[发明专利]一种基于功率平衡原理的集群风电场有功和无功的协调控制方法

说明书

技术领域

本发明属电力系统及其自动化技术领域，更准确地说本发明涉及一种基于功率平衡原理的集群风电场有功和无功的协调控制方法。 

背景技术

2011年底，国家标准化管理委员会发布2011年第23号国家标准公告，批准《(风电场接入电力系统技术规定》(GB/T 19963-2011)。该标准规定风电场并网的通用技术要求，其中规定了风电场有功功率的变化率和紧急控制等要求，并且对风电场的无功容量和风电场电压控制的要求做了较详细的规定，上述入网技术规定表明风电场入网必须具有一定的有功功率和无功功率调节能力，遗憾的是目前国内电力系统界还没有研发出有效的风电场有功和无功协调控制的装置，即使有零星的风电场功率控制的试点装置，但运行效果均不理想，满足不了调度运行的实际需求。本发明提供的风电场有功和无功控制的协调控制方法弥补了国内风电场有功和无功协调控制方面的空白。 

本发明基于风机、风电场和风电汇集站的实测信息和功率平衡原理实现了集群风电场稳态和暂态下有功与无功的协调控制，采用的原理通俗易懂，所用技术均成熟可靠，可大面积推广应用。利用本发明提供的方法不但可实现集群风电场关键断面有功功率的预防控制和紧急控制，更重要的是其采用的无功功率控制方法可避免故障下风电场风机的大面积脱网，可有效保障风电大规模接入地区电网和风电场的安全稳定运行。 

发明内容

本发明目的是：实现集群风电场稳态和暂态下有功、无功功率的协调控制， 确保集群风电场关键断面运行在调度运行的合理范围内，避免风电场暂态故障下风机的大面积脱网。 

本发明采用以下的技术方案来实现，包括下述步骤： 

1)风电机组的电气量和控制信息通过控制装置上送给风电场升压站的控制装置，风电场升压站的电气和控制信息再上送至风电汇集站的主站控制装置，风电汇集站接收并汇总风电场升压站上送的风电机组、线路、主变和无功设备等的电气信息和控制信息； 

2)风电机组、风电场升压站和风电汇集主站安装处的控制装置利用实测电气量和元件参数分别计算(T_now-T₁)时刻和T_now时刻风电机组、变压器(线路)和无功设备的电压、电流的有效值和有功、无功，其中T_now指的是当前时刻，T₁为T_now时刻之前的固定时间。 

3)利用风电机组的实测电气量和参数计算故障前风电机组的有功、无功极限与实测有功、无功的差值，由可调变压器的抽头变化情况计算期最大可调无功量，针对SVC/SVG等不同类型的无功补偿设备计算其最大无功限值与当前实测值的差值； 

4)风电机组、风电场升压站和风电汇集主站的控制装置分别将T_now时刻与(T_now-T₁)时刻风电机组、变压器(线路)和无功设备的实测有功值相减可得出系统线路、主变和无功设备的有功变化情况此处n为线路、主变和无功设备数量的总和，同时判断线路、主变和无功设备任一个元件的有功变化是否超过稳态有功变化门槛值ΔP_s，如果满足该条件则记为ΔP_i＞ΔP_s；将T_now时刻与(T_now-T₁)时刻风电机组、变压器(线路)的实测无功值相减可得出系统风电机组、线路、主变和无功设备的无功变化情况同时判断线路、 主变和无功设备任一个元件的无功变化是否超过稳态无功变化门槛值ΔQ_s，如果满足该条件则记为ΔQ_i＞ΔQ_s； 

5)不同安装处的控制装置根据电气量信息实时判断电网是否发生暂态故障，若未发生暂态故障，则转向步骤10)； 

6)风电机组、风电场升压站和风电汇主集站安装处的控制装置利用实测电气量和元件参数计算故障T_k时刻风电机组、变压器(线路)和无功设备的电压、电流的有效值和有功、无功； 

7)若发生暂态故障的元件未跳闸，则转向步骤10)；否则启动暂态故障有功和无功调整策略； 

8)不同安装处的控制装置根据步骤4)的方法重新计算故障T_k时刻与(T_k-T₁)时刻系统线路、主变和无功设备的有功变化量ΔP_pf和无功变化量ΔQ_pf；