本發(fā)明涉及無功功率控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種無功功率的控制方法、裝置和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，我國大多數(shù)地區(qū)對風(fēng)電、光伏等新能源采取的是大規(guī)模集中式的開發(fā)模式。通常，大規(guī)模新能源開發(fā)區(qū)域都分布著數(shù)十個新能源場站，而單個新能源場站的裝機容量都較大。由于新能源發(fā)電固有的間歇性特點，大規(guī)模新能源并網(wǎng)給電網(wǎng)運行帶來了極大的挑戰(zhàn)。加之新能源并網(wǎng)區(qū)域往往缺乏本地負荷和常規(guī)電源支撐，新能源發(fā)出的電能需要經(jīng)過長距離送至負荷中心，這造成送電通道中的新能源出力的變化受無功功率波動的影響較大。新能源高占比對電網(wǎng)的電壓支撐能力造成影響，出力的大幅波動導(dǎo)致電網(wǎng)電壓調(diào)整困難，局部地區(qū)電壓問題尤其突出。

現(xiàn)有新能源場站通常通過可調(diào)控?zé)o功設(shè)備，來控制無功功率。然而，現(xiàn)有的SVC(Static Var Compensator，靜態(tài)無功補償裝置)以及SVG(Static Var Generator，靜態(tài)無功發(fā)生器)等的性能良莠不齊，其控制模式也不統(tǒng)一。例如，有的以新能源升壓站高壓母線處無功截零為目標(biāo)，按定無功進行控制。有的以升壓站高壓或低壓母線為目標(biāo)，按定電壓進行控制。另外，具備無功調(diào)節(jié)能力的新能源設(shè)備也大都未能被有效利用，導(dǎo)致新能源場站空有無功調(diào)節(jié)裕度，未能發(fā)揮出其應(yīng)有的系統(tǒng)電壓控制能力。

此外，現(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的集中無功補償設(shè)備一般只能控制自身無功出力，不能控制場內(nèi)的其他無功裝置，例如風(fēng)力發(fā)電機或主變分接頭。風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的機組無功補償裝置有很高的自耗電，一般都超過自身容量的1.5％，使用費用高。此外，風(fēng)場內(nèi)的集中無功補償設(shè)備需要超過50平米以上的占地面積和對應(yīng)的設(shè)備安裝房間、散熱系統(tǒng)設(shè)計等，設(shè)備需要電力一次、二次連接，施工費用、征地費用、工程費用等消耗很高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述的一個或多個問題，本發(fā)明實施例提供了一種無功功率的控制方法、裝置和系統(tǒng)。

第一方面，提供了一種無功功率的控制裝置，包括：

通信接口，用于接收無功需求命令；

輸入接口，用于獲取預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)；

策略計算模塊，基于電氣量參數(shù)計算滿足無功需求命令的無功目標(biāo)值，基于無功目標(biāo)值為可調(diào)控?zé)o功設(shè)備分配需提供的無功功率；

輸出接口，向可調(diào)控?zé)o功設(shè)備發(fā)送提供所分配的無功功率的指令。

第二方面，提供了一種無功功率的控制系統(tǒng)，包括：

設(shè)置在匯集線路上的至少一臺風(fēng)力發(fā)電機組，

上述控制裝置，經(jīng)由通信線路分別連接各臺風(fēng)力發(fā)電機組；

分別與至少一臺風(fēng)力發(fā)電機組和控制裝置通信連接的無功補償設(shè)備；

數(shù)據(jù)采集裝置，用于采集預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)，經(jīng)由通信線路連接控制裝置。

第三方面，提供了一種無功功率控制方法，包括以下步驟：

接收無功需求命令，并獲取無功命令值M1；

采集預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)，并計算得到預(yù)設(shè)控制點的無功計算值M2；

計算無功命令值M1和無功計算值M2的差值ΔM；

基于差值ΔM，得到無功目標(biāo)值；

將差值ΔM與預(yù)設(shè)死區(qū)值比較；

基于比較結(jié)果和無功目標(biāo)值，生成無功分配策略，無功分配策略用于計算風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的可調(diào)控?zé)o功設(shè)備的無功功率能力值，并向可調(diào)控?zé)o功設(shè)備分配需提供的無功功率；

基于無功分配策略，向可調(diào)控?zé)o功設(shè)備發(fā)送用于指示可調(diào)控?zé)o功設(shè)備產(chǎn)生所分配的無功功率的命令。

需要說明的是，無功功率控制方法、裝置和系統(tǒng)不僅可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電場，還可以用于其他新能源場站，例如光伏發(fā)電場等。

本發(fā)明實施例通過獲取預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)計算滿足無功需求命令的無功目標(biāo)值，基于無功目標(biāo)值可調(diào)控?zé)o功設(shè)備分配需提供的無功功率，通過控制裝置與可調(diào)控?zé)o功設(shè)備間的信息交互，可以充分、有效地利用風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)可調(diào)控?zé)o功設(shè)備的調(diào)控能力，可以減少功率損耗，增加發(fā)電效益。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為可以應(yīng)用于本發(fā)明實施例的控制系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明一實施例的無功功率的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明一實施例的用于風(fēng)力發(fā)電場的控制點的布置示意性。

圖4是本發(fā)明一個或者多個實施例的無功功率的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是本發(fā)明一實施例的無功功率的控制方法的示意性流程圖。

圖6是本發(fā)明另一實施例的無功功率的控制方法的示意性流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本申請。

需要說明的是，本發(fā)明實施例提供的無功功率控制方法、裝置和系統(tǒng)不僅可以廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電場，還可以用于其他新能源場站，例如光伏發(fā)電場等。為了描述簡潔，下面僅以風(fēng)力發(fā)電場為例進行詳細說明，其他新能源場站的控制方法與風(fēng)力發(fā)電場的控制原理類似，該部分內(nèi)容不再贅述。

圖1為可以應(yīng)用于本發(fā)明實施例的控制系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，該拓撲結(jié)構(gòu)可以包括：設(shè)置在電網(wǎng)公司的AVC(Automatic Voltage Control，自動電壓控制)控制系統(tǒng)101，遠動設(shè)備102和設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電場的VMP(Voltage/Var Management Platform，無功功率/電壓無功管理平臺)工作站103，VMP管理設(shè)備104，風(fēng)力發(fā)電機105和106，無功補償裝置107和采集器108。

其中，AVC服務(wù)器101可以用于下發(fā)調(diào)度命令，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度功能。遠動設(shè)備102可以是完成遙測、遙信、遙控和遙調(diào)等功能的設(shè)備。VMP工作站103可以對采集的數(shù)據(jù)進行分析、計算和管理。風(fēng)力發(fā)電機105和106可以利用風(fēng)能進行風(fēng)力發(fā)電或者進行功率調(diào)節(jié)。無功補償裝置107可以是光伏逆變器、電容器、靜態(tài)無功補償裝置SVC和靜態(tài)無功發(fā)生裝置SVG等。采集器108可以是PT(Potential Transformer，電壓互感器)和CT(Current Transformer，電流互感器)，具體可以采集PT、CT信號。

其中，VMP管理設(shè)備104可以分別與VMP工作站103、風(fēng)力發(fā)電機105和106、無功補償裝置107、采集器108和AVC服務(wù)器101進行信息交互。例如，VMP管理設(shè)備104可以實現(xiàn)所有跟風(fēng)力發(fā)電機105和106、無功補償裝置107等可調(diào)控?zé)o功設(shè)備與升壓站主變有載調(diào)壓分接頭之間雙向信息互動。具體的，VMP管理設(shè)備104可以通過安裝VMP系統(tǒng)實現(xiàn)上述信息互動。其中，VMP系統(tǒng)可以提供多種通訊協(xié)議以適應(yīng)于不同的調(diào)度構(gòu)架。

其中，VMP管理設(shè)備104與AVC服務(wù)器101的通訊的第一種實現(xiàn)方式可以通過遠動設(shè)備102中轉(zhuǎn)。VMP系統(tǒng)可以提供Modbus TCP/RTU協(xié)議，可以與風(fēng)力發(fā)電場的遠動設(shè)備102進行通訊，并接受AVC服務(wù)器101調(diào)度的控制命令和上傳響應(yīng)的數(shù)據(jù)。具體的，VMP系統(tǒng)可以基于Modbus TCP/RTU協(xié)議向遠動設(shè)備102上傳調(diào)度要求的遙測、遙信數(shù)據(jù)。遠動設(shè)備102可以基于IEC104協(xié)議向AVC服務(wù)器101轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)度要求的遙測、遙信數(shù)據(jù)。此外，遠動設(shè)備102可以接收AVC服務(wù)器101下發(fā)的遙調(diào)命令，并向VMP管理設(shè)備104轉(zhuǎn)發(fā)該遙調(diào)命令。

此外，VMP管理設(shè)備104與AVC服務(wù)器101的通訊的第二種實現(xiàn)方式可以如下所述。VMP管理設(shè)備104也支持直接通過IEC104協(xié)議直接與AVC服務(wù)器101進行通訊和控制。具體的，VMP系統(tǒng)可以基于IEC104協(xié)議直接向AVC服務(wù)器101上傳調(diào)度要求的遙測、遙信數(shù)據(jù)。AVC服務(wù)器101可以基于IEC104協(xié)議向VMP系統(tǒng)下發(fā)遙調(diào)命令。

VMP管理設(shè)備104還可以對采集的數(shù)據(jù)進行分析、計算和管理，實現(xiàn)無功功率控制管理，該部分內(nèi)容還將在下文進行描述。應(yīng)該理解，圖1還可以包括輔助的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，例如路由器、有線、無線通信鏈路或者光纖電纜等。另外，圖1中的服務(wù)器、風(fēng)力發(fā)電機等設(shè)備的數(shù)目僅僅是示意性的，具體可以根據(jù)實現(xiàn)需要進行靈活調(diào)整。

下面各實施例均可以應(yīng)用于本拓撲結(jié)構(gòu)，為了描述簡潔，各實施例中的內(nèi)容可以相互參考和引用。

圖2是本發(fā)明一實施例的無功功率的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

本實施例的無功功率控制裝置200可以應(yīng)用于圖1所述的場景中，該控制裝置200可以是圖1中的VMP管理設(shè)備104。

如圖2所示，無功功率控制裝置200可以包括：通信接口201、輸入接口202、策略計算模塊203和輸出接口204。其中，通信接口201可以用于接收無功需求命令；輸入接口202可以用于獲取預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)；策略計算模塊203可以基于電氣量參數(shù)計算滿足無功需求命令的無功目標(biāo)值，基于無功目標(biāo)值可調(diào)控?zé)o功設(shè)備分配需提供的無功功率；輸出接口204可以向可調(diào)控?zé)o功設(shè)備發(fā)送提供所分配的無功功率的指令。

在本實施例中，電氣量參數(shù)可以是預(yù)設(shè)控制點處(該預(yù)設(shè)控制點選擇方式將在圖3的實施例中進行描述)的電流參數(shù)和電壓參數(shù)。該電氣量參數(shù)可以由圖1中的采集器108采集，然后利用輸入接口202獲取所采集的電氣量參數(shù)。另外，還可以在控制裝置200內(nèi)部集成采集元件，利用采集元件直接采集該電氣量參數(shù)。例如，可以利用PT和CT分別采集預(yù)設(shè)控制點的PT、CT信號?？梢岳斫?，PT和CT無需直接設(shè)置在控制點上，可以設(shè)置在控制點附近，此時所采集的電氣量參數(shù)可以認為是控制點的參數(shù)。

在一些實施例中，可以利用硬接線采集預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)。由此，通過硬接線直接采集預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)，可以確保所采集的數(shù)據(jù)準確、延遲小，進而可以確保無功功率控制的準確性和可靠性。

在一些實施例中，可調(diào)控?zé)o功設(shè)備包括：風(fēng)力發(fā)電機組和無功補償裝置。無功補償裝置可以包括新能源場站內(nèi)的以下項中的至少一種：逆變器、電容器、靜態(tài)無功補償裝置SVC和靜態(tài)無功發(fā)生裝置SVG。

在一些實施例中，控制裝置200可以支持就地控制方式和遠程控制方式，還可以提供電壓控制模式、無功控制模式和功率因數(shù)控制模式中的至少一種控制模式。

圖3是本發(fā)明一實施例的用于風(fēng)力發(fā)電場的控制點的布置示意性。

如圖3所示，風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)布置有：高壓側(cè)母線，低壓側(cè)母線，CT301、304、308和311，PT302、305、309和312，主變壓器303和310，風(fēng)力發(fā)電機組306和313，SVC307和314。其中，風(fēng)力發(fā)電機組306和313通過匯集線路(圖中未標(biāo)注)接入低壓側(cè)母線，低壓側(cè)母線通過主變壓器303或者310接入高壓側(cè)母線。CT301設(shè)置在高壓側(cè)母線與主變壓器303之間，CT304設(shè)置在低壓側(cè)母線與主變壓器303之間，CT308設(shè)置在高壓側(cè)母線與主變壓器310之間，CT311設(shè)置在低壓側(cè)母線與主變壓器310之間。PT302、309設(shè)置在高壓側(cè)母線上，PT305、312設(shè)置在低壓側(cè)母線上。

控制點1可以設(shè)置在主變壓器303與高壓側(cè)母線的接口點，控制點2可以設(shè)置在主變壓器310與高壓側(cè)母線的接接口點，控制點3可以設(shè)置在主變壓器303與低壓側(cè)母線的接口點，控制點4可以設(shè)置在主變壓器310與低壓側(cè)母線的接口點。

具體控制點的選擇方式可以根據(jù)當(dāng)前的控制方式進行選擇。在就地控制方式下，預(yù)設(shè)控制點可以選擇選自控制點3和控制點4。在遠程控制方式下，預(yù)設(shè)控制點可以選擇選自控制點1和控制點2。

圖4是本發(fā)明一個或者多個實施例的無功功率的控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖4所示，無功功率控制裝置200可以包括：通信接口201、輸入接口202、策略計算模塊205和輸出接口204、控制模式模塊205、電壓控制模塊206、無功控制模塊207、功率因數(shù)控制模塊208、安全限制控制模塊209和監(jiān)控模塊210。

圖4中的第一個實施例可以在圖2實施例的基礎(chǔ)上增加安全限制控制模塊209。其中，安全限制控制模塊209可以用于設(shè)置電壓控制的安全約束條件，向策略計算模塊205發(fā)送安全控制指令，安全控制指令用于指示策略計算模塊在分配無功功率時，需滿足安全約束條件。

其中，安全約束條件包括以下項中的至少一種：預(yù)設(shè)控制點的電壓限值約束；預(yù)設(shè)控制點的電壓突變量約束；風(fēng)力發(fā)電機組的機端電壓約束；風(fēng)力發(fā)電機組的最大無功能力和可用無功能力約束；風(fēng)力發(fā)電機組的變流器的溫度約束；無功補償裝置的最大無功補償能力約束。

圖4中的第二個實施例可以在圖2實施例的基礎(chǔ)上增加控制模式模塊205。其中，控制模式模塊205可以用于在就地控制方式或者遠程控制方式下，提供電壓控制模式、無功控制模式和功率因數(shù)控制模式中的至少一種控制模式。

圖4中的第三個實施例可以在圖4中的第二個實施例的基礎(chǔ)上增加：電壓控制模塊206。其中，電壓控制模塊206用于選取電壓控制模式。在本實施例中，通信接口201還用于在電壓控制模式下，接收電壓需求命令；輸入端口202還用于在電壓控制模式下，獲取預(yù)設(shè)控制點的電壓參數(shù)。

圖4中的第四個實施例可以在圖4中的第二個實施例的基礎(chǔ)上增加：無功控制模塊207。其中，無功控制模塊207用于選取無功控制模式。在本實施例中，通信接口201還用于在無功控制模式下，接收無功功率需求命令；輸入端口202還用于在無功控制模式下，采集預(yù)設(shè)控制點的無功功率參數(shù)。

圖4中的第五個實施例可以在圖4中的第二個實施例的基礎(chǔ)上增加：功率因數(shù)控制模塊208。其中，功率因數(shù)控制模塊208用于選取功率因數(shù)控制模式。在本實施例中，通信接口201還用于在功率因數(shù)控制模式下，接收功率因數(shù)需求命令；輸入端口202還用于在功率因數(shù)控制模式下，采集預(yù)設(shè)控制點的功率因數(shù)參數(shù)。

圖4中的第六個實施例可以在圖2實施例的基礎(chǔ)上增加：監(jiān)控模塊210。其中，監(jiān)控模塊210用于實時采集無功功率控制過程中運行數(shù)據(jù)，對實時采集的運行數(shù)據(jù)進行分析處理并實時顯示。

需要說明的是，監(jiān)控模塊210既可以設(shè)置在無功功率控制裝置200內(nèi)，也可以單獨設(shè)置，用于監(jiān)控?zé)o功功率控制裝置200的運行情況。具體監(jiān)控模塊210的設(shè)置方法可以根據(jù)實際情況進行靈活調(diào)整，此方面內(nèi)容不做限制。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例中的模塊，能夠以電子硬件、電子硬件和計算機軟件結(jié)合的方式來實現(xiàn)。這些組件所實現(xiàn)的功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。當(dāng)以硬件方式實現(xiàn)時，其可以例如是電子電路、專用集成電路(ASIC)、適當(dāng)?shù)墓碳?、插件、功能卡等等。?dāng)以軟件方式實現(xiàn)時，本發(fā)明的元素是被用于執(zhí)行所需任務(wù)的程序或者代碼段。程序或者代碼段可以存儲在機器可讀介質(zhì)中，或者通過載波中攜帶的數(shù)據(jù)信號在傳輸介質(zhì)或者通信鏈路上傳送?！皺C器可讀介質(zhì)”可以包括能夠存儲或傳輸信息的任何介質(zhì)。機器可讀介質(zhì)的例子包括電子電路、半導(dǎo)體存儲器設(shè)備、ROM、閃存、可擦除ROM(EROM)、軟盤、CD-ROM、光盤、硬盤、光纖介質(zhì)、射頻(RF)鏈路等。代碼段可以經(jīng)由諸如因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)等的計算機網(wǎng)絡(luò)被下載。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到，結(jié)合本文中所公開的實施例描述的各示例的功能模塊，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能。

上述各實施例可以基于分散式的無功補償思想，采用PLC作為控制模塊；采用工業(yè)服務(wù)器與風(fēng)力發(fā)電場風(fēng)力發(fā)電機和風(fēng)力發(fā)電場的動態(tài)無功補償設(shè)備進行通信，同時具備與固定投切式的電容和電抗器進行通訊和控制的開入開出節(jié)點。

需要說明的是，無功功率控制裝置200還可以設(shè)置有：用于將所采集電壓和電流進行轉(zhuǎn)換的AC/DC轉(zhuǎn)換模塊；用于與風(fēng)力發(fā)電機、無功補償設(shè)備等進行信息交互的通訊模塊；用于控制投切式電容、電抗器等設(shè)備的開入開出模塊。

上述可知，本發(fā)明實施例可以通過控制裝置將所有跟風(fēng)機、光伏、調(diào)度、SVC/SVG等可調(diào)控?zé)o功設(shè)備及升壓站主變有載調(diào)壓分接頭之間實現(xiàn)雙向信息互動，這樣可實現(xiàn)VMP控制500臺以上的設(shè)備，這樣可以使設(shè)備性價比更高，且控制策略統(tǒng)一。

本發(fā)明實施例可以只需要二次供電系統(tǒng)連接，自身耗電低于1.5kW，同時設(shè)備占地面積小于0.5平米，大幅度減少了設(shè)備施工及場地和費用。

本發(fā)明實施例增加監(jiān)控功能，實現(xiàn)遠程在監(jiān)控室實時操作VMP設(shè)備，下發(fā)控制命令，實時監(jiān)控主變高低壓側(cè)電壓、有功、無功等實時數(shù)據(jù)，電壓控制實時曲線效果，高低壓側(cè)母線電壓安全區(qū)及目前所處的位置，所有風(fēng)機、光伏、SVC/SVG等的實時數(shù)據(jù)，風(fēng)電場、光伏電站總的無功容量及已發(fā)出容量統(tǒng)計，精確無功控制實時歷史語音報警、用戶的準確管理，命令下發(fā)事件統(tǒng)計，故障處理歷史數(shù)據(jù)分析等功能，以滿足電網(wǎng)及現(xiàn)場值班員要求。

本發(fā)明實施例能與主變分接頭控制器進行通訊和下發(fā)命令，但不將分接頭控制邏輯整合到整個風(fēng)電場無功控制的邏輯中。

其中，監(jiān)控軟件可以運行在工控電腦(也可以是監(jiān)控模塊210)上。用于監(jiān)控的信息交互的通信協(xié)議可以為Modbus TCP等。通過監(jiān)控軟件可以實時采集VMP管理設(shè)備104中的所有運行數(shù)據(jù)集，并將這些數(shù)據(jù)集存儲在實時歷史數(shù)據(jù)庫中。監(jiān)控軟件可以將實時數(shù)據(jù)經(jīng)過解析處理，形成歷史趨勢圖、控制策略數(shù)據(jù)、報警信息等，然后，進行實時顯示。經(jīng)分析處理后的歷史數(shù)據(jù)庫可以供用戶做故障分析及統(tǒng)計時使用。另外，可以根據(jù)需要將監(jiān)控的數(shù)據(jù)進行其他方式的處理，以滿足不同的應(yīng)用需求。

本發(fā)明實施例可以根據(jù)大量的歷史數(shù)據(jù)對故障分析做支撐，還可以實時掌握風(fēng)場無功容量，電壓值，安全區(qū)域，方便用戶查看現(xiàn)場的電壓無功控制效果。另外，可以根據(jù)當(dāng)前實時波形，場站無功容量，安全區(qū)域，方便下發(fā)控制命令及大量的故障分析歷史數(shù)據(jù)。

本發(fā)明實施例還可以使所有應(yīng)用現(xiàn)場VMP軟硬件版本統(tǒng)一，方便維護及升級。

本發(fā)明實施例還可以在新建風(fēng)電場的應(yīng)用將大幅減少客戶用于風(fēng)電場集中無功補償設(shè)備的總建設(shè)投資；在已建成風(fēng)電場的應(yīng)用將大幅降低無功補償設(shè)備的功耗。

另外，本發(fā)明實施例提出了一種用于風(fēng)力發(fā)電場的無功功率控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包括：設(shè)置在匯集線路上的至少一臺風(fēng)力發(fā)電機組，上述的控制裝置200，經(jīng)由通信線路分別連接各臺風(fēng)力發(fā)電機組；分別與至少一臺風(fēng)力發(fā)電機組和控制裝置通信連接的無功補償設(shè)備；數(shù)據(jù)采集裝置，用于采集預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)，經(jīng)由通信線路連接控制裝置200。

可以理解，無功功率控制系統(tǒng)還可以包括計算機、服務(wù)器和輔助的電力設(shè)備等設(shè)備，例如交換機、網(wǎng)關(guān)和電纜等。

圖5是本發(fā)明一實施例的無功功率的控制方法的示意性流程圖。

上述控制裝置200可以作為本控制方法的實施主體，執(zhí)行下面各步驟的操作，可以理解，本控制方法的執(zhí)行主體也可以是其他的功能單元或者功能模塊，此方面的內(nèi)容不做限制。

如圖5所示，在S510中，接收無功需求命令，并獲取無功命令值M1。

在S520中，采集預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)，并計算得到預(yù)設(shè)控制點的無功計算值M2。

在本實施例中，采集預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)包括：利用硬接線采集預(yù)設(shè)控制點的電氣量參數(shù)。具體可以利用PT和CT分別采集控制點的PT、CT信號。

在S530中，計算無功命令值M1和無功計算值M2的差值ΔM。

在本實施例中，計算方式為減法運算。

在S540中，基于差值ΔM，得到無功功率目標(biāo)值。

在S550中，將差值ΔM與預(yù)設(shè)死區(qū)值比較。

在本實施例中，比較方法可以為差值比較的方法。

在S560中，基于比較結(jié)果和無功功率目標(biāo)值，生成無功功率分配策略。

其中，無功分配策略可以用于計算風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)的可調(diào)控?zé)o功設(shè)備的無功功率能力值，并向可調(diào)控?zé)o功設(shè)備分配需完成的無功功率。其中，可調(diào)控?zé)o功設(shè)備可以包括：風(fēng)力發(fā)電機組和無功補償裝置。其中，無功補償裝置可以包括以下項中的至少一種：光伏逆變器、電容器、靜態(tài)無功補償裝置SVC和靜態(tài)無功發(fā)生裝置SVG。

在S570中，基于無功分配策略，向可調(diào)控?zé)o功設(shè)備發(fā)送用于指示可調(diào)控?zé)o功設(shè)備產(chǎn)生所分配的無功功率的命令。

本發(fā)明實施例通過計算無功命令值M1和無功計算值M2的差值，并將該差值與預(yù)設(shè)死區(qū)值比較后生成無功分配策略，再基于無功分配策略進行無功功率控制，通過控制裝置與控制對象間的信息交互，來實現(xiàn)多種協(xié)調(diào)控制，可以充分、有效地利用風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)可調(diào)控?zé)o功設(shè)備的調(diào)控能力，可以減少功率損耗，提高了風(fēng)力發(fā)電場出力，增加發(fā)電效益。

在本實施例中，生成無功功率分配策略的步驟可以包括S261至S263。

S261：將差值ΔM與第一預(yù)設(shè)死區(qū)值比較。

S262：當(dāng)差值ΔM大于第一預(yù)設(shè)死區(qū)值時，計算風(fēng)力發(fā)電機組中一臺或者多臺風(fēng)力發(fā)電機的第一無功功率能力值N1。

S263：基于無功目標(biāo)值和第一無功功率能力值N1，為一臺或者多臺風(fēng)力發(fā)電機分配各自需產(chǎn)生的無功功率。

本實施例的應(yīng)用場景可以是：風(fēng)場的風(fēng)較大，風(fēng)力發(fā)電機滿足上述的安全約束條件，需要的調(diào)節(jié)量在風(fēng)力發(fā)電機的安全邊界內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機組可以完成分配的任務(wù)，此時可以選擇本方式進行控制。

其中，預(yù)設(shè)死區(qū)值可以指示電壓的波動情況。根據(jù)實際情況，可以對預(yù)設(shè)的死區(qū)值進行針對性的設(shè)置。例如，第一預(yù)設(shè)死區(qū)值是目標(biāo)值的3％，即當(dāng)電壓波動達到3％時，需要進行控制。

由此，本實施例可以最大限度的釋放風(fēng)力發(fā)電機自身的無功能力。經(jīng)過大量的實驗，得到的數(shù)據(jù)可以表明：

在風(fēng)力發(fā)電場穩(wěn)態(tài)運行下，風(fēng)力發(fā)電機能提供33％的風(fēng)力發(fā)電場裝機容量的無功功率。當(dāng)系統(tǒng)處于低電壓穿越時，風(fēng)力發(fā)電機最大能夠提供100％的風(fēng)力發(fā)電機額定電流的無功電流支撐。在風(fēng)力發(fā)電場穩(wěn)態(tài)運行時，可以減少甚至取消集中無功補償出力，降低用電損耗，提高風(fēng)力發(fā)電場的整體效益。

以全部采用GW1.5MW風(fēng)力發(fā)電機的5萬裝機容量風(fēng)力發(fā)電場為例，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電場穩(wěn)態(tài)運行時，全部風(fēng)力發(fā)電機能夠提供的無功補償容量為：-16500kVvar～+16500kVvar。在風(fēng)力發(fā)電場出現(xiàn)低電壓故障時，故障期間每臺風(fēng)力發(fā)電機最大可以提供1500A容性無功電流，風(fēng)力發(fā)電機無功電流的響應(yīng)時間可以小于50ms。

作為生成無功分配策略實施例的一個變形，可以在S261至S263的基礎(chǔ)上增加S264至S266。

S264：將差值ΔM與第二預(yù)設(shè)死區(qū)值比較，其中，第二預(yù)設(shè)死區(qū)值大于第一預(yù)設(shè)死區(qū)值。

S265：當(dāng)差值ΔM大于第二預(yù)設(shè)死區(qū)值時，計算無功補償裝置的第二無功功率能力值N2。

S266：基于無功目標(biāo)值和第二無功功率能力值N2，為無功補償裝置分配各自需產(chǎn)生的無功功率。

本實施例的應(yīng)用場景可以是：風(fēng)場的風(fēng)力一般，風(fēng)力發(fā)電機和SVG等設(shè)備滿足上述的安全約束條件，此時可以選擇本方式進行控制。

作為生成無功分配策略實施例的又一個變形，可以在S264至S265的基礎(chǔ)上增加S267和S268。

S267：將差值ΔM與第三預(yù)設(shè)死區(qū)值比較，其中，第三預(yù)設(shè)死區(qū)值大于第二預(yù)設(shè)死區(qū)值。

S268：當(dāng)差值ΔM大于第三預(yù)設(shè)死區(qū)值時，基于無功目標(biāo)值、第一無功功率能力值N1和第二無功功率能力值N2，為風(fēng)力發(fā)電機組和無功補償裝置分配各自需產(chǎn)生的無功功率。

本實施例的應(yīng)用場景可以是：風(fēng)場的風(fēng)力較小，風(fēng)力發(fā)電機不滿足上述的安全約束條件，需要的調(diào)節(jié)量不在風(fēng)力發(fā)電機的安全邊界內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機組無法完成分配的任務(wù)，此時可以選擇本方式進行控制。

圖6是本發(fā)明另一實施例的無功功率的控制方法的示意性流程圖。

如圖6所示，該控制方法可以包括如下的步驟：

S601，接收無功需求的命令。

該命令可以是由調(diào)度發(fā)出，也可以是由控制裝置200本地發(fā)出。下面將分3種情況詳細進行描述。例如在電壓控制模式下，接收的是電壓需求命令V。例如在無功控制模式下，接收的是無功功率需求命令Q。例如在功率因數(shù)控制模式下，接收的是功率因數(shù)需求命令Cos。

S602，獲取預(yù)設(shè)控制點CT/PT二次回路采集信號。

所采集的基礎(chǔ)信號是電壓值和電流值，基于電壓值和電流值進行運算可以獲取各種控制模式下所需的電氣量參數(shù)。

S603，計算采集點V、Cos和Q。

例如在電壓控制模式下，計算采集點V。例如在無功控制模式下，計算采集點Q。例如在功率因數(shù)控制模式下，計算采集點Cos。

S604，計算滿足命令要求的無功目標(biāo)值。

S605，利用安全約束條件進行約束。

S606，利用無功分配算法計算具體需要分配的無功功率。

S607，向風(fēng)力發(fā)電機組或者其他的無功源(即上述的可調(diào)控?zé)o功設(shè)備)分配需完成的無功功率。

在本實施例中，無功功率的控制方法可以支持遠程控制方式和就地控制方法。在這兩種控制方式中，各有三種控制模式：電壓控制模式、無功控制模式和功率因數(shù)控制模式。

在一可選的實施例中，該控制方法還可以包括以下步驟：

預(yù)先設(shè)置電壓控制模式；

在電壓控制模式下，無功命令值M1為電壓命令值U CMD，電氣量參數(shù)為電壓U，差值ΔM為電壓ΔU，電壓ΔU為電壓命令值U CMD與電壓U的差值。

具體的，當(dāng)控制點為電壓模式時，其無功的計算公式為：

ΔQ＝(ΔU X)×UCMD，其中X表示系統(tǒng)阻抗，UCMD為電壓命令值。

在另一可選的實施例中，該控制方法還可以包括以下步驟：

預(yù)先設(shè)置無功控制模式；

在無功控制模式下，電氣量參數(shù)為電壓U和電流I，無功計算值M2為無功功率Q，其中，無功功率Q基于電壓U和電流I計算得到。

具體的，無功控制為一個閉環(huán)控制，系統(tǒng)會實時檢測調(diào)度下發(fā)的無功命令，并根據(jù)采集到的控制點的電壓電流命令計算并網(wǎng)點無功功率，當(dāng)二者之間的差值大于死區(qū)時就進行調(diào)節(jié)，確?？刂频臏蚀_性。

在又一可選的實施例中，該控制方法還可以包括以下步驟：

預(yù)先設(shè)置功率因數(shù)控制模式；

在功率因數(shù)控制模式下，電氣量參數(shù)為電壓U和電流I，無功計算值M2為無功功率Q，其中，無功功率Q計算步驟包括：

基于電壓U和電流I，計算預(yù)設(shè)控制點的有功功率P和計算電壓U和電流I之間的相位差Φ；

基于有功功率P和相位差Φ，計算得到無功功率Q。

具體的，功率因數(shù)控制和電壓控制的策略與此類似。當(dāng)控制點為功率因數(shù)模式時，功率因數(shù)控制類似，其無功的計算公式為：

Q＝P×tan(acos(cos命令))

具體的，可選擇不同的控制模式對風(fēng)力發(fā)電場的無功源(例如風(fēng)力發(fā)電機和集中無功補償裝置)進行集中控制和調(diào)節(jié)。每種控制模式都可以通過合理的控制算法轉(zhuǎn)化為無功目標(biāo)值，同時考慮所有安全約束條件(該部分內(nèi)容下文還將描述)，經(jīng)過內(nèi)部無功分配策略形成不同無功源的不同控制命令，并實時檢測比較控制點與目標(biāo)值的差距形成閉環(huán)控制。

其中，無功控制策略的響應(yīng)條件可以包括：

1、|命令值-計算值|＞死區(qū)設(shè)定值；

2、VMP系統(tǒng)無告警；

3、VMP系統(tǒng)處于投運狀態(tài)；

4、電網(wǎng)電壓，頻率處于正常運行范圍。

另外，可以根據(jù)風(fēng)力發(fā)電場的實際情況和調(diào)度要求，選擇風(fēng)力發(fā)電場風(fēng)力發(fā)電機和無功補償設(shè)備的控制優(yōu)先級。例如可以選擇：

第一控制優(yōu)先級：以風(fēng)力發(fā)電機的自身無功能力作為風(fēng)力發(fā)電場的主要無功補償進行優(yōu)先控制，將SVG等無功補償裝置的無功能力作為備用。

第二控制優(yōu)先級：以SVG的無功容量作為風(fēng)力發(fā)電場的主要無功補償進行優(yōu)先控制，將風(fēng)力發(fā)電機組的無功容量作為備用。

第三控制優(yōu)先級：同時控制SVG和風(fēng)力發(fā)電機的無功，以一定的原則對風(fēng)力發(fā)電機和SVG無功進行分配。

在選擇具體的控制優(yōu)先級時，經(jīng)常需要考慮如下情況：

第一種情況，風(fēng)場的風(fēng)較大，風(fēng)力發(fā)電機滿足上述的安全約束條件，需要的調(diào)節(jié)量在風(fēng)力發(fā)電機的安全邊界內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機組可以完成分配的任務(wù)時，此時可以選擇第一控制優(yōu)先級進行控制。

第二種情況，風(fēng)場的風(fēng)力較小，風(fēng)力發(fā)電機不滿足上述的安全約束條件，需要的調(diào)節(jié)量不在風(fēng)力發(fā)電機的安全邊界內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機組無法完成分配的任務(wù)時，此時可以選擇第二控制優(yōu)先級進行控制。

第三種情況，風(fēng)場的風(fēng)力一般，風(fēng)力發(fā)電機和SVG等設(shè)備滿足上述的安全約束條件，此時可以選擇第三控制優(yōu)先級進行控制。

在一可選的實施例中，可以在上述各個實施例的基礎(chǔ)上增加S280和S290。

S280：預(yù)先獲取安全約束條件。

S290：基于安全約束條件、比較結(jié)果和無功目標(biāo)值，生成無功分配策略。

其中，安全約束條件包括以下項中的至少一種：預(yù)設(shè)控制點的電壓限值約束；預(yù)設(shè)控制點的電壓突變量約束；風(fēng)力發(fā)電機的機端電壓約束；風(fēng)力發(fā)電機的最大無功能力和可用無功能力約束；風(fēng)力發(fā)電機的變流器的溫度約束；無功補償裝置的最大無功補償能力約束。

由此，本實施例可以保障風(fēng)電機組及風(fēng)力發(fā)電場的安全穩(wěn)定運行，以及無功補償裝置的安全。

在一可選的實施例中，可以在上述各個實施例的基礎(chǔ)上增加S2100至和S2120。

S2100：實時采集無功功率控制過程中運行數(shù)據(jù)。

S2110：對實時采集的運行數(shù)據(jù)進行分析處理并實時顯示。

S2120：監(jiān)控實時顯示的數(shù)據(jù)。

根據(jù)本發(fā)明實施例的用于風(fēng)力發(fā)電場的無功功率控制的裝置和系統(tǒng)可以對應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明實施例的用于風(fēng)力發(fā)電場的無功功率控制的方法中的執(zhí)行主體，可以執(zhí)行控制方法中的各個流程步驟，為了描述簡潔，此方面內(nèi)容不再贅述。在本申請所提供的幾個實施例中，應(yīng)該理解到，所揭露的系統(tǒng)、裝置和方法，可以通過其它的方式實現(xiàn)。例如，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如，所述單元的劃分，僅僅為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結(jié)合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另外，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口、裝置或單元的間接耦合或通信連接，也可以是電的，機械的或其它的形式連接。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。