风电场集群的无功功率控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电场集群控制技术领域，尤其涉及一种风电场集群的无功功率控制 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前，由于受无功分层平衡就地补偿观点的影响，国内外对于风电场的大部分的 研究重点都集中在了对单个风电场的无功电压优化控制，考虑相近风电场间的协调配合的 研究比较少。
[0003] 我国风电场往往集中建设，形成大规模的风电场集群，多个风电场集中接入同一 变电站形成风电场集群，给调度部门带来困难，就无功方面来讲，由于风电的波动性，强烈 影响地区电压水平。
[0004] 在风电场较多的地区，对于这种在地理位置上邻近、有相同特性并且接入同一变 电站的风电场集群，将风电场作为基本单元，就地补偿的无功电压控制模式并不是最优的， 风单场独自进行无功电压调节的方式不能满足电网的要求，会使区域内无功功率分布不合 适，地区整体电压水平下降。
【发明内容】
[0005] 本发明提供了一种风电场集群的无功功率控制方法及系统，以至少解决风电场集 群的无功功率控制问题。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供了一种风电场集群的无功功率控制方法，风电场集 群控制装置接收调度中心下发的电压指令，并从所述电压指令中提取风电场集群内各个风 电场的目标并网点电压，其中，所述风电场集群控制装置设置在所述各个风电场汇集的变 电站；所述风电场集群控制装置接收所述各个风电场上传的当前并网点电压，并将所述当 前并网点电压和预设区间进行比较，检测所述当前并网点电压所在的区间；如果所述当前 并网点电压处于正常运行区间，所述风电场集群控制装置控制该风电场的AVC子站（自动 电压控制，Automatic Voltage Control)进入本地控制模式，并向所述AVC子站下发所述 目标并网点电压，通过无功功率补偿控制所述风电场的并网点电压达到所述目标并网点电 压；如果所述当前并网点电压处于异常运行区间，所述风电场集群控制装置控制该风电场 的AVC子站进入协调控制模式，根据无功电压灵敏度和各风电场的无功可调容量在所述风 电场集群里选择协调AVC子站，控制所述协调AVC子站输出无功功率，以协助控制处于协调 控制模式的风电场的并网点电压达到所述目标并网点电压；如果所述当前并网点电压处于 紧急运行区间，所述风电场集群控制装置控制该风电场的AVC子站进入紧急控制模式，采 用切机、甩负荷或者切风场的方式控制该风电场的并网点电压。
[0007] 在一个实施例中，所述预设区间根据风电场并网点电压进行划分，正常运行 区间为< _ < K C驅，异常运行区间为^ ^ 或C職^ ^ M11腿，紧急运 行区间为6<巧1"1或6>^11，其中，1表示风电场的编号，￥1表示风电场并网点电压， Kn<Kx:。
[0008] 在一个实施例中，根据无功电压灵敏度和各风电场的无功可调容量在所述风电 场集群里选择协调AVC子站包括：采用以下公式计算所述风电场集群内所有风电场对处 于协调控制模式的风电场i的无功电压灵敏度系数矩阵S:S = _(B" ) W1，其中，无功 电压灵敏度系数矩阵S中的元素Sx]为风电场i的并网点电压变化对风电场j的并网点 无功功率改变的灵敏度系数；B"为所述风电场集群内线路的导纳矩阵，矩阵可逆；V = diag (L V2,. . .，Vn)表示风电机组机端电压，共有n个节点；将无功电压灵敏度系数矩阵S 中的灵敏度系数Sx]按照从大到小进行排序，并选择排序在前面的灵敏度系数所对应的风 电场的AVC子站作为所述协调AVC子站。
[0009] 在一个实施例中，控制所述协调AVC子站输出无功功率，以协助控制处于协调控 制模式的风电场的并网点电压达到所述目标并网点电压包括：根据处于协调控制模式的风 电场的当前并网点电压与所述目标并网点电压的差值，计算所述协调AVC子站需要提供的 无功调整量；向所述协调AVC子站下发携带有所述无功调整量的无功协调控制指令，所述 协调AVC子站按照所述无功调整量输出无功功率，使处于协调控制模式的风电场的并网点 电压达到所述目标并网点电压；其中，所述协调AVC子站按照所述无功调整量输出无功功 率后，所述协调AVC子站对应的风电场的并网点电压处于正常运行区间。
[0010] 在一个实施例中，根据处于协调控制模式的风电场的当前并网点电压与所述目标 并网点电压的差值，计算所述协调AVC子站需要提供的无功调整量包括：采用以下公式计 算所述协调AVC子站的无功调整量A Qi: A V S A Q i，其中，A I为处于协调控制模式的风 电场j的当前并网点电压与所述目标并网点电压的差值，无功调整量A 在所述协调AVC 子站的可调容量范围内。
[0011] 在一个实施例中，采用切机、甩负荷或者切风场的方式控制该风电场的并网点电 压包括：处于紧急控制模式的AVC子站下发无功调节指令给该风电场内的风电机组或无功 补偿设备后，所述风电场集群控制装置检测达到预设动作延时时间，则控制处于紧急控制 模式的AVC子站进行切机、甩负荷或切风场，其中，所述预设动作延时时间大于所述处于紧 急控制模式的AVC子站的动作周期，所述动作周期是从所述处于紧急控制模式的AVC子站 下无功调节发指令到风电机组或无功补偿设备执行动作的时间；其中，如果风电场并网点 电压在预定时间内一直高于设定的最高值，确认无功补偿能力用尽，切除该风电场的送出 线路。
[0012] 根据本发明的另一个方面，提供了一种风电场集群的无功功率控制系统，包括：调 度中心、风电场集群控制装置和风电场集群，其中，所述风电场集群包括至少两个风电场及 对应的AVC子站，所述风电场集群控制装置设置在所述至少两个风电场汇集的变电站；所 述风电场集群控制装置包括：获取模块、检测模块和控制模块；所述获取模块，用于接收所 述调度中心下发的电压指令，并从所述电压指令中提取所述至少两个风电场的目标并网点 电压；所述检测模块，用于接收所述至少两个风电场上传的当前并网点电压，并将所述当前 并网点电压和预设区间进行比较，检测所述当前并网点电压所在的区间；所述控制模块，用 于在所述当前并网点电压处于正常运行区间的情况下，控制该风电场的AVC子站进入本地 控制模式，并向所述AVC子站下发所述目标并网点电压，通过无功功率补偿控制所述风电 场的并网点电压达到所述目标并网点电压；在所述当前并网点电压处于异常运行区间的情 况下，控制该风电场的AVC子站进入协调控制模式，根据无功电压灵敏度和各风电场的无 功可调容量在所述风电场集群里选择协调AVC子站，控制所述协调AVC子站输出无功功率， 以协助控制处于协调控制模式的风电场的并网点电压达到所述目标并网点电压；以及在所 述当前并网点电压处于紧急运行区间的情况下，控制该风电场的AVC子站进入紧急控制模 式，采用切机、甩负荷或者切风场的方式控制该风电场的并网点电压。
[0013] 在一个实施例中，所述控制模块包括：第一控制单元，用于采用以下公式计算所述 风电场集群内所有风电场对处于协调控制模式的风电场i的无功电压灵敏度系数矩阵S :S =_(B" )、\其中，无功电压灵敏度系数矩阵S中的元素Sx]为风电场i的并网点电压变 化对风电场j的并网点无功功率改变的灵敏度系数；B"为所述风电场集群内线路的导纳 矩阵，矩阵可逆；V = diagd V2,. . .，Vn)表示风电机组机端电压，共有n个节点；将无功电 压灵敏度系数矩阵S中的灵敏度系数Sx]按照从大到小进行排序；选择排序在前面的灵敏度 系数所对应的风电场的AVC子站作为所述协调AVC子站。
[0014] 在一个实施例中，所述控制模块包括：第二控制单元，用于根据处于协调控制模式 的风电场的当前并网点电压与所述目标并网点电压的差值，计算所述协调AVC子站需要提 供的无功调整量；向所述协调AVC子站下发携带有所述无功调整量的无功协调控制指令， 所述协调AVC子站按照所述无功调整量输出无功功率，使处于协调控制模式的风电场的并 网点电压达到所述目标并网点电压；其中，所述协调AVC子站按照所述无功调整量输出无 功功率后，所述协调AVC子站对应的风电场的并网点电压处于正常运行区间。
[0015] 在一个实施例中，所述控制模块包括：第三控制单元，用于在处于紧急控制模式的 AVC子站下发无功调节指令给该风电场内的风电机组或无功补偿设备后，检测达到预设动 作延时时间，控制处于紧急控制模式的AVC子站进行切机、甩负荷或切风场，其中，所述预 设动作延时时间大于所述处于紧急控制模式的AVC子站的动作周期，所述动作周期是从所 述处于紧急控制模式的AVC子站下发无功调节指令到风电机组或无功补偿设备执行动作 的时间；其中，如果风电场并网点电压在预定时间内一直高于设定的最高值，确认无功补偿 能力用尽，切除该风电场的送出线路。
[0016] 通过本发明的风电场集群的无功功率控制方法及系统，针对风电场并网点电压预 设运行区间，对应不同的控制模式，在各风电场汇集的变电站设置风电场集群控制装置，协 助调度中心共同完成对风电场集群的控制，协调控制各个风电场无功出力，在减少无功储 备的基础上，保证各个风电场的电压保持稳定，提高地区电压水平，优化大规模风电场群的 无功功率。并且，采用切机、甩负荷或者切风场的方式进行紧急控制，避免造成风电场集群 的大规模脱网、系统失稳、地区电网电压崩溃等严重后果。
【附图说明】
[0017] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
[0018] 图1是本发明实施例的风电场集群的无功功率控制方法的流程图；
[0019] 图2是本发明实