一种智能风电场有功无功功率控制系统

技术领域

本发明属于风电场控制技术领域，具体涉及一种智能风电场有功无功功率控制系统。

背景技术

风电场有功无功控制目前仍处于起步阶段。有功无功控制在火电、水电等传统发电行业 已经很成熟，但在新兴的风电行业仍面临很多问题。由于风资源的不稳定等特性导致风电的 有功无功控制比其他发电行业要复杂困难很多。目前国内很多风电场的有功无功控制是通过 人工进行的，多采用平均分配的策略。人工控制的缺点很多，比如响应时间长、分配不合理、 出错率高、人工成本高等。平均分配策略容易实现但分配不合理，不能充分发挥各风机的发 电能力，同时也给电网的安全可靠运行带来重大威胁。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种智能风电场有功无功功率控制系统，有 功无功分配按照单台风机的调节能力（单台调节空间占总调节空间的比例）进行分配，无功 调节采用静止无功补偿装置优先于风机的策略，由于静止无功补偿装置的响应速度比风机 要快得多而且更精确，可快速对无功调节做出准确响应；对实时数据进行移动平均，滤掉波 动很大的值，使算法更准确。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种智能风电场有功无功功率控制系统，所述系统包括信息采集模块、命令接收模 块、AGC模块、AVC模块和命令下发模块；电网调度系统通过命令接收模块向AGC模块和 AVC模块分别下发命令，AGC模块和AVC模块分别通过信息采集模块采集设备的遥测遥信 信息和调度下发的命令计算风机的有功目标值和风机、静止无功补偿装置的无功目标值，并 将计算结果通过命令下发模块下发给风机和静止无功补偿装置。

所述信息采集模块采集遥测遥信信息包括风机的运行状态、有功功率、无功功率、风速、 有功控制标志、和无功控制标志，升压站高压侧母线的有功功率、无功功率和电压，以及静 止无功补偿装置的无功功率和无功控制标志。

所述信息采集模块对所采集的风机的有功功率、无功功率和风速，升压站高压侧母线的 有功功率、无功功率和电压以及静止无功补偿装置的无功功率进行移动平均，再参与AGC模 块和AVC模块的计算。

所述AGC模块计算AGC考量指标并分配风机的有功目标值，所述AGC考量指标包括 第i台风机的有功出力上调空间P_{i上调空间}、第i台风机的有功出力下调空间P_{i下调空间}、全场风机 的有功出力总上调空间P_{总上调空间}、全场风机的有功出力总下调空间P_{总下调空间}、第i台风机的上 调能力Rate_i上调、第i台风机的下调能力Rate_i下调、全场有功功率总损耗P_总损耗和全场风机有功 出力总差额P_总差额。

所述第i台风机的有功出力上调空间P_{i上调空间}=Max（P_i理论，P_i实时）-P_i实时，第i台风机的有 功出力下调空间P_{i下调空间}=Max（1/2*Max（P_i理论，P_i实时），P_{i调节下限}）；

其中，P_i理论为第i台风机在当前风速下的理论出力，P_i实时为第i台风机的当前实际有功出 力，P_{i调节下限}为第i台风机的有功出力调节下限；

全场风机的有功出力总上调空间P_{总上调空间}=∑P_{i上调空间}；

全场风机的有功出力总下调空间P_{总下调空间}=∑P_{i下调空间}；

第i台风机的有功出力上调能力Rate_i 上调=P_{i上调空间}/P_{总上调空间}；

第i台风机的有功出力下调能力Rate_i下调=P_{i下调空间}/P_{总下调空间}；

全场有功功率总损耗P_总损耗=∑P_i实时-P_母线，其中，P_母线为全场母线实时有功功率；

全场风机有功出力总差额其中，P_总目标为调度下发的全场风机 有功出力总目标，为全场有功损耗移动平均值。

所述AGC模块分配有功目标值过程如下：

若fabs(P_总差额)<P_调节阀值，那么P_i目标=P_i实时，则不进行调节，其中P_i目标为第i台风机的有功 出力目标值，P_调节阀值为全场有功出力调节阀值，其为系统定值参数；

若0<P_总差额<P_{总上调空间}，那么P_i 目标=P_i实时+P_总差额*Rate_i上调；

若0<P_{总上调空间}<P_总差额<P_{总上调空间}+P_开机阀值，那么P_i 目标=P_i实时+P_{总上调空间}*Rate_i 上调，其中P_开机阀值为全场有功调节的开机阀值；

若P_总差额>P_{总上调空间}+P_开机阀值，那么从待机的风机中选等待时间最长的风机，设其开机标识 为真，则第i台风机的开机标识Flag_i开机=1，有P_i目标=P_i实时+P_{总上调空间}*Rate_i上调；

若P_总差额<0且fabs(P_总差额)<P_{总下调空间}，那么P_i 目标=P_i实时+P_总差额*Rate_i 下调；

若P_总差额<0且P_{总下调空间}<fabs(P_总差额)<P_{总下调空间}+P_停机阀值，那么P_i 目标=P_i实时+P_{总下调空间}*Rate_i 下调， 其中，P_停机阀值为全场有功调节的停机阀值。

若P_总差额<0且fabs(P_总差额)>P_{总下调空间}+P_停机阀值，那么从并网的风机中选并网时间最长的风机， 并设其停机标识为真，则第i台风机的停机标识Flag_i停机=1，有P_i目标=P_i实时+P_{总下调空间}*Rate_i下调。

所述AVC模块计算AVC考量指标并分配静止无功补偿装置和风机的无功目标值，所述 AVC考量指标包括第i台风机的无功出力上调空间Q_{i上调空间}、第i台风机的无功出力下调空间 为Q_{i下调空间}、全场风机的无功出力总上调空间Q_{总上调空间}、全场风机的无功出力总下调空间为Q _{总下调空间}、第i台风机的无功出力上调能力Rate＇_i上调、第i台风机的无功出力下调能力Rate＇_i下调、第j套静止无功补偿装置的无功出力上调空间Q_{svcj上调空间}、第j套静止无功补偿装置的无 功出力下调空间Q_{svcj下调空间}、全场静止无功补偿装置的无功出力总上调空间Q_{svc总上调空间}、全场 静止无功补偿装置的无功出力总下调空间Q_{svc总下调空间}、第j套静止无功补偿装置的无功出力上 调能力Rate_j上调、第j套静止无功补偿装置的无功出力下调能力Rate_j上调、全场总的无功充电功 率Q_总充电、全场系统电抗X、全场母线无功总目标值Q_母线目标和全场无功功率总差额Q_总差额。

所述第i台风机的无功出力上调空间Q_{i上调空间}=Q_{i调节上限}-Q_i实时，第i台风机的无功出力下调 空间为Q_{i下调空间}=Q_i实时-Q_{i调节下限}；

其中，Q_{i调节上限}为第i台风机的无功调节上限，Q_i实时为第i台风机的当前实际无功出力， Q_{i调节下限}为第i台风机的无功调节下限；

全场风机的无功出力总上调空间Q_{总上调空间}=∑Q_{i上调空间}；

全场风机的无功出力总下调空间为Q_{总下调空间}=∑Q_{i下调空间}；

第i台风机的无功出力上调能力Rate＇_i上调=Q_{i上调空间}/Q_{总上调空间}；

第i台风机的无功出力下调能力Rate＇_i下调=Q_{i下调空间}/Q_{总下调空间}；

第j套静止无功补偿装置的无功出力上调空间Q_{svcj上调空间}=C_svcj-Q_svcj实时，其中C_svcj为第j 套静止无功补偿装置的当前投入电容功率，Q_svcj实时为第j套静止无功补偿装置的当前实时无 功功率；

第j套静止无功补偿装置的无功出力下调空间Q_{svcj下调空间}=Q_svcj 实时+X_svcj，X_svcj为第j套 静止无功补偿装置的当前实时电抗功率；

全场静止无功补偿装置的无功出力总上调空间Q_{svc总上调空间}=∑Q_{svcj上调空间}；

全场静止无功补偿装置的无功出力总下调空间Q_{svc总下调空间}=∑Q_{svcj下调空间}；

第j套静止无功补偿装置的无功出力上调能力Rate_j 上调=Q_{svcj上调空间}/Q_{svc总上调空间}；

第j套静止无功补偿装置的无功出力下调能力Rate_j下调=Q_{svcj下调空间}/Q_{svc总下调空间}；

全场总的无功充电功率Q_总充电=Q_母线实时-∑Q_i实时-∑Q_svcj实时，其中，Q_母线实时为全场母线实时 无功功率，Q_svcj实时为第j套静止无功补偿装置的实时无功功率；

全场系统电抗其中，为本 周期全场母线电压均值，为上个周期全场母线电压均值，为本周期母线无功功 率均值，为上个周期母线无功功率均值；

全场母线无功总目标值Q_母线目标=U_母线目标*((U_母线目标-U_母线实时)/X+Q_母线实时/U_母线实时)；其中，U _母线目标为调度下发的全场母线电压目标值，U_母线实时为全场母线实时电压；

全场无功功率总差额其中，为全场总的无 功充电功率均值。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.有功无功分配按照单台风机的调节能力（单台调节空间占总调节空间的比例）进行分 配；

2.无功调节采用静止无功补偿装置优先于风机的策略，由于静止无功补偿装置的响应速 度比风机要快得多而且更精确，可快速对无功调节做出准确响应；

3.风机参与无功调节，可以利用现有资源，减少对静止无功补偿装置的投资；

4.设定多处阀值，可以避免在合理范围内的反复调节及防止设备在短时间内的频繁投切 （启停），延长设备使用寿命；

5.对实时数据进行移动平均，滤掉波动很大的值，使算法更准确。

附图说明

图1是智能风电场有功无功功率控制系统结构示意图；

图2是AGC模块进行有功控制策略流程图；

图3是AVC模块进行无功控制策略流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，提供一种智能风电场有功无功功率控制系统，所述系统包括信息采集模块、命令 接收模块、AGC模块、AVC模块和命令下发模块；电网调度系统通过命令接收模块向AGC 模块和AVC模块分别下发命令，AGC模块和AVC模块分别通过信息采集模块采集设备的遥 测遥信信息和调度下发的命令计算风机的有功目标值和风机、静止无功补偿装置的无功目标 值，并将计算结果通过命令下发模块下发给风机和静止无功补偿装置。静止无功补偿装置， 即SVC（Static Var Compensator）。

所述信息采集模块采集遥测遥信信息包括风机的运行状态、有功功率、无功功率、风速、 有功控制标志、和无功控制标志，升压站高压侧母线的有功功率、无功功率和电压，以及静 止无功补偿装置的无功功率和无功控制标志。

所述信息采集模块对所采集的风机的有功功率、无功功率和风速，升压站高压侧母线的 有功功率、无功功率和电压以及静止无功补偿装置的无功功率进行移动平均，再参与AGC模 块和AVC模块的计算。

如图2，所述AGC模块计算AGC考量指标并分配风机的有功目标值，所述AGC考量指 标包括第i台风机的有功出力上调空间P_{i上调空间}、第i台风机的有功出力下调空间P_{i下调空间}、全 场风机的有功出力总上调空间P_{总上调空间}、全场风机的有功出力总下调空间P_{总下调空间}、第i台风 机的上调能力Rate_i上调、第i台风机的下调能力Rate_i下调、全场有功功率总损耗P_总损耗和全场风 机有功出力总差额P_总差额。

所述第i台风机的有功出力上调空间P_{i上调空间}=Max（P_i理论，P_i实时）-P_i实时，第i台风机的有 功出力下调空间P_{i下调空间}=Max（1/2*Max（P_i理论，P_i实时），P_{i调节下限}）；

其中，P_i理论为第i台风机在当前风速下的理论出力，P_i实时为第i台风机的当前实际有功出 力，P_{i调节下限}为第i台风机的有功出力调节下限；

全场风机的有功出力总上调空间P_{总上调空间}=∑P_{i上调空间}；

全场风机的有功出力总下调空间P_{总下调空间}=∑P_{i下调空间}；

第i台风机的有功出力上调能力Rate_i 上调=P_{i上调空间}/P_{总上调空间}；

第i台风机的有功出力下调能力Rate_i下调=P_{i下调空间}/P_{总下调空间}；

全场有功功率总损耗P_总损耗=∑P_i实时-P_母线，其中，P_母线为全场母线实时有功功率；

全场风机有功出力总差额其中，P_总目标为调度下发的全场风机 有功出力总目标，为全场有功损耗移动平均值。

所述AGC模块分配有功目标值过程如下：

若fabs(P_总差额)<P_调节阀值，那么P_i目标=P_i实时，则不进行调节，其中P_i目标为第i台风机的有功 出力目标值，P_调节阀值为全场有功出力调节阀值，其为系统定值参数；

若0<P_总差额<P_{总上调空间}，那么P_i目标=P_i实时+P_总差额*Rate_i上调；

若0<P_{总上调空间}<P_总差额<P_{总上调空间}+P_开机阀值，那么P_i目标=P_i实时+P_{总上调空间}*Rate_i 上调，其中P_开机阀值为全场有功调节的开机阀值；

若P_总差额>P_{总上调空间}+P_开机阀值，那么从待机的风机中选等待时间最长的风机，设其开机标识 为真，则第i台风机的开机标识Flag_i开机=1，有P_i目标=P_i实时+P_{总上调空间}*Rate_i上调；

若P_总差额<0且fabs(P_总差额)<P_{总下调空间}，那么P_i目标=P_i实时+P_总差额*Rate_i下调；

若P_总差额<0且P_{总下调空间}<fabs(P_总差额)<P_{总下调空间}+P_停机阀值，那么P_i目标=P_i实时+P_{总下调空间}*Rate_i下调， 其中，P_停机阀值为全场有功调节的停机阀值。

若P_总差额<0且fabs(P_总差额)>P_{总下调空间}+P_停机阀值，那么从并网的风机中选并网时间最长的风机， 并设其停机标识为真，则第i台风机的停机标识Flag_i停机=1，有P_i目标=P_i实时+P_{总下调空间}*Rate_i下调。

如图3，所述AVC模块计算AVC考量指标并分配静止无功补偿装置和风机的无功目标 值，所述AVC考量指标包括第i台风机的无功出力上调空间Q_{i上调空间}、第i台风机的无功出力 下调空间为Q_{i下调空间}、全场风机的无功出力总上调空间Q_{总上调空间}、全场风机的无功出力总下调 空间为Q_{总下调空间}、第i台风机的无功出力上调能力Rate＇_i上调、第i台风机的无功出力下调能 力Rate＇_i下调、第j套静止无功补偿装置的无功出力上调空间Q_{svcj上调空间}、第j套静止无功补偿 装置的无功出力下调空间Q_{svcj下调空间}、全场静止无功补偿装置的无功出力总上调空间Q_{svc总上调空间}、全场静止无功补偿装置的无功出力总下调空间Q_{svc总下调空间}、第j套静止无功补偿装置的无 功出力上调能力Rate_j上调、第j套静止无功补偿装置的无功出力下调能力Rate_j上调、全场总的无 功充电功率Q_总充电、全场系统电抗X、全场母线无功总目标值Q_母线目标和全场无功功率总差额 Q_总差额。

所述第i台风机的无功出力上调空间Q_{i上调空间}=Q_{i调节上限}-Q_i实时，第i台风机的无功出力下调 空间为Q_{i下调空间}=Q_i实时-Q_{i调节下限}；

其中，Q_{i调节上限}为第i台风机的无功调节上限，Q_i实时为第i台风机的当前实际无功出力， Q_{i调节下限}为第i台风机的无功调节下限；

全场风机的无功出力总上调空间Q_{总上调空间}=∑Q_{i上调空间}；

全场风机的无功出力总下调空间为Q_{总下调空间}=∑Q_{i下调空间}；

第i台风机的无功出力上调能力Rate＇_i 上调=Q_{i上调空间}/Q_{总上调空间}；

第i台风机的无功出力下调能力Rate＇_i下调=Q_{i下调空间}/Q_{总下调空间}；

第j套静止无功补偿装置的无功出力上调空间Q_{svcj上调空间}=C_svcj-Q_svcj实时，其中C_svcj为第j 套静止无功补偿装置的当前投入电容功率，Q_svcj实时为第j套静止无功补偿装置的当前实时无 功功率；

第j套静止无功补偿装置的无功出力下调空间Q_{svcj下调空间}=Q_svcj实时+X_svcj，X_svcj为第j套 静止无功补偿装置的当前实时电抗功率；

全场静止无功补偿装置的无功出力总上调空间Q_{svc总上调空间}=∑Q_{svcj上调空间}；

全场静止无功补偿装置的无功出力总下调空间Q_{svc总下调空间}=∑Q_{svcj下调空间}；

第j套静止无功补偿装置的无功出力上调能力Rate_j上调=Q_{svcj上调空间}/Q_{svc总上调空间}；

第j套静止无功补偿装置的无功出力下调能力Rate_j下调=Q_{svcj下调空间}/Q_{svc总下调空间}；

全场总的无功充电功率Q_总充电＝Q_母线实时-∑Q_i实时-∑Q_svcj实时，其中，Q_母线实时为全场母线实时 无功功率，Q_svcj实时为第j套静止无功补偿装置的实时无功功率；

全场系统电抗其中，为本 周期全场母线电压均值，为上个周期全场母线电压均值，为本周期母线无功功 率均值，为上个周期母线无功功率均值；

全场母线无功总目标值Q_母线目标=U_母线目标*((U_母线目标-U_母线实时)/X+Q_母线实时/U_母线实时)；其中，U _母线目标为调度下发的全场母线电压目标值，U_母线实时为全场母线实时电压；

全场无功功率总差额其中，为全场总的无 功充电功率均值。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照 上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本 发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等 同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。