CN102916433A - 风机群的无功功率任务分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风机群的无功功率任务分配方法，包括：获得并网点的总无功功率需求；根据并网点的总无功功率需求以及每条风电汇集线路的无功功率能力，为每条风电汇集线路分配无功功率任务；根据为每条风电汇集线路分配的无功功率任务以及每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机的无功功率能力，为每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机分配无功功率任务。

Description

风机群的无功功率任务分配方法

技术领域

本发明涉及风力发电领域。更具体地讲，涉及一种风机群的无功功率任务分配方法。 

背景技术

随着技术的发展，可再生能源的关注和利用程度日益增加，其中，风力发电是一种已经发展相对成熟的能源技术。然而，我国风电行业“建设大基地，融入大电网”的发展规划与欧洲“分散上网，就地消纳”不同，有着“大规模”、“高集中”等特点。间歇性风电造成电网电压波动，***短路容量增加，暂态稳定性改变，特别在大规模风电集中接入电网情况下尤为突出。同时，电网末端电能质量也会影响风电场，例如电网扰动导致风机脱网、风电场解列，不平衡电压会造成机组振动、过热等。 

研究风电场并网的技术关键，在于将风电场作为一个整体单元接入电网来分析，通过改善风电场并网点(简称PCC)的稳定性，以实现整个风电场的并网性能提高。 

PCC点的稳定性最重要的指标为电压稳定性。电压波动直接影响了风机的安全稳定运行，危害甚至波及所接入的电力网络。根据潮流分析技术可知，PCC点的电压主要受该点的无功功率影响：当消耗感性无功功率(即吸收无功功率)过多时电压将会下降；反之，当发出感性无功功率(即发出无功功率)过多时电压将会上升。通过某些技术控制PCC点的无功功率动态平衡，即可达到控制PCC点电压稳定的效果。 

然而，在现有技术中，控制风电场PCC点的无功功率平衡，会受到两个技术点制约：首先必须满足我国电力***无功功率“分层分区”控制原则，其次必须充分考虑风电场无功功率源的控制机理。 

当前主要使用集中无功补偿设备(例如静止无功功率补偿装置SVC)进行无功功率补充。集中无功补偿设备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，并且SVC与风机运 行配合差。 

图1是示出根据现有技术的依靠集中无功功率补偿设备来实现PCC点的电压控制的风电场电压自动控制(AVC)***的拓扑示意图。 

如图1所示，在根据现有技术的风电场AVC***中，多条风电汇集线路1-N(每条风电汇集线路包括多个风机)以及设置有SVC的SVC线路接入到低压母线，低压母线上的电压经由变压器升压，接入高压母线，然后经由PCC点通过送出线路接入大电网，从而实现风电场并网，其中，SVC根据低压母线和/或高压母线的电压变化，自动发出无功功率或吸收无功功率，从而调节PCC点的电压。 

然而，根据现有技术的风电场AVC***存在以下缺点： 

(1)要实现整个风电场电压稳定，需要装设大于总装机容量20％～50％的集中无功功率补偿设备(即，SVC)，而SVC造价昂贵，存在固有损耗，却稳定性不高； 

(2)当母线电压降低时，SVC发出无功功率的能力下降，其补偿能力成平方倍地下降； 

(3)不利于风机发出无功功率的能力，这造成重要无功功率源的浪费。 

实际上，风机具有额外发出或吸收无功功率的能力，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，因此基本不使用风机提供的无功功率进行无功补偿。为了降低采用SVC导致的高成本，可考虑使用风电场中的风机群来实现无功功率的补偿。然而，由于风电场内风机群具有数量大、分布广的特点，风速具有随机性特点，故而每台风机当前的无功功率输出能力以及吸收能力相互不同，且实时变化的，使得即使在明确了无功功率总需求量的情况下，风电场AVC***分配每台风机无功功率任务的配额尤为困难。 

例如，如果不考虑风机当前的无功功率能力，而简单让风机承担平均的无功功率任务，会出现如下问题： 

(1)部分风机无法完成超额的无功功率任务，容易发生机组损坏，或者根本无法执行； 

(2)部分风机具有较大的无功功率能力，但只利用了一小部分，造成浪费； 

(3)没有考虑潮流的分布特性，造成风电场内无功功率换流，无法送 出到风电场外。表现为部分风机发出的无功功率被其他风机吸收，或者部分风机发出的无功功率根本无法流出风电场。 

为此，需要提供一种风机群的无功功率分配方法，以挖掘风电场内风机发出无功功率的能力，使风电场无功功率达到更好的动态平衡，提高风电场并网性能，并降低成本。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种风机群的无功功率分配方法，以解决上面的至少一个技术问题。 

为了实现上述目的，提供一种风机群的无功功率任务分配方法，包括：获得并网点的总无功功率需求；根据并网点的总无功功率需求以及每条风电汇集线路的无功功率能力，为每条风电汇集线路分配无功功率任务；根据为每条风电汇集线路分配的无功功率任务以及每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机的无功功率能力，为每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机分配无功功率任务。 

可选地，为每条风电汇集线路分配无功功率任务的步骤包括：检测并网点的有功功率，根据并网点的有功功率和并网点的总无功功率需求，确定并网点的期望功率因数；检测风电汇集线路的有功功率以及风电汇集线路的无功功率能力；将确定的并网点的期望功率因数作为风电汇集线路的期望功率因数，根据风电汇集线路的有功功率以及期望功率因数，计算风电汇集线路的期望无功功率；当风电汇集线路的期望无功功率超出风电汇集线路的无功功率能力时，将风电汇集线路的无功功率能力作为风电汇集线路的无功功率任务；当风电汇集线路的期望无功功率没有超出风电汇集线路的无功功率能力时，将风电汇集线路的期望无功功率作为风电汇集线路的无功功率任务。 

可选地，为每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机分配无功功率任务的步骤包括：利用下面的等式计算每个处于运行状态的风机的无功功率任务： 

$Q_{\mathrm{ref}}\left(n\right)=Q_{\mathrm{branch}}\×Q_{\mathrm{capacity}}\left(n\right)/\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\mathrm{capacity}}\left(i\right)$

其中，Q_ref(n)表示一条风电汇集线路中的第n台处于运行状态的风机，Q_capacity(n)表示所述第n台风机的无功功率能力，Q_capacity(i)表示所述一条风电汇集线路中 第i台处于运行状态的风机的无功功率能力，M表示所述一条风电汇集线路中处于运行状态的风机的数量，Q_branch表示所述一条风电汇集线路的无功功率任务。 

可选地，检测风电汇集线路的无功功率能力的步骤包括：检测风电汇集线路中处于运行状态的风机的无功功率能力，并将风电汇集线路中处于运行状态的风机的无功功率能力相加。 

可选地，检测风电汇集线路的无功功率能力的步骤包括：(a)检测风电汇集线路中的N台风机中第i台风机是否处于运行状态，其中，N为大于0的自然数，i的初始值为1；(b)如果确定第i台风机处于非运行状态，则确定第i台风机的无功功率能力为零；(c)如果确定第i台风机处于运行状态，则检测第i台风机的型号、有功功率和机端电压；(d)根据检测的第i台风机的型号、有功功率和机端电压来确定第i台风机的无功功率能力；(e)使得i＝i+1，并确定i是否大于N；(f)如果i不大于N，则返回步骤(a)；(g)如果i大于N，则将确定的所述N台风机的无功功率能力相加。 

可选地，步骤(d)包括：根据预先确定的无功功率能力与型号、有功功率和机端电压之间的映射关系来确定无功功率能力。 

可选地，确定无功功率能力与型号、有功功率和机端电压之间的映射关系的步骤包括：对于所述N台风机中的每种型号的风机执行下述操作：(a1)将风机的机端电压稳定在预定电压值或预定电压范围；(b1)将风机的有功功率稳定在预定功率值；(c1)检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力。 

可选地，检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力包括：在保证风机的变流器不过流的极限电流情况下检测风机的无功功率输出能力和/或无功功率吸收能力。 

可选地，所述方法还包括：改变步骤(b1)中的预定功率值，执行步骤(c1)。 

可选地，所述方法还包括：改变步骤(a1)中的预定电压值或预定电压范围，改变步骤(b1)中的预定功率值，执行步骤(c1)。 

可选地，所述方法还包括，对针对每种型号在同一预定电压值或预定电压范围下步骤(b1)中不同的预定功率值与在步骤(c1)中获得的对应的无功功率能力之间的映射关系进行拟合，以得到与每种型号和该预定电压范围 相应的功率值-无功功率能力关系曲线。 

可选地，如果确定第i台风机发出运行告警，则确定第i台风机的无功功率能力为零。 

可选地，处于运行状态的风机的无功功率能力通过如下步骤被确定：检测风机的有功功率和机端电压；根据检测的有功功率和机端电压来确定无功功率能力。 

可选地，根据检测的有功功率和机端电压来确定无功功率能力的步骤包括：根据预先确定的无功功率能力与有功功率和机端电压之间的映射关系来确定无功功率能力。 

可选地，确定无功功率能力与有功功率和机端电压之间的映射关系的步骤包括：(a)将风机的机端电压稳定在预定电压值或预定电压范围；(b)将风机的有功功率稳定在预定功率值；(c)检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力。 

可选地，检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力包括：在保证风机的变流器不过流的极限电流情况下检测风机的无功功率输出能力和/或无功功率吸收能力。 

可选地，所述方法还包括：改变步骤(b)中的预定功率值，执行步骤(c)。 

可选地，所述方法还包括：改变步骤(a)中的预定电压值或预定电压范围，改变步骤(b)中的预定功率值，执行步骤(c)。 

可选地，对在同一预定电压值或预定电压范围下步骤(b)中不同的预定功率值与在步骤(c)中得到的对应的无功功率能力之间的映射关系进行拟合，以得到与该预定电压范围相应的功率值-无功功率能力关系曲线。 

可选地，如果确定风机发出运行告警，则确定风机的无功功率能力为零。 

可选地，当总无功功率需求的方式为无功功率输出时，风电汇集线路的无功功率能力为风电汇集线路的无功功率输出能力，风机的无功功率能力为风机的无功功率输出能力；当总无功功率需求的方式为无功功率吸收时，风电汇集线路的无功功率能力为风电汇集线路的无功功率吸收能力，风机的无功功率能力为风机的无功功率吸收能力。 

可选地，确定处于运行状态的风机的无功功率能力的步骤还包括：检测风机的变流器的温度，确定风机的变流器的温度是否正常；如果确定风机的变流器温度不正常，则确定风机的无功功率能力为零；如果确定风机的变流 器温度正常，则执行检测风机的有功功率和机端电压的步骤。 

可选地，步骤(c)还包括：如果确定第i台风机处于运行状态，则确定第i台风机的变流器的温度是否正常；如果确定第i台风机的变流器温度不正常，则确定第i台风机的无功功率能力为零；如果确定第i台风机的变流器温度正常，则执行检测第i台风机的型号、有功功率和机端电压的步骤。 

可选地，在无功功率能力与有功功率和机端电压之间的映射关系中，在同一有功功率的情况下，机端电压越大，则对应的无功功率能力中的无功功率输出能力越大，对应的无功功率能力中的无功功率吸收能力越小。 

可选地，在无功功率能力与型号、有功功率和机端电压之间的映射关系中，在同一型号和同一有功功率的情况下，机端电压越大，则对应的无功功率能力中的无功功率输出能力越大，对应的无功功率能力中的无功功率吸收能力越小。 

可选地，所述预定电压范围为额定机端电压的90％-95％、95％-105％、或105％-110％。 

可选地，根据预先确定的无功功率能力与有功功率和机端电压之间的映射关系来确定无功功率能力的步骤包括：根据与检测的机端电压所在的预定电压范围相应的功率值-无功功率能力关系曲线来确定无功功率能力。 

可选地，根据预先确定的无功功率能力与型号、有功功率和机端电压之间的映射关系来确定无功功率能力的步骤包括：根据与检测的型号和机端电压所在的预定电压范围相应的功率值-无功功率能力关系曲线来确定无功功率能力。 

根据本发明的风机群无功功率任务分配方法，利用了三级任务分配，加强了安全性，并且保证每台风机被合理地分配无功功率任务，保障了线路、机组的安全，确保无功功率任务被成功执行。此外，由于每个风电汇集线路以及风机都被分配相同方式的无功功率任务(即，同为无功功率输出或吸收)，保证了潮流一致性，避免了部分风机发出的无功功率被其他风机吸收，或者部分风机发出的无功功率根本无法流出风电场。 

将在接下来的描述中部分阐述本发明另外的方面和/或优点，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以经过本发明的实施而得知。 

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其它目的、特点和优点将会变得更加清楚，其中： 

图1是示出根据现有技术的依靠集中无功功率补偿设备来实现PCC点的电压控制的风电场电压自动控制(AVC)***的拓扑示意图； 

图2示出根据本发明的实施例的风电场中风机群的拓扑示意图； 

图3示出根据本发明的实施例的风机群的无功功率任务分配方法的流程图； 

图4示出根据本发明的实施例的为每条风电汇集线路分配无功功率任务的流程图； 

图5示出根据本发明的实施例的估计风机的无功功率能力的方法的流程图； 

图6示出根据本发明的示例性实施例的获取风机的有功功率和机端电压与无功功率能力之间的映射关系的方法的流程图； 

图7A和图7B示出在一机端电压下风机的有功功率与无功功率能力之间的映射关系曲线的示例； 

图7C示出根据有功功率与无功功率能力之间的映射关系曲线确定无功功率能力的一个示例。 

图8示出根据本发明的示例性实施例的基于图5的方法对一条风电汇集线路的无功功率能力进行估计的方法的流程图。 

具体实施方式

现在，将参照附图更充分地描述不同的示例实施例，贯穿对附图的描述，相同的标号表示相同的组件。 

图2示出根据本发明的实施例的风电场中风机群的拓扑示意图。 

如图2所示的风机群的拓扑，在风电场中，风机群被分为多个风机组(例如，风机组1_1～1_N、2_1～2_N、3_1～3_N)，每个风机组形成一条风电汇集线路(例如，风电汇集线路1、2、3)。 

图3示出根据本发明的实施例的风机群的无功功率任务分配方法的流程图。 

在步骤301，获得并网点的总无功功率需求。无功功率需求表示吸收无功功率的需求或输出无功功率的需求。通常通过总无功功率需求的符号来确 定吸收无功功率还是输出无功功率。正的总无功功率需求表示需要输出无功功率，负的总无功功率需求表示需要吸收无功功率。获得并网点无功功率需求属于现有的技术，不再赘述。 

在步骤302，根据并网点的总无功功率需求，为每条风电汇集线路分配无功功率任务。 

在步骤303，根据为每条风电汇集线路分配的无功功率任务，为每条风电汇集线路中的每个运行的风机分配无功功率任务。 

具体地说，单条风电汇集线路的无功功率任务将被分配给与该风电汇集线路相应的风机组中的每个运行的风机(即，在该风电汇集线路中运行的风机)来执行。 

假设为一条风电汇集线路分配的无功功率任务为Q_branch，在该风电汇集线路中运行的风机数量为M，则为这M台风机中的第n台风机分配的无功功率任务Q_ref(n)被表示为等式(1)： 

$Q_{\mathrm{ref}}\left(n\right)=Q_{\mathrm{branch}}\×Q_{\mathrm{capacity}}\left(n\right)/\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\mathrm{capacity}}\left(i\right)---\left(1\right)$

这里，Q_capacity(n)表示第n台风机的无功功率能力，Q_capacity(i)表示第i台风机的无功功率能力。 

应该理解，当总无功功率需求的方式为无功功率输出时，风电汇集线路的无功功率能力为风电汇集线路的无功功率输出能力，风机的无功功率能力为风机的无功功率输出能力；当总无功功率需求的方式为无功功率吸收时，风电汇集线路的无功功率能力为风电汇集线路的无功功率吸收能力，风机的无功功率能力为风机的无功功率吸收能力。 

例如，当无功功率任务为输出无功功率(例如，为正值)时，等式(1)中的风机的无功功率为风机的无功功率输出能力；当无功功率任务为吸收无功功率(例如，为负值)时，等式(1)中的风机的无功功率为风机的无功功率吸收能力。换句话说，当无功功率任务为正值时，Q_capacity(i)表示第i台风机的无功功率输出能力，为正值；当无功功率任务为负值时，Q_capacity(i)表示第i台风机的无功功率吸收能力，为负值。 

无功功率输出能力的绝对值表示能够输出的最大无功功率。无功功率吸收能力的绝对值表示能够吸收的最大无功功率。 

可根据现有技术确定风机的无功功率能力。风机的无功功率能力属于其自身的性能指标，因此可以利用风机的相应性能指标来确定其无功功率能力。 

此外，在本发明的另一实施例中，提出了一种考虑风机运行状态来确定其无功功率能力的方案，该方案克服了现有技术中不能准确估计风机的无功功率的缺陷。将在后面参照图5进行说明。 

图4示出根据本发明的实施例的为一条风电汇集线路分配无功功率任务的流程图。 

在步骤401，检测并网点的有功功率，根据检测的有功功率和并网点的总无功功率需求，确定并网点的期望功率因数。 

应该理解，假设有功功率为P，总无功功率需求为Q，则根据有功功率与无功功率的关系，P/Q＝cotθ，期望功率因数可被表示为cosθ。 

在步骤402，检测风电汇集线路的有功功率P_branch以及风电汇集线路的无功功率能力Q_{branch_capacity}。 

可将利用现有技术获取的风电汇集线路中的运行的风机的无功功率能力相加来获得风电汇集线路的无功功率能力Q_{branch_capacity}。应该理解，这里的相加是指分别针对无功功率输出能力和无功功率吸收能力进行相加，从而得到表示无功功率能力Q_{branch_capacity}的风电汇集线路的无功功率输出能力和无功功率吸收能力。 

此外，也可利用将在后面参照图8描述的方法来获得风电汇集线路的无功功率能力Q_{branch_capacity}。 

在步骤403，将在步骤401确定的并网点的期望功率因数作为风电汇集线路的期望功率因数，根据风电汇集线路的有功功率P_branch以及该期望功率因数，计算风电汇集线路的期望无功功率。 

风电汇集线路的期望无功功率Q_branch0可被表示为： 

Q_branch0＝P_branch×tgθ           (2) 

在步骤404，确定期望无功功率Q_branch0是否超出风电汇集线路的无功功率能力Q_{branch_capacity}。也即，Q_branch0是否超出风电汇集线路的无功功率输出能力(即，能够输出的最大无功功率)或无功功率吸收能力(即，能够吸收的最大无功功率)。 

当确定期望无功功率Q_branch0超出风电汇集线路的无功功率能力Q_{branch_capacity}时，在步骤405，将风电汇集线路的无功功率能力Q_{branch_capacity}作为风电汇集线路分配的无功功率任务Q_branch。 

应该理解，当Q_branch0为无功功率输出任务且超出风电汇集线路的无功功 率输出能力时，将风电汇集线路的无功功率输出能力确定为风电汇集线路的无功功率任务Q_branch。此时，无功功率任务Q_branch的符号为正，表示输出无功功率。 

当Q_branch0为无功功率吸收任务且超出风电汇集线路的无功功率吸收能力时，将风电汇集线路的无功功率吸收能力确定为风电汇集线路的无功功率任务Q_branch。此时，无功功率任务Q_branch的符号为负，表示吸收无功功率。 

当确定期望无功功率Q_branch0没有超出风电汇集线路的无功功率能力Q_{branch_capacity}时，在步骤406，将期望无功功率Q_branch0作为风电汇集线路的无功功率任务Q_branch。 

根据上述对风电汇集线路分配无功功率任务的方案，可能存在并网点总无功功率需求不能被完全满足的情况。在此情况下，剩余的无功功率任务AVC***将分配给风电场集中无功补偿设备(例如SVC)承担。 

图5示出根据本发明的实施例的估计风机的无功功率能力的方法的流程图。 

在步骤501，检测风机的变流器的温度，并确定风机的变流器的温度是否正常(例如，温度过高或过低)。应该理解，变流器的正常运行温度是其自己的一个性能参数，可根据型号的不同而存在差异。 

如果在步骤501确定风机的变流器温度不正常，则在步骤502确定风机的无功功率能力为零。 

如果在步骤501确定风机的变流器温度正常，则在步骤503，检测风机的有功功率和机端电压。 

在步骤504，根据检测的风机的有功功率和机端电压来确定无功功率能力。 

具体地说，根据预先存储的有功功率和机端电压与无功功率能力之间的映射关系来确定无功功率能力。 

在另一实施例中，可省略步骤501和502。 

图6示出根据本发明的示例性实施例的获取风机的有功功率和机端电压与无功功率能力之间的映射关系的方法的流程图。 

在步骤601，将风机的机端电压稳定在预定电压值； 

在步骤602，将风机的有功功率稳定在预定功率值； 

在步骤603，检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力。 具体地说，在保证风机的变流器不过流的极限电流情况下检测无功功率输出能力和吸收能力，从而得到指示无功功率能力的无功功率输出能力和/或无功功率吸收能力。 

针对至少一个预定电压值执行步骤601，在每个预定电压使用不同的有功功率执行步骤602，从而在步骤603获得至少一个在每个预定电压下，不同的有功功率与无功功率能力之间的映射关系。 

优选的，在相同预定电压值情况下，首先获得多个有功功率与无功功率能力之间的映射关系，然后对获得的映射关系进行拟合而获得风机的有功功率与无功功率能力之间的映射关系。通过上述拟合得到的映射关系可以是有功功率-无功功率能力关系(PQ)曲线。此时，在步骤504，可以利用检测的有功功率，从与检测的机端电压相应的PQ曲线得到无功功率能力。 

在另一实施例中，上面描述的预定电压值为预定电压范围。换句话说，在步骤601中将风机的机端电压稳定在预定电压范围。这是因为将风机的机端电压稳定在一个固定的值存在难度，并且对于在一定范围内的机端电压，与预定有功功率相应的无功功率能力变化不大，对检测结果影响较小。因此，可以不针对每个机端电压而是针对不同的机端电压范围(即，预定电压范围)来确定有功功率与无功功率能力之间的映射关系。 

该预定范围的宽度可根据风机的型号或者所需的精度而有所不同。在一个示例中，该预定范围的宽度可以是风机的额定机端电压的1％-10％。优选地，该预定范围的宽度是风机的额定机端电压的5％。 

例如，预定电压范围可以是额定机端电压的90％-95％、95％-105％、105％-110％。 

此外，对于不同型号的风机，上述映射关系是不同的。可针对不同型号的风机，执行上述基于图6描述的方法，来得到不同型号的风机的有功功率和机端电压与无功功率能力之间的映射关系。也即，不同型号的风机的与不同预定电压值或预定电压范围相应的PQ曲线。 

图7A和图7B示出在一机端电压下风机的有功功率与无功功率能力之间的映射关系曲线(即，PQ曲线)的示例。 

如图7所示，曲线图的横轴表示无功功率，曲线图的纵轴表示有功功率。横轴的正坐标部分表示能够输出的无功功率(即，无功功率输出能力)，横轴的负坐标部分表示能够吸收的无功功率(即，无功功率吸收能力)。 

如图7A所示，PQ曲线401表示在上述预定电压范围为额定机端电压的百分比范围[95％，105％)时的PQ曲线，PQ曲线402表示在上述预定电压范围为额定机端电压的百分比范围[105％，110％)时的PQ曲线。 

如图7B所示，PQ曲线403表示在上述预定电压范围为额定机端电压的百分比范围[90％，95％)时的PQ曲线。 

通过图7A和图7B所示的PQ曲线可以确定，随着预定电压值或预定电压范围的中值或端点电压增加，PQ曲线向右移动；随着预定电压值或预定电压范围的中值或端点电压减小，PQ曲线向左移动。换句话说，在相同的有功功率下，预定电压值或预定电压范围的中值或端点电压越大，无功功率输出能力越大，无功功率吸收能力越小。 

图7C示出根据PQ曲线确定无功功率能力的一个示例。 

如图7C所示，当检测的有功功率为P1时，可以通过PQ曲线确定无功功率输出能力Q1和吸收能力Q2。 

可选地，在步骤601还包括确定风机是否发出运行告警。如果风机的变流器的温度不正常和/或风机发出运行告警，则在步骤602确定风机的无功功率能力为零。 

可选地，可获取风机的无功功率输出能力和吸收能力中的至少一个与有功功率的关系。 

图8示出根据本发明的示例性实施例的基于图5的方法对一条风电汇集线路的无功功率能力进行估计的方法的流程图。 

在步骤801，检测连接到风电汇集线路的N(N为大于0的自然数)台风机中第i(i的初始值为1)台风机是否处于运行状态。 

如果确定第i台风机处于非运行状态，则在步骤802，确定第i台风机的无功功率能力为零。 

如果确定第i台风机处于运行状态，则在步骤803，确定第i台风机的变流器的温度是否正常。 

如果在步骤803确定第i台风机的变流器温度不正常，则在步骤804确定第i台风机的无功功率能力为零。 

如果在步骤803确定第i台风机的变流器温度正常，则在步骤805，检测第i台风机的型号、有功功率和机端电压。 

在步骤806，根据检测的第i台风机的型号、有功功率和机端电压来确 定第i台风机的无功功率能力。 

具体地说，根据预先确定的型号、有功功率和机端电压与无功功率能力的映射关系来确定第i台风机的无功功率能力。对于N台风机中每种型号的风机，可根据上面基于图6所描述的方法来确定有功功率和机端电压与无功功率能力的映射关系。 

随后，在步骤807，使得i＝i+1，并确定i是否大于N。 

如果i不大于N，则返回步骤801。 

如果i大于N，则进行步骤808。 

在步骤808，将所述N台风机的无功功率能力相加，从而获得整条风电汇集线路的无功功率能力。 

应该理解，将所述N台风机的无功功率能力相加包括：将所述N台风机的无功功率输出能力相加；以及将所述N台风机的无功功率吸收能力相加。 

在另一实施例中，图8所示的方法中不包括步骤803和804，而是在确定第i台风机处于运行状态时，执行步骤805。 

在另一实施例中，在步骤801还包括确定风机是否发出运行告警。如果风机的变流器的温度不正常和/或风机发出运行告警，则在步骤802确定风机的无功功率能力为零。 

根据本发明的风机群无功功率任务分配方法，利用了三级任务分配，加强了安全性，并且保证每台风机被合理地分配无功功率任务，保障了线路、机组的安全，确保无功功率任务被成功执行。此外，由于每个风电汇集线路以及风机都被分配相同方式的无功功率任务(即，同为无功功率输出或吸收)，保证了潮流一致性，避免了部分风机发出的无功功率被其他风机吸收，或者部分风机发出的无功功率根本无法流出风电场。 

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。 

Claims (28)

1.一种风机群的无功功率任务分配方法，包括：

获得并网点的总无功功率需求；

根据并网点的总无功功率需求以及每条风电汇集线路的无功功率能力，为每条风电汇集线路分配无功功率任务；

根据每条风电汇集线路的无功功率任务以及每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机的无功功率能力，为每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机分配无功功率任务。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，为每条风电汇集线路分配无功功率任务的步骤包括：

检测并网点的有功功率，根据并网点的有功功率和并网点的总无功功率需求，确定并网点的期望功率因数；

检测风电汇集线路的有功功率以及风电汇集线路的无功功率能力；

将确定的并网点的期望功率因数作为风电汇集线路的期望功率因数，根据风电汇集线路的有功功率以及期望功率因数，计算风电汇集线路的期望无功功率；

当风电汇集线路的期望无功功率超出风电汇集线路的无功功率能力时，将风电汇集线路的无功功率能力作为风电汇集线路的无功功率任务；

当风电汇集线路的期望无功功率没有超出风电汇集线路的无功功率能力时，将风电汇集线路的期望无功功率作为风电汇集线路的无功功率任务。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，为每条风电汇集线路中的每个处于运行状态的风机分配无功功率任务的步骤包括：利用下面的等式计算每个处于运行状态的风机的无功功率任务：

$Q_{\mathrm{ref}}\left(n\right)=Q_{\mathrm{branch}}\×Q_{\mathrm{capacity}}\left(n\right)/\underset{i=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{\mathrm{capacity}}\left(i\right)$

其中，Q_ref(n)表示一条风电汇集线路中的第n台处于运行状态的风机，Q_capacity(n)表示所述第n台风机的无功功率能力，Q_capacity(i)表示所述一条风电汇集线路中第i台处于运行状态的风机的无功功率能力，M表示所述一条风电汇集线路中处于运行状态的风机的数量，Q_branch表示所述一条风电汇集线路的无功功率任务。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，检测风电汇集线路的无功功率能力的步骤包括：检测风电汇集线路中处于运行状态的风机的无功功率能力，并将风电汇集线路中处于运行状态的风机的无功功率能力相加。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，检测风电汇集线路的无功功率能力的步骤包括：

(a)检测风电汇集线路中的N台风机中第i台风机是否处于运行状态，其中，N为大于0的自然数，i的初始值为1；

(b)如果确定第i台风机处于非运行状态，则确定第i台风机的无功功率能力为零；

(c)如果确定第i台风机处于运行状态，则检测第i台风机的型号、有功功率和机端电压；

(d)根据检测的第i台风机的型号、有功功率和机端电压来确定第i台风机的无功功率能力；

(e)使得i＝i+1，并确定i是否大于N；

(f)如果i不大于N，则返回步骤(a)；

(g)如果i大于N，则将确定的所述N台风机的无功功率能力相加。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(d)包括：根据预先确定的无功功率能力与型号、有功功率和机端电压之间的映射关系来确定无功功率能力。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，确定无功功率能力与型号、有功功率和机端电压之间的映射关系的步骤包括：对于所述N台风机中的每种型号的风机执行下述操作：

(a1)将风机的机端电压稳定在预定电压范围；

(b1)将风机的有功功率稳定在预定功率值；

(c1)检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力包括：在保证风机的变流器不过流的极限电流情况下检测风机的无功功率输出能力和/或无功功率吸收能力。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括：改变步骤(b1)中的预定功率值，执行步骤(c1)。

10.根据权利要求7所述的方法，还包括：改变步骤(a1)中的预定电压范围，改变步骤(b1中的预定功率值，执行步骤(c1。

11.根据权利要求9或10所述的方法，还包括，对针对每种型号在同一预定电压范围下步骤(b1中不同的预定功率值与在步骤(c1中获得的对应的无功功率能力之间的映射关系进行拟合，以得到与每种型号和该预定电压范围相应的功率值-无功功率能力关系曲线。

12.根据权利要求5所述的方法，还包括：如果确定第i台风机发出运行告警，则确定第i台风机的无功功率能力为零。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，处于运行状态的风机的无功功率能力通过如下步骤被确定：

检测风机的有功功率和机端电压；

根据检测的有功功率和机端电压来确定无功功率能力。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，根据检测的有功功率和机端电压来确定无功功率能力的步骤包括：根据预先确定的无功功率能力与有功功率和机端电压之间的映射关系来确定无功功率能力。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，确定无功功率能力与有功功率和机端电压之间的映射关系的步骤包括：

(a)将风机的机端电压稳定在预定电压范围；

(b)将风机的有功功率稳定在预定功率值；

(c)检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，检测在风机的变流器没有过流的情况下的无功功率能力包括：在保证风机的变流器不过流的极限电流情况下检测风机的无功功率输出能力和/或无功功率吸收能力。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括：改变步骤(b)中的预定功率值，执行步骤(c)。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括：改变步骤(a)中的预定电压范围，改变步骤(b)中的预定功率值，执行步骤(c)。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，对在同一预定电压范围下步骤(b)中不同的预定功率值与在步骤(c)中得到的对应的无功功率能力之间的映射关系进行拟合，以得到与该预定电压范围相应的功率值-无功功率能力关系曲线。

20.根据权利要求13所述的方法，还包括：如果确定风机发出运行告警，则确定风机的无功功率能力为零。

21.根据权利要求1所述的方法，其中，当总无功功率需求的方式为无功功率输出时，风电汇集线路的无功功率能力为风电汇集线路的无功功率输出能力，风机的无功功率能力为风机的无功功率输出能力；当总无功功率需求的方式为无功功率吸收时，风电汇集线路的无功功率能力为风电汇集线路的无功功率吸收能力，风机的无功功率能力为风机的无功功率吸收能力。

22.根据权利要求13所述的方法，其中，确定处于运行状态的风机的无功功率能力的步骤还包括：

检测风机的变流器的温度，确定风机的变流器的温度是否正常；

如果确定风机的变流器温度不正常，则确定风机的无功功率能力为零；

如果确定风机的变流器温度正常，则执行检测风机的有功功率和机端电压的步骤。

23.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤(c)还包括：

如果确定第i台风机处于运行状态，则确定第i台风机的变流器的温度是否正常；

如果确定第i台风机的变流器温度不正常，则确定第i台风机的无功功率能力为零；

如果确定第i台风机的变流器温度正常，则执行检测第i台风机的型号、有功功率和机端电压的步骤。

24.根据权利要求14所述的方法，其中，在无功功率能力与有功功率和机端电压之间的映射关系中，在同一有功功率的情况下，机端电压越大，则对应的无功功率能力中的无功功率输出能力越大，对应的无功功率能力中的无功功率吸收能力越小。

25.根据权利要求6所述的方法，其中，在无功功率能力与型号、有功功率和机端电压之间的映射关系中，在同一型号和同一有功功率的情况下，机端电压越大，则对应的无功功率能力中的无功功率输出能力越大，对应的无功功率能力中的无功功率吸收能力越小。

26.根据权利要求7或15所述的方法，其中，所述预定电压范围为额定机端电压的90％-95％、95％-105％、或105％-110％。

27.根据权利要求19所述的方法，其中，根据预先确定的无功功率能力与有功功率和机端电压之间的映射关系来确定无功功率能力的步骤包括：根据与检测的机端电压所在的预定电压范围相应的功率值-无功功率能力关系曲线来确定无功功率能力。

28.根据权利要求11所述的方法，其中，根据预先确定的无功功率能力与型号、有功功率和机端电压之间的映射关系来确定无功功率能力的步骤包括：根据与检测的型号和机端电压所在的预定电压范围相应的功率值-无功功率能力关系曲线来确定无功功率能力。

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