一种风电场功率控制器制造技术

一种风电场功率控制器，包括中央处理器、电源模块、电网检测模块、通信模块、异常处理模块、有功频率控制模块和无功电压控制模块。所述的中央处理器分别与电源模块、电网检测模块、通信模块、异常处理模块、有功频率控制模块和无功电压控制模块连接。风电场功率控制器安装在升压站中，与风电机群、无功补偿装置、升压站监控系统、风电场监控(SCADA)系统和调度中心主站组成风电场功率控制系统网络；风电场功率控制器通过通讯方式接收调度中心主站或本地下发的有功和电压控制指令，对风电机群、无功补偿装置和变压器分接头档位统一协调控制，进行有功功率和无功功率调节，实现频率和电压稳定控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风电场功率控制器。
技术介绍
随着我国的风电装机容量不断增加，风电在电网中的比例越来越大。而风电间歇式、波动性和随机性的特点，无法像常规电源一样对其有功无功出力进行控制。具体困难表现在：风电场有功出力的波动性和本身无调频能力使电网的频率稳定性变差；风电机组对电网没有机械惯性，对电力系统稳定性有负面作用；风电场内机组的频繁启停对电网造成频率波动和电压波动。这些问题严重影响了电力系统的安全性和经济性，是目前风电并网的主要技术难点之一。我国风电并网问题特殊且复杂，国内外缺乏相关技术和装备的支撑，使得已经建成的风电场不能很好地发挥效益，风电场产能无法充分释放。研究风电场并网技术的关键，在于将风电场作为一个整体单元接入电网分析，通过改善风电场并网点的电压、频率稳定性，以提高整个风电场的并网性能。这需要通过风电场的功率控制器来实现，包括并网点的有功和电压控制。我国现有的风电场功率控制系统包括风电场监控(SCADA)系统、有功自动控制(AGC)系统和电压自动控制(AVC)系统。AGC和AVC系统分别接收电网调度下发的有功和电压控制指令，分配各台风机的有功和无功参考值，再由风电场监控(SCADA)系统下发到各台风机，通过控制各台风机的有功和无功达到控制风电场功率的目的。由于SCADA系统与风机之间的通信周期长(数秒～数十秒)，实时性差，所以控制精度较低。此外，上述方法只是把风电场作为一个整体发电单元来考虑，由于风电场内每个机位的风资源状况不同，实际运行的各台机组功率差异较大，存在疲劳分布不均的问题；也缺少针对不同季节条件的差异化处理。风电场无功功率源主要有两种：风机和集中无功补偿设备。集中无功补偿设备，例如静止无功补偿装置(SVC)和静止无功发生器(SVG)对风电场的无功功率平衡起到了积极有效的作用，但也存在造价高、损耗大和稳定性差的缺陷。而风机具有额外发出无功功率的能力，但单个风机的自由控制会引起风电场无功功率内耗，无法达到指定控制目标。风电场内无功电源的协调控制是改善电网电压稳定性，同时提高风电场经济性的关键技术。近年来，利用储能系统协助风电场参与系统频率调整也得到了很多研究者的关注。采用的储能系统有超导磁储能、飞轮储能等不同类型。但是由于成本过高，并且技术尚不成熟，还难以广泛应用。对于风电调频的研究目前集中在单台机组的调频控制上，包括采用虚拟惯性控制、超速控制和变桨控制等，还缺少从风电场控制层面的系统控制策略。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有风电场控制技术存在的实时性差、精度低，不具备调频能力，和风机之间疲劳分布不均的缺点，提出一种风电场功率控制器(WPPC)。本专利技术风电场功率控制器安装在升压站中，与风电机群、无功补偿装置、升压站监控系统、风电场监控(SCADA)系统和调度中心主站组成风电场功率控制系统网络；风电场功率控制器通过通讯方式接收调度主站系统或本地下发的有功和电压控制指令，对风电机群、无功补偿装置和变压器分接头档位统一协调控制，进行有功功率和无功功率的连续调节。本专利技术风电场功率控制器是调度中心对风场调控的重要环节，可以增强电网对风电的消纳能力。本专利技术风电场功率控制器包括中央处理器、电源模块、电网检测模块、通信模块、异常处理模块、有功频率控制模块和无功电压控制模块。所述的电源模块用于为本专利技术提供交直流两路电源；所述的电网检测模块用于测量风电场并网点的电网信息包括高压母线电压、频率、有功输出和无功输出；所述的通信模块用于实现风电场功率控制器与风电机群、无功补偿装置、升压站监控系统、SCADA系统和调度中心主站的实时通讯，用于传送控制信号和关键反馈数据，通讯延时控制在100ms以内。所述的中央处理器通过获取电网检测模块、通信模块采集到的电网信息以及各台风机、无功补偿装置和风电场内其它设备的信息，结合调度指令，分别经过有功频率控制模块和无功电压控制模块，发出动态有功和无功控制指令，再由通信模块发送至各台风机和无功补偿装置，实现风电场的有功和无功快速调节。所述的异常处理模块用于提供各类异常或故障的告警，异常或故障包括通信故障、装置异常、电网故障、系统运行异常等。所述的异常处理模块能够自动闭锁，停止分配结果输出，并自动转入本地控制，并形成事件记录。所述的有功频率控制模块用于风电场有功功率的连续调节，实现频率稳定。具体目标包括：1)冬季模式下保证每台机组出力尽量均衡，避免停机；2)夏季模式在保证足够的功率裕度前提下，使得运行机组数量最少，以减小机组的磨损，同时保证整个风电场机组停机次数均衡；3)在风况允许条件下保证各台机组功率控制目标值尽可能均等，均衡风电机组的疲劳；4)在电网频率发生变化时风电场能够自动增加或者降低有功出力，为电网提供一次调频作用；5)满足电网对风电场有功变化率1分钟和10分钟的限制。本专利技术风电场有功功率控制的具体步骤如下：步骤1-1：根据风电场理论可发功率Pava、频率偏差△f和电网调度下发的有功目标值Pset，计算当前时刻的风电场有功设定值P’set；步骤1-2：计算风电场有功设定值P’set和风电场实际值P0的功率偏差△P，功率偏差△P应满足电网对风电场有功变化率1分钟和10分钟变化率的要求；步骤1-3：计算功率裕度γp表征当前风电场的潜在的出力能力；步骤1-4：根据不同的季节模式和步骤1-3计算出的功率裕度值，进行启停机控制；步骤1-5：通过有功分配控制器对风电机群进行有功分配，有功分配控制器包括均分控制器和均衡控制器两部分。所述的无功电压控制模块用于风电场无功功率的连续调节，实现电压稳定。具体目标包括：1)维持风电场出口电压平衡；2)协调风电场内多种无功电源，充分利用风机自身发出无功；3)优化风电场内无功分布，减小风电场网损；4)满足各类安全约束条件，包括高压侧母线电压越限，有功无功越限、主变电流越限，风机无功极限等。本专利技术风电场无功功率控制具体步骤如下：步骤2-1：以风电场并网点电压或无功为控制目标，采用PI闭环调节方式，并经过安全约束后，得到风电场无功功率设定值Qref。所述的安全约束条件包括高压侧母线电压越限，有功无功越限、主变电流越限，风机无功极限等。步骤2-2：当风电场无功功率设定值Qref小于风电场内可控机组无功极限之和时，风电场功率控制器按等功率因数进行各机组无功分配，否则执行步骤2-3；步骤2-3：如果风电场无功功率设定值Qref大于风电场内可控机组无功极限之和，但是不大于全场无功电源之和时，风电机组按最大无功出力进行无功补偿，且多余无功部分将分配给无功补偿装置进行补偿，否则执行步骤2-4；步骤2-4：如果风电场无功功率设定值Qref大于风电场内全部无功电源之和，即风电机组和无功补偿装置的无功可用容量不足以支撑风电场出口电压在正常运行范围时，风电场功率控制器下发变压器分接头档位命令到升压站监控系统，通过调节变压器分接头档位进行电压调整。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：与现有技术相比，本专利技术实现了风电场闭环控制，解决了大规模风电并网中网源协调的技术难题，提高了风电场的可控性，对电网友好型智能风电场开发具有实用价值；同时，解决了传统风电场功率控制中的通信延时问题；可以取代风电场有功自动控制(AGC)系统和电压自动控制(AVC)系统。本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电场功率控制器，其特征在于：所述的风电场功率控制器包括中央处理器、电源模块、电网检测模块、通信模块、异常处理模块、有功频率控制模块和无功电压控制模块；所述的中央处理器分别与电源模块、电网检测模块、通信模块、异常处理模块、有功频率控制模块和无功电压控制模块连接；风电场功率控制器安装在升压站中，与风电机群、无功补偿装置、升压站监控系统、风电场监控(SCADA)系统和调度中心主站组成风电场功率控制系统网络；风电场功率控制器通过通讯方式接收调度主站系统或本地下发的有功和电压控制指令，对风电机群、无功补偿装置和变压器分接头档位统一协调控制，进行有功功率和无功功率调节，实现频率和电压稳定控制。

【技术特征摘要】
1.一种风电场功率控制器，其特征在于：所述的风电场功率控制器包括中央处理器、电源模块、电网检测模块、通信模块、异常处理模块、有功频率控制模块和无功电压控制模块；所述的中央处理器分别与电源模块、电网检测模块、通信模块、异常处理模块、有功频率控制模块和无功电压控制模块连接；风电场功率控制器安装在升压站中，与风电机群、无功补偿装置、升压站监控系统、风电场监控(SCADA)系统和调度中心主站组成风电场功率控制系统网络；风电场功率控制器通过通讯方式接收调度主站系统或本地下发的有功和电压控制指令，对风电机群、无功补偿装置和变压器分接头档位统一协调控制，进行有功功率和无功功率调节，实现频率和电压稳定控制。2.按照权利要求1所述的风电场功率控制器，其特征在于：所述的电网检测模块用于测量风电场并网点的电网信息，包括高压母线电压、频率、有功输出和无功输出；所述的通信模块用于实现风电场功率控制器与风电机群、无功补偿装置、升压站监控系统、风电场监控(SCADA)系统和调度中心主站的实时通讯，用于传送控制信号和关键反馈数据；所述的中央处理器通过获取电网检测模块、通信模块采集到的电网信息以及风电机群、无功补偿装置和风电场内其它设备的信息，结合调度指令，分别经过有功频率控制模块和无功电压控制模块，发出动态有功和无功控制指令，再由通信模块发送至风电机群和无功补偿装置，实现风电场的有功和无功快速调节；所述的异常处理模块用于提供各类异常或故障的告警，异常或故障包括通信故障、装置异常、电网故障、系统运行异常；所述的异常处理模块能够自动闭锁，停止分配结果输出，并自动转入本地控制，并形成事件记录；所述的有功频率控制模块和无功电压控制模块用于风电场有功和电压的闭环控制。3.按照权利要求1或2所述的风电场功率控制器，其特征在于：所述的有功频率控制模块对风电场有功功率控制的具体步骤如下：步骤1-1：根据风电场理论可发功率Pava、频率偏差△f和电网调度下发的有功目标值Pset，计算当前时刻的风电场有功设定值P’set；步骤1-2：计算风电场有功设定值P’set和风电场有功实际值P0的功率偏差△P，功率偏差△P应满足电网对风电场有功变化率1分钟和10分钟变化率的要求；步骤1-3：计算功率裕度γp表征当前风电场的潜在的出力能力；步骤1-4：根据不同的季节模式和步骤1-3计算出的功率裕度值，进行启停机控制；步骤1-5：通过有功分配控制器对风电机群进行有功分配，有功分配控制器包括均分控制器和均衡控制器两部分。4.按照权利要求3所述的风电场功率控制器，其特征在于：所述的步骤1-1根据风电场理论可发功率Pava、频率偏差△f和电网调度下发的有功目标值Pset，计算当前时刻的风电场有功设定值P’set的方法如下：1)当频率偏差△f在死区范围内，风电场应预留当前风速下d％的备用容量，风电场有功设定值P’set如式(1)所示；P′set＝Min(Pset,Pava(1-d％))(1)2)当频率偏差△f<0且不在死区范围时，风电场能够自动增加有功出力，且最多可释放当前风速下100％的可用功率，风电场有功设定值P’set如式(2)所示；P′set＝Min(Pset,Pava-KfΔf)(2)其中，Kf为有功调频系数；3)当频率偏差△f>0且不在死区范围时时，风电场能够自动减少有功出力，且至少可释放当前风速下20％的可用功率，风电场有功设定值P’set计算方法同上，如式(2)所示；4)当频率偏差△f>0，且系统频率超过电网允许的最大频率时，风电场退出运行；P′set＝0(3)。5.按照权利要求3所述的风电场功率控制器，其特征在于，所述的步骤1-3计算风电场的功率裕度γp的方法如下：定义：γp=Σj=0M(Pava(j)-P0(j))Σj=0M(Prate(j))---(4)]]>上式中：Pava(j)为第j台机组的理论可发有功，根据实际风速功率曲线计算，Prate(j)为第i台机组的理论可发电功率，P0(j)是第j台机组的实际有功，M是风电场全部机组数量。6.按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩，许洪华，张雷，林资旭，王浩，高俊娥，
申请(专利权)人：科诺伟业风能设备北京有限公司，北京科诺伟业科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11