一种风电场功率协调控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种风电场功率协调控制方法及系统，其特征在于，所述方法包括：根据电网调度指令确定风电场无功控制工作模式；计算风电场无功损耗；根据风电场无功控制工作模式和风电场无功损耗计算风电场总无功需求量；按照预先设定的风电场总无功需求分配原则对风电场总无功需求量进行分配，并判断风电场无功总需求是否超过风电机组无功输出极限，若不超过，则风电场总无功需求全部由风电机组承担，若超过，首先由风电机组承担，超额部分由无功补偿装置承担。本发明专利技术提供的技术方法，提升了风电场的“电网友好性"，提高了风电大规模集中接入地区电网的安全稳定运行水平，促进了电网风电消纳能力的提升。

A Power Coordination Control Method and System for Wind Farm

The invention provides a power coordinated control method and system for wind farm, and its characteristics are as follows: determining the reactive power control mode of wind farm according to the power grid dispatching instructions; calculating the reactive power loss of wind farm; calculating the total reactive power demand of wind farm according to the reactive power control mode of wind farm and reactive power loss of wind farm. The total reactive power demand of wind farm is allocated according to the pre-set principle of total reactive power demand distribution of wind farm, and whether the total reactive power demand of wind farm exceeds the reactive power output limit of wind turbine is judged. If not, the total reactive power demand of wind farm is all borne by wind turbine, and if it exceeds, it is borne by wind turbine first. The excess part is borne by the reactive power compensation device. The technical method provided by the invention improves the \grid friendliness\ of the wind farm, improves the safe and stable operation level of the large-scale centralized access of wind power to the regional power grid, and promotes the enhancement of the wind power absorption capacity of the power grid.

【技术实现步骤摘要】
一种风电场功率协调控制方法及系统
本专利技术涉及新能源的接入与控制，具体涉及一种风电场功率协调控制方法及系统。
技术介绍
风力发电具有资源丰富、污染小等优点，越来越受到世界各国的重视。风电技术迅猛发展，目前，风电已超越水电，成为第二大电源，风电正经历由补充性能源向替代性能源的角色转变。电力系统的网源结构与运行方式正发生着深刻变化，风电大规模集中接入地区电网运行风险加大，安全裕度降低。风能具有波动性，风速和风向的随机不可控，成为风力发电稳定性差的根本原因。当风速强烈波动时，风电机组出力大幅度变化，势必会影响系统潮流分布和电压波动。另一方面，电网出现故障或扰动时，异步风力发电机组需要从电网吸收大量的无功功率，将会影响电网运行的稳定性。随着风电技术的进步、技术标准的更新及电网网源结构与运行方式的变化，对风电场的并网性能提出了更高要求。
技术实现思路
本专利技术依照电力系统“分层分区、就地平衡”的无功补偿原则，挖掘风电场无功电压调节技术，实现风电场内部无功功率控制。本专利技术提供一种风电场功率协调控制方法，所述方法包括：根据电网调度指令确定风电场无功控制工作模式；计算风电场无功损耗；根据风电场无功控制工作模式和风电场无功损耗计算风电场总无功需求量；按照预先设定的风电场总无功需求分配原则对风电场总无功需求量进行分配，并判断风电场无功总需求是否超过风电机组无功输出极限，若不超过，则风电场总无功需求全部由风电机组承担，若超过，首先由风电机组承担，超额部分由无功补偿装置承担。所述风电场无功控制工作模式包括：恒并网点电压模式和恒并网点无功模式；所述恒并网点电压模式下电网调度指令为并网点参考电压Ugref，计算公式如下：Qref＝QWFref+Qloss式中，Qref为风电场总无功需求量，QWFref为风电场无功整定值，Qloss为风电场无功损耗；所述恒并网点无功模式下电网调度指令为并网点参考无功功率Qgref，计算公式如下：Qref＝Qgref+Qloss按下式计算风电场无功整定值QWFref：式中，Ud为电压调节死区，k1、k2为调压下垂系数，ΔU＝Ugref-Un，Ugref为并网点参考电压，Un为额定电网电压，Pn为风电场额定功率。按下述风电场总无功需求分配原则，对风电场总无功需求进行分配：风电机组优先补偿自身箱变无功损耗，其次补偿风电机组所在集电线的无功损耗，最后补偿风电场的无功整定量或调度无功量即并网点的参考无功功率、风电场汇流站升压变压器无功损耗和风电场送出线路无功损耗。按下式计算第n集电线的第m台风电机组所分配到的无功需求：式中：QWTnm为无功需求，Q为风电场的无功整定值QWFref或并网点参考无功功率Qgref，PWTij为第i集电线的第j台风电机组的有功出力，PWTnj为第n集电线的第j台风电机组的有功出力，QB为风电场汇流站升压变压器的无功损耗，QS为高压并网线路50％的无功损耗，风电场第n集电线的无功损耗QJn，PWTnm第n集电线的第m台风电机组的有功出力。按下式计算风电场无功损耗：式中，Qloss为风电场无功损耗，N为风电场内的集电线条数，M为每条集电线联有的风电机组台数，Qbnm为第n条集电线的第m台风电机组箱式变压器的无功损耗，QJn为第n条集电线的无功损耗，QB为风电场汇流站升压变压器的无功损耗，QS为高压并网线路50％的无功损耗。按下式计算风电场内第n条集电线上的第m台风电机组箱式变压器的无功损耗Qbnm：Qbnm＝[UkIm/(100Ie)+I0/100]Se式中，Uk为变压器的阻抗电压百分值，Im为变压器需要补偿一侧的工作电流值，Ie为变压器需要补偿一侧的额定电流值，I0为变压器空载电流百分比，Se为变压器的额定容量。按下式计算风电场汇流站升压变压器的无功损耗QB：QB＝[UkIm/(100Ie)+I0/100]Se式中，Uk为变压器的阻抗电压百分值，Im为变压器需要补偿一侧的工作电流值，Ie为变压器需要补偿一侧的额定电流值，I0为变压器空载电流百分比，Se为变压器的额定容量。按下式计算风电场第n集电线的无功损耗QJn：QJn＝-U2ωCln+3I2ωLln式中，U为计算线路的额定电压，ln为风电场架空集电线的长度，I为线路流过的工作电流，ω为电网频率，C为架空电力线路的单位电容，L为架空电力线路的单位电感。按下式计算高压并网线路50％的无功损耗QS：QS＝-U2ωCl/2+3I2ωLl/2式中：U为计算线路的额定电压，l为为风电场送出线路的长度，I为线路流过的工作电流，ω为电网频率，C为架空电力线路的单位电容，L为架空电力线路的单位电感。本专利技术提供一种风电场功率协调控制系统，所述系统包括：工作模式确定模块，根据电网调度指令确定风电场无功控制工作模式；第一计算模块，计算风电场无功损耗；第二计算模块，根据风电场无功控制工作模式和风电场无功损耗计算风电场总无功需求量；无功需求分配模块，按照预先设定的风电场总无功需求分配原则对风电场总无功需求量进行分配，并判断风电场无功总需求是否超过风电机组无功输出极限，若不超过，则风电场总无功需求全部由风电机组承担，若超过，首先由风电机组承担，超额部分由无功补偿装置承担。所述第二计算模块按下式计算：恒并网点电压模式下电网调度指令为并网点参考电压Ugref，计算公式如下：Qref＝QWFref+Qloss式中，Qref为风电场总无功需求量，QWFref为风电场无功整定值，Qloss为风电场无功损耗；恒并网点无功模式下电网调度指令为并网点参考无功功率Qgref，计算公式如下：Qref＝Qgref+Qloss按下式计算风电场无功整定值QWFref：式中，Ud为电压调节死区，k1、k2为调压下垂系数，ΔU＝Ugref-Un，Ugref为并网点参考电压，Un为额定电网电压，Pn为风电场额定功率。所述无功需求分配模块的无功分配原则如下所示：风电机组优先补偿自身箱变无功损耗，其次补偿风电机组所在集电线的无功损耗，最后补偿风电场的无功整定量或调度无功量即并网点的参考无功功率、风电场汇流站升压变压器无功损耗和风电场送出线路无功损耗。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下有益效果：本专利技术提供的技术方案，从风电场动态无功损耗计算出发，通过调节风电场内各台风电机组的输出无功功率，实现整个风电场的动态无功调节，进而维持接入地区电网电压的稳定。本专利技术提供的技术方案，通过设置电压死区方式，优化风电场无功控制策略，避免风电机组频繁动作，提高了风电场联网运行安全性。本专利技术提供的技术方法，提升了风电场的“电网友好性"，提高了风电大规模集中接入地区电网的安全稳定运行水平，促进了电网风电消纳能力的提升。附图说明图1为本专利技术一种风电场功率协调控制方法的流程图；图2为本专利技术实施例风电场功率协调控制系统拓扑图；图3为本专利技术实施例风电场功率协调控制方法流程图；图4为本专利技术实施例风电场电压-无功特性曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明：我国GB/T19963-2011要求风电机组具备±0.95功率因素调节能力，无功功率与有功功率的比值约为1:3，然而实际风电机组无功极限远大于标准规定值，而实际运行中风电机组无功调压能力并未能有效利用。因此，风电场无功分配可以优先利用风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电场功率协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据电网调度指令确定风电场无功控制工作模式；计算风电场无功损耗；根据风电场无功控制工作模式和风电场无功损耗计算风电场总无功需求量；按照预先设定的风电场总无功需求分配原则对风电场总无功需求量进行分配，并判断风电场无功总需求是否超过风电机组无功输出极限，若不超过，则风电场总无功需求全部由风电机组承担，若超过，首先由风电机组承担，超额部分由无功补偿装置承担。

【技术特征摘要】
1.一种风电场功率协调控制方法，其特征在于，所述方法包括：根据电网调度指令确定风电场无功控制工作模式；计算风电场无功损耗；根据风电场无功控制工作模式和风电场无功损耗计算风电场总无功需求量；按照预先设定的风电场总无功需求分配原则对风电场总无功需求量进行分配，并判断风电场无功总需求是否超过风电机组无功输出极限，若不超过，则风电场总无功需求全部由风电机组承担，若超过，首先由风电机组承担，超额部分由无功补偿装置承担。2.如权利要求1所述的风电场功率协调控制方法，其特征在于，所述风电场无功控制工作模式包括：恒并网点电压模式和恒并网点无功模式；所述恒并网点电压模式下电网调度指令为并网点参考电压Ugref，计算公式如下：Qref＝QWFref+Qloss式中，Qref为风电场总无功需求量，QWFref为风电场无功整定值，Qloss为风电场无功损耗；所述恒并网点无功模式下电网调度指令为并网点参考无功功率Qgref，计算公式如下：Qref＝Qgref+Qloss按下式计算风电场无功整定值QWFref：式中，Ud为电压调节死区，k1、k2为调压下垂系数，ΔU＝Ugref-Un，Ugref为并网点参考电压，Un为额定电网电压，Pn为风电场额定功率。3.如权利要求1所述的风电场功率协调控制方法，其特征在于，按下述风电场总无功需求分配原则，对风电场总无功需求进行分配：风电机组优先补偿自身箱变无功损耗，其次补偿风电机组所在集电线的无功损耗，最后补偿风电场的无功整定量或调度无功量即并网点的参考无功功率、风电场汇流站升压变压器无功损耗和风电场送出线路无功损耗。4.如权利要求3所述的风电场功率协调控制方法，其特征在于，按下式计算第n集电线的第m台风电机组所分配到的无功需求：式中：QWTnm为无功需求，Q为风电场的无功整定值QWFref或并网点参考无功功率Qgref，PWTij为第i集电线的第j台风电机组的有功出力，PWTnj为第n集电线的第j台风电机组的有功出力，QB为风电场汇流站升压变压器的无功损耗，QS为高压并网线路50％的无功损耗，风电场第n集电线的无功损耗QJn，PWTnm第n集电线的第m台风电机组的有功出力。5.如权利要求1所述的风电场功率协调控制方法，其特征在于，按下式计算风电场无功损耗：式中，Qloss为风电场无功损耗，N为风电场内的集电线条数，M为每条集电线联有的风电机组台数，Qbnm为第n条集电线的第m台风电机组箱式变压器的无功损耗，QJn为第n条集电线的无功损耗，QB为风电场汇流站升压变压器的无功损耗，QS为高压并网线路50％的无功损耗。6.如权利要求5所述的风电场功率协调控制方法，其特征在于，按下式计算风电场内第n条集电线上的第m台风电机组箱式变压器的无功损耗Qbnm：Qbnm＝[UkIm/(100Ie)+I0/100]Se式中，Uk为变压器的阻抗电压百分值，Im...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦世耀，代林旺，王瑞明，李少林，张利，陈晨，于雪松，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11