场的无功需求却很大，无法保障风电场的安全性。同时，DFIG 的初始视在功率越大，故障发生时造成的过电流、过电压现象将越严重，DFIG穿越故障的可 能性将越低，对电网的损害将越大。
[0005] 因此，为保证各种工况下的电压控制质量，风电场需综合利用多种无功补偿装置。 那么，如何对风电场的无功功率进行控制，以充分利用和协调风电场的无功设备，保证风电 场内部节点电压稳定，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种风电场无功功率控制方法及系统，以至少解决如何优化风电场 的无功功率控制的问题。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种风电场无功功率控制方法，包括：AVC子站 (自动电压控制系统，Automatic Voltage Control)获取风电场的目标无功功率，根据所述 目标无功功率向无功补偿设备发送无功调节指令；所述无功补偿设备根据所述无功补偿设 备的工作方式进行无功功率补偿；所述AVC子站检测到所述风电场的无功功率达到所述目 标无功功率后，控制所述风电场内的风电机组增发无功功率，以替换所述无功补偿设备的 无功出力。
[0008] 在一个实施例中，AVC子站获取风电场的目标无功功率包括：所述AVC子站接收 AVC主站下发的无功功率指令，从所述无功功率指令中获取所述目标无功功率；或者，所述 AVC子站接收所述AVC主站下发的电压指令，根据所述电压指令中携带的目标并网点电压 计算所述目标无功功率。
[0009] 在一个实施例中，所述AVC子站根据所述目标无功功率向无功补偿设备发送无功 调节指令包括：所述AVC子站判断所述目标无功功率是否超过预设无功功率，其中，所述预 设无功功率小于所述无功补偿设备的额定容量；以及所述AVC子站向所述无功补偿设备发 送包含判断结果的无功调节指令；所述无功补偿设备根据所述无功补偿设备的工作方式进 行无功功率补偿包括：所述无功补偿设备接收所述包含判断结果的无功调节指令；如果所 述判断结果为所述目标无功功率未超过所述预设无功功率，则所述无功补偿设备根据所述 无功补偿设备的工作方式进行无功功率补偿，使所述风电场的无功功率达到所述目标无功 功率；如果所述判断结果为所述目标无功功率超过所述预设无功功率，则所述无功补偿设 备根据所述无功补偿设备的工作方式进行无功功率补偿，输出所述预设无功功率；在所述 无功补偿设备根据所述无功补偿设备的工作方式进行无功功率补偿，输出所述预设无功功 率之后，还包括：所述AVC子站根据所述风电场内的风电机组的无功上下限，将剩余的目标 无功功率分配给所述风电机组输出。
[0010] 在一个实施例中，所述无功补偿设备根据所述无功补偿设备的工作方式进行无功 功率补偿包括：当所述无功补偿设备单独运行时，所述无功补偿设备输出无功功率，使所述 风电场的并网点电压维持在预设范围内；当所述无功补偿设备需要与调度配合时，所述无 功补偿设备按照当前并网点电压与预设电压的大小关系进行无功功率补偿。
[0011] 在一个实施例中，所述预设电压包括：第一电压值、第二电压值、第三电压值、第四 电压值和调节死区，其中，所述第一电压值〉所述第二电压值〉所述第三电压值〉所述第四 电压值〉所述调节死区的上限；所述无功补偿设备按照当前并网点电压与预设电压的大小 关系进行无功功率补偿包括：所述AVC子站检测当前并网点电压；如果所述当前并网点电 压属于[第二电压值，第一电压值）或（第四电压值，第三电压值]，所述无功补偿设备将所 述风电场的并网点电压调节到（第三电压值，第二电压值）区间内；如果所述当前并网点电 压属于（第三电压值，第二电压值），所述无功补偿设备按照所述无功调节指令输出无功功 率，使所述风电场的无功功率达到所述目标无功功率；如果所述当前并网点电压大于等于 所述第一电压值，所述无功补偿设备退出无功功率补偿，所述风电机组满发感性无功，不发 容性无功；如果所述当前并网点电压小于等于所述第四电压值，所述无功补偿设备退出无 功功率补偿，所述风电机组满发容性无功，不发感性无功；如果所述当前并网点电压属于所 述调节死区，所述无功补偿设备不进行无功功率补偿。
[0012] 在一个实施例中，所述AVC子站控制所述风电场内的风电机组增发无功功率以替 换所述无功补偿设备的无功出力包括：所述AVC子站计算所述风电场内的各个风电机组可 补偿的无功功率；所述AVC子站控制各个风电机组按照其可补偿的无功功率进行无功功率 的增发。
[0013] 在一个实施例中，在所述AVC子站控制所述风电场内的风电机组增发无功功率以 替换所述无功补偿设备的无功出力之后，所述方法还包括：所述AVC子站对所述无功补偿 设备进行比例积分调节，减少所述风电场的当前并网点电压与目标并网点电压的差值，其 中所述差值由风电场本身的无功损耗导致。
[0014] 根据本发明的另一个方面，提供了一种风电场无功功率控制系统，包括:AVC子 站、无功补偿设备以及包含至少一个风电机组的风电场；所述AVC子站，连接至所述无功补 偿设备和所述风电场，用于获取所述风电场的目标无功功率，根据所述目标无功功率向所 述无功补偿设备发送无功调节指令；以及在检测到所述风电场的无功功率达到所述目标无 功功率后，控制所述风电场内的风电机组增发无功功率，以替换所述无功补偿设备的无功 出力；所述无功补偿设备，连接至所述AVC子站和所述风电场，用于根据所述无功补偿设备 的工作方式进行无功功率补偿。
[0015] 在一个实施例中，所述系统还包括：AVC主站，连接至所述AVC子站，用于向所述 AVC子站下发无功功率指令或电压指令；所述AVC子站具体用于接收所述无功功率指令，从 所述无功功率指令中获取所述目标无功功率；或者，接收所述电压指令，根据所述电压指令 中携带的目标并网点电压计算所述目标无功功率。
[0016] 在一个实施例中，所述AVC子站，具体用于判断所述目标无功功率是否超过预设 无功功率；向所述无功补偿设备发送包含判断结果的无功调节指令；以及在所述无功补偿 设备输出所述预设无功功率后，根据所述风电场内的风电机组的无功上下限，将剩余的目 标无功功率分配给所述风电机组输出；其中，所述预设无功功率小于所述无功补偿设备的 额定容量；所述无功补偿设备，具体用于接收所述包含判断结果的无功调节指令；在所述 判断结果为所述目标无功功率未超过所述预设无功功率的情况下，根据所述无功补偿设备 的工作方式进行无功功率补偿，使所述风电场的无功功率达到所述目标无功功率；以及在 所述判断结果为所述目标无功功率超过所述预设无功功率的情况下，根据所述无功补偿设 备的工作方式进行无功功率补偿，输出所述预设无功功率。
[0017] 在一个实施例中，所述无功补偿设备包括：所述第一补偿单元，用于当所述无功补 偿设备单独运行时，输出无功功率，使所述风电场的并网点电压维持在预设范围内；所述第 二补偿单元，用于当所述无功补偿设备需要与调度配合时，按照当前并网点电压与预设电 压的大小关系进行无功功率补偿。
[0018] 在一个实施例中，所述预设电压包括：第一电压值、第二电压值、第三电压值、第四 电压值和调节死区，其中，所述第一电压值〉所述第二电压值〉所述第三电压值〉所述第四 电压值〉所述调节死区的上限；AVC子站还用于检测当前并网点电压；所述第二补偿单元， 具体用于如果所述当前并网点电压属于[第二电压值，第一电压值）或（第四电压值，第 三电压值]，将所述风电场的并网点电压调节到（第三电压值，第二电压值）区间内；如果 所述当前并网点电压属于（第三电压值，第二电压值），按照所述无功调节指令输出无功功 率，使所述风电场的无功功率达到所述目标无功功率；如果所述当前并网点电压大于等于 所述第一电压值，退出无功功率补偿，所述风电机组满发感性无功，不发容性无功；如果所 述当前并网点电压小于等于所述第四电压值，退出无功功率补偿，所述风电机组满发容性 无功，不发感性无功；如果所述当前并网点电压