CN105720585A - 风电场集群的无功功率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电场集群的无功功率控制方法及系统，该方法包括：风电场集群控制装置从调度中心下发的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；检测各个风电场上传的当前并网点电压所在的预设区间；如果处于正常运行区间，控制该风电场AVC子站进入本地控制模式；如果处于异常运行区间，控制该风电场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无功可调容量在风电场集群里选择协调AVC子站，协助控制处于协调控制模式的风电场并网点电压达到目标电压；如果处于紧急运行区间，控制该风电场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。

Description

风电场集群的无功功率控制方法及系统

技术领域

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

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。

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。

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

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。

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，AutomaticVoltageControl)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。

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 $V_{i-\min }^I<V_i<V_{i-\max }^I,$ 异常运行区间为 $V_{i-\min }^{\mathrm{II}}\&le;V_i\&le;V_{i-\min }^I$ 或 $V_{i-\max }^I\&le;V_i\&le;V_{i-\max }^{\mathrm{II}},$ 紧急运行区间为或其中，i表示风电场的编号，V_i表示风电场并网点电压， $V_{i-\min }^{\mathrm{II}}<V_{i-\min }^I{<V}_{i-\max }^I<V_{i-\max }^{\mathrm{II}}.$

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″)^-1V^-1，其中，无功电压灵敏度系数矩阵S中的元素S_ij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(V₁,V₂,...,V_n)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S_ij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。

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。

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ΔQ_i：ΔV_j＝SΔQ_i，其中，ΔV_j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ΔQ_i在所述协调AVC子站的可调容量范围内。

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。

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。

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″)^-1V^-1，其中，无功电压灵敏度系数矩阵S中的元素S_ij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(V₁,V₂,...,V_n)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S_ij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。

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。

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。

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

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：

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；

图2是本发明实施例的风电场集群的无功功率控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种风电场集群的无功功率控制方法，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。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，风电场集群控制装置接收调度中心下发的电压指令，并从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，风电场集群控制装置设置在各个风电场汇集的变电站，协助调度中心共同完成对风电场集群的控制。风电场集群内各个风电场的目标并网点电压是相同的。

步骤S102，风电场集群控制装置接收各个风电场上传的当前并网点电压，并将当前并网点电压和预设区间进行比较，检测当前并网点电压所在的区间。对每个风电场，分别检测其当前并网点电压所在的预设区间，以确定对应的控制模式。

步骤S103，如果当前并网点电压处于正常运行区间，风电场集群控制装置控制该风电场的AVC子站进入本地控制模式，并向AVC子站下发目标并网点电压，通过无功功率补偿控制风电场的并网点电压达到目标并网点电压。当前并网点电压处于正常运行区间，表示风电场可以通过自身无功输出，使并网点电压达到目标电压。

步骤S104，如果当前并网点电压处于异常运行区间，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风电场集群里选择协调AVC子站，控制协调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目标并网点电压。当前并网点电压处于异常运行区间，表示风电场无功不足，并网点电压越限进入异常运行区，通过自身无功输出很难使并网点电压达到目标电压，需要其他措施的协助。在风电场集群里选择合适的风电场协调当前并网点电压处于异常运行区间的风电场，进行无功功率输出，使其能够达到目标电压。

步骤S105，如果当前并网点电压处于紧急运行区间，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。

通过本发明实施例的风电场集群的无功功率控制方法，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。

上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 $V_{i-\min }^I<V_i<V_{i-\max }^I,$ 异常运行区间为 $V_{i-\min }^{\mathrm{II}}\&le;V_i\&le;V_{i-\min }^I$ 或 $V_{i-\max }^I\&le;V_i\&le;V_{i-\max }^{\mathrm{II}},$ 紧急运行区间为或其中，i表示风电场的编号，Vi表示风电场并网点电压，划分区间，能够充分利用集群内各风电场子站自身的电压调节能力，有助于按照不同的模式对风电场的输出无功功率和并网点电压进行有效控制，提高效率。

《国家电网公司风电场接入电网技术规定》对风电场并网点电压做了明确要求，规定中要求并网点电压只能在额定电压的-3％～7％范围内波动。因此，可以设置p.u.为标幺值，表示额定电压的倍数。根据电力系统逆调压思想，为了保证风电场并网点电压稳定，当风电场出力较大时，设置其电压当风电场出力较小时，设置其电压

依据风电场的当前并网点电压所处的区间，可以将风电场AVC子站的控制分为以下三种控制模式：

(1)本地控制模式：此时风电场并网点电压处于正常运行区间，风电场AVC子站执行风电场集群控制装置下发的电压指令。

(2)协调控制模式：此时风电场并网点电压处于异常运行区间，风电场AVC子站执行风电场集群控制装置下发的无功调整指令，为风电场集群区域电网提供无功支持，直到所有风电场子站处于本地控制模式。考虑到了风电场间无功功率的协调。

(3)紧急控制模式：此时风电场并网点电压处于紧急运行区间，即风电场的电压经过本地控制和协调控制仍得不到有效恢复(无功补偿能力用尽)，进一步恶化进入紧急运行区间，此时应该对风电场进行紧急控制。

通常情况下，风电场集群区域内的各AVC子站运行在本地控制模式，依靠AVC子站自动控制并网点电压在目标电压值附近。当集群内无功调节能力较弱的子站i无法满足本地无功需求，依靠本站控制不能维持电压在目标值且风电场并网点电压或集群汇集变电站的电压发生变化超出电压正常运行区间，电压越限进入异常运行区间时(该AVC子站可称为越限子站)，越限子站发送报警信息到风电场集群控制装置，并进入协调控制模式。风电场集群控制装置向参与协调控制的相关子站下发无功协调控制指令，利用集群区域内富余的无功补偿能力为风电场i提供无功支持，使风电场i并网点电压恢复正常水平。

在本地控制模式下，风电场AVC子站接收风电场集群控制装置下发的并网点电压目标值，并实时监测风电场当前并网点电压(即实际值)，得到目标值与实际值的差值，采用子站的优化策略对风电场进行优化，在保证风电场并网点电压跟踪目标电压的基础上，使风电场内部电压得到最优。

当集群区域内某个风电场无功不足时，风电场并网点电压越限进入异常运行区间时，该风电场子站进入协调控制模式。风电场将场内的无功设备的可调容量上传给风电场集群控制装置，风电场集群控制装置根据无功电压灵敏度和各风电场的无功可调容量选择参与协调控制的子站，由越限子站的电压偏差值计算出协调子站的无功调整量，然后下发无功调整量到协调子站。

协调子站的选取对于大规模风电场集群来说，控制目标在使汇集变电站的电压符合调度要求的基础上，区域内节点电压满足要求并得到优化。由于风能的随机性，大规模风电场集群内的风电场有功出力会不断变化，这样会导致各个风电场并网点电压不停的波动。在进行潮流计算的时候，对于大规模风电场集群的高压线路来说，其电抗值往往远大于其电阻值，根据PQ分解法可得：

ΔQ＝-VB″ΔV(1)

式(1)中ΔQ为风电场并网点输出的无功功率变化值；B″为大规模风电场集群内线路的导纳矩阵，矩阵可逆，矩阵属于稀疏型矩阵；V＝diag(V₁,V₂,...,V_n)表示风电机组机端电压，共有n个节点；ΔV为区域各个节点电压变化量。由式(1)可得：

ΔV＝-(B″)^-1V^-1ΔQ(2)

则风电场集群内所有风电场对处于协调控制模式的风电场的无功电压灵敏度系数矩阵S(也可称为电压对无功的灵敏度系数矩阵S)为：

S＝-(B″)^-1V^-1(3)

式(3)中无功电压灵敏度系数矩阵S中的元素S_ij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(也可称为第i点电压变化对第j点无功改变的灵敏度系数)，其大小与电网各节点电压值及网络结构参数有关；S_ii为本站电压对本站调整无功的灵敏度。

协调子站的选择依据是风电场子站在灵敏度系数矩阵中数值的大小，优先选用灵敏度大的子站。具体的，可以将无功电压灵敏度系数矩阵S中的灵敏度系数S_ij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子站作为协调AVC子站。为防止某个风电场出现无功调节能力用尽的情况，被选取的协调子站都应尽量参与协调控制。可以根据实际情况，选择一个或多个协调子站，选取灵敏度大的作为协调子站，可以快速响应，以调整处于协调控制模式的子站的无功，使其达到目标并网点电压。如果灵敏度最大的子站的无功可调容量不足，在为其留有一定裕度的前提下，使用灵敏度第二或更小的子站也作为协调子站。

在一个实施例中，步骤S104中控制协调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目标并网点电压可以包括：根据处于协调控制模式的风电场的当前并网点电压与目标并网点电压的差值，计算协调AVC子站需要提供的无功调整量；向协调AVC子站下发携带有无功调整量的无功协调控制指令，协调AVC子站按照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目标并网点电压；其中，协调AVC子站按照无功调整量输出无功功率后，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。

优选的，可以采用以下公式计算协调AVC子站i的无功调整量ΔQ_i：

ΔV_j＝SΔQ_i(4)

式(4)中，ΔV_j为处于协调控制模式的风电场j的当前并网点电压与目标并网点电压的差值(即越限子站的电压偏差量)；下发给协调AVC子站i的无功调整量应该在协调AVC子站i的可调容量范围内。

约束条件如下：

1)风电场集群控制装置给子站下发的无功调整量ΔQ_i应在子站的可调容量范围Q_ava内：

0<ΔQ_i<Q_ava(5)

2)子站调整无功后，子站电压V_i ^new应保持在允许运行范围内：

$V_i^{\mathrm{new}}=V_i^{\mathrm{old}}+{\mathrm{\&Delta;Q}}_i{S}_{\mathrm{ii}}---\left(6\right)$

$V_{i-\min }^I<V_i^{\mathrm{new}}<V_{i-\max }^I---\left(7\right)$

在一个实施例中，步骤S105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可以包括：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，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，预设动作延时时间大于处于紧急控制模式的AVC子站的动作周期，动作周期是从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(例如，30分钟)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。

设置动作延时是使AVC系统的无功调节能力得到充分利用，在无功能力用尽的情况下，才进行切机、切风场等紧急控制。风电场AVC子站的动作周期是从子站下发指令到风机或无功补偿设备动作的时间，AVC子站的动作周期一般≤30秒。例如，可以将预设动作延时时间设置为45秒。

极端大风天气条件下，风电场集群的有功出力可能会很高甚至接近额定出力，系统无功损耗明显增加，系统电压因无功不足而严重下降，远低于额定电压。在集群区域内电网发生大扰动时，风电场汇集变电站及区域电网将会急剧降低或升高，如果不及时采取有效控制措施，可能引起风电场群的大规模脱网、系统失稳、地区电网电压崩溃等严重后果。当电网运行在最小方式下，风电场并网点、风电场集群关口及区域电压可能会严重偏高，甚至有可能超过电压运行允许上限。

当风电场并网点、风电场汇集变电站母线电压超出其正常控制能力的情况下，需要进行无功电压的紧急控制。在进行紧急控制时，应考虑设置动作延时，使AVC子站的无功调节能力得到充分利用，在无功能力用尽的情况下，才进行切机、甩负荷、切风场等紧急控制。动作延时的设定应大于风电场AVC子站的动作周期。可设紧急控制的动作延时为：Δt＝45秒。

切机是指切除风电场集群内部分调节能力不足或距离变电站较远的风电机组。甩负荷，即主要依靠低压减载装置切除区域电网部分负荷，优先在电压最低点切除不重要负荷。区域电网内有用电负荷时，可采用切除部分风电机组或切除部分用电负荷这两种方式。集群区域电网内无用电负荷时，只能采取切机方式进行紧急控制。

当大规模风电场集群风力较小时，区域内的某个风电场有功出力可能很小，这样线路的充电功率可能会使风电场并网点电压升高，甚至有可能超出风电场自动调节的范围，当风电场并网点电压长时间高于设定的最高值时，需要切除该风电场。当风电场汇集变电站的母线的电压高于时，确认无功调节设备用尽时，切除某一风电场送出线路。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种风电场集群的无功功率控制系统，可以用于实现上述实施例所描述的方法，如下面的实施例。由于风电场集群的无功功率控制系统解决问题的原理与风电场集群的无功功率控制方法相似，因此风电场集群的无功功率控制系统的实施可以参见风电场集群的无功功率控制方法的实施，重复之处不再赘述。

图2是本发明实施例的风电场集群的无功功率控制系统的结构框图，如图2所示，该系统包括：调度中心10、风电场集群控制装置20和风电场集群30，风电场集群30包括至少两个风电场31及对应的AVC子站32，风电场集群控制装置20设置在至少两个风电场汇集的变电站。下面对该结构进行具体说明。

风电场集群控制装置20包括：获取模块21、检测模块22和控制模块23。

获取模块21，用于接收调度中心下发的电压指令，并从电压指令中提取至少两个风电场的目标并网点电压。

检测模块22，连接至获取模块21，用于接收至少两个风电场上传的当前并网点电压，并将当前并网点电压和预设区间进行比较，检测当前并网点电压所在的区间。

控制模块23，连接至检测模块22，用于在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AVC子站下发对应的目标并网点电压，通过无功功率补偿控制风电场的并网点电压达到目标并网点电压；在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风电场集群里选择协调AVC子站，控制协调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目标并网点电压；以及在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。

通过本发明实施例的风电场集群的无功功率控制系统，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。

各个风电场内还可以设置无功补偿设备，例如SVG或SVC等。

在一个实施例中，控制模块23包括：第一控制单元，用于采用以下公式计算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″)^-1V^-1

其中，无功电压灵敏度系数矩阵S中的元素S_ij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″为风电场集群内线路的导纳矩阵，矩阵可逆；V＝diag(V₁,V₂,...,V_n)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S_ij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子站作为协调AVC子站。

在一个实施例中，控制模块23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目标并网点电压的差值，计算协调AVC子站需要提供的无功调整量；向协调AVC子站下发携带有无功调整量的无功协调控制指令，协调AVC子站按照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目标并网点电压；其中，协调AVC子站按照无功调整量输出无功功率后，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。

在一个实施例中，控制模块23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，预设动作延时时间大于处于紧急控制模式的AVC子站的动作周期，动作周期是从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。

以上所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的系统较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。当然，上述模块划分只是一种示意划分，本发明并不局限于此。只要能实现本发明的目的的模块划分，均应属于本发明的保护范围。

风电场集群的无功功率控制的分为两级，一是本地级控制，由风电场子站单独完成。二是协调控制，由风电场集群控制装置协调区域内的各个风电场完成。风电场集群控制装置的控制对象主要包括风电场汇集变电站以及区域内的各个风电场，以风电场汇集变电站母线电压跟踪调度电压指令为目标，协调区域内各个风电场的无功输出，充分利用风电场的无功功率，保证大规模风电场集群区域的电压稳定。风电场集群控制装置以与上级枢纽变电站的连接线的有功功率和无功功率为控制目标，接收调度中心主站下达的控制命令，实现所辖区域内的有功功率和无功功率平衡。

对于上述在地理位置上邻近、有相同特性并且接入同一变电站的风电场集群，进行统一的协调管理，可有效改善单一风电场的随机性、波动性和间歇性，使其在装机规模和外部调控特性上与常规电源相近，有利于提高响应电网调度与控制的能力。

综上所述，本发明的风电场集群的无功功率控制方法及系统，针对由多个风电场汇集接入同一变电站组成的大规模风电场群的区域电压管理。以汇集变电站母线电压跟踪调度指令为目标，协调控制集群区域内各风电场的无功功率，充分利用各风电场的无功资源，各个风电场可以相互支援，使区域内无功功率相互协调，在跟踪调度指令的同时，使风电场并网点电压得到优化。在风电场汇集变电站设立风电场集群控制装置，辅助调度中心进行集群区域功率协调控制，优化地区电压。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电场集群的无功功率控制方法，其特征在于，包括：

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。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设区间根据风电场并网点电压进行划分，正常运行区间为异常运行区间为 $V_{i-\min }^{\mathrm{II}}\&le;V_i\&le;V_{i-\min }^I$ 或 $V_{i-\max }^I\&le;V_i\&le;V_{i-\max }^{\mathrm{II}},$ 紧急运行区间为 $V_i<V_{i-\min }^{\mathrm{II}}$ 或 $V_i>V_{i-\max }^{\mathrm{II}},$ 其中，i表示风电场的编号，V_i表示风电场并网点电压，

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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″)^-1V^-1

其中，无功电压灵敏度系数矩阵S中的元素S_ij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(V₁,V₂,...,V_n)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S_ij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。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，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包括：

采用以下公式计算所述协调AVC子站的无功调整量ΔQ_i：

ΔV_j＝SΔQ_i

其中，ΔV_j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ΔQ_i在所述协调AVC子站的可调容量范围内。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，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。

7.一种风电场集群的无功功率控制系统，其特征在于，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。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，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″)^-1V^-1

其中，无功电压灵敏度系数矩阵S中的元素S_ij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(V₁,V₂,...,V_n)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S_ij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。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，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。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，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。