CN107785912B - 风电场的无功优化方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风电场的无功优化方法和装置，该方法包括：求解无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值；无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到，无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器中的至少一种和变流器；根据目标控制变量的取值，计算得到每个无功补偿装置的目标无功出力值；向每个无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力大小。有效实现了节能降损。

Description

风电场的无功优化方法和装置
技术领域
本发明实施例涉及风力发电控制的技术领域，尤其涉及一种风电场的无功优化方法和装置。
背景技术
近年来，风力发电作为最具规模化开发和商业化发展前景的新能源技术之一，以一种前所未有的速度迅猛发展。电网规模的不断扩大，使得无功优化技术的重要性越来越突出。无功优化技术是指当***的结构参数及负荷情况给定时，在满足各种典型方式安全约束的前提下，通过对某些控制变量的优化，使***的某一个或多个性能指标达到最优时的无功调节手段，能够达到提高电压的稳定性，改善电压质量和降低网损的目的。
目前的风电场的无功优化方法均是以有功网损最小或有功网损和某类无功补偿装置的有功损耗之和最小为无功优化目标函数，但由于各种无功补偿装置的参数之间、无功补偿装置的无功功率与有功网损之间相互影响和关联，所以目前的无功优化方法只能达到有功网损和某类无功补偿装置的有功网损最小，不能有效实现节能降损。
发明内容
本发明实施例提供一种风电场的无功优化方法和装置，该方法解决了现有技术中不能有效实现节能降损的技术问题。
本发明实施例提供一种风电场的无功优化方法，包括：
求解无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值；所述无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各所述无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到，所述无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器中的至少一种和变流器；
根据所述目标控制变量的取值，计算得到每个所述无功补偿装置的目标无功出力值；
向每个所述无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，所述无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个所述无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力大小。
本发明实施例提供一种风电场的无功优化装置，包括：
函数求解单元，用于求解所述无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值；所述无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各所述无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到，所述无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器中的至少一种和变流器；
无功出力确定单元，与所述函数求解单元相连，用于根据所述目标控制变量的取值，计算得到每个所述无功补偿装置的目标无功出力值；
指令发送单元，与所述无功出力确定单元相连，用于向每个所述无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，所述无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个所述无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力的大小。
本发明实施例提供一种风电场的无功优化方法和装置，通过求解无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值；无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到，无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器中的至少一种和变流器；根据目标控制变量的取值，计算得到每个无功补偿装置的目标无功出力值；向每个无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力大小。由于在风力发电***中，有功网损与无功补偿装置的无功功率有关，并且无功补偿装置之间相互关联，所以在无功优化目标函数中不仅包括有功网损，还包括无功补偿装置的有功损耗，使得无功补偿装置在将当前无功出力大小调整为目标无功出力值后，有效实现了节能降损。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明风电场的无功优化方法实施例一的流程图；
图2为本发明风电场的无功优化方法实施例二的流程图；
图3为本发明风电场的无功优化装置实施例一的结构示意图；
图4为本发明风电场的无功优化装置实施例二的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
为了清楚起见，首先说明本发明使用的特定词或短语的定义。
有功网损：报告周期内风电场电能输送过程中线路、变压器以热等形式散发的功率损失。
无功出力：无功补偿装置产生的无功功率的值。
实测值：实际测量值。
图1为本发明风电场的无功优化方法实施例一的流程图，如图1所示，本实施例提供的执行主体为风电场的无功优化装置，该风电场的无功优化装置可集成在风力发电***中，该风力发电***包括至少一个风力发电机和至少一个集成线路以及无功补偿装置，无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器(简称：SVC)与静止型动态无功发生器(简称：SVG)的至少一种和变流器。则本实施例提供的风电场的无功优化方法包括以下几个步骤。
步骤101，求解无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值。
其中，无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到。
其中，无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器(简称：SVG)的至少一种和变流器。
具体地，本实施例中，由于无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到，有功网损也可采用对应的目标控制变量表示，所以求解无功优化目标函数的最小值，即求解各无功补偿装置对应的目标控制变量的取值。求解无功优化函数的含义具体为：在各无功补偿装置对应目标控制变量取值为何值时，能够使风力发电***的有功损耗达到最小，有效实现节能降损的目的。
其中，目标控制变量的个数根据无功补偿装置的种类和个数确定。
其中，目标控制变量可以为无功补偿装置的无功功率，也可以为与无功补偿装置的无功功率相关的变量。
具体地，有功网损可以包括：线路的有功损耗和变压器的有功损耗。线路的有功损耗包括：输电线路有功损耗和送出线路有功损耗。变压器包括：箱式变压器或升压站变压器。无功补偿装置的有功损耗包括：SVC的有功损耗与SVG的有功损耗的至少一种和变流器的有功损耗。变流器的数量与风力发电***中的风力发电机的个数相同。变流器集成在风力发电机中。SVC和SVG的个数可以为一个或多个。
本实施例中，对具体的求解方法不做限定。如可以为整数规划法、内点法、遗传法、神经网络等，或者为其他人工智能方法。
步骤102，根据目标控制变量的取值，计算得到每个无功补偿装置的目标无功出力值。
具体地，本实施例中，根据目标控制变量与目标无功功率的关系，确定对应的无功补偿装置的目标无功出力值，目标无功出力值为在对应的目标控制变量的取值下，目标无功功率的取值。
举例说明为：若无功补偿装置为变流器，变流器的目标控制变量与对应的目标无功功率具有映射关系，则根据该映射关系确定在目标控制变量的取值下的目标无功功率的取值，该目标无功功率的取值为目标无功出力值。若无功补偿装置为SVC或SVG，SVC或SVG的目标控制变量就为对应的目标无用功率，则根据对应的目标控制变量的取值，计算得到目标无功出力值等于对应的目标控制变量的取值。
步骤103，向每个无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力大小。
可以理解的是，本实施例中，风电场的无功优化装置与每一个风力发电机的变流器、SVC和/或SVG相连，并与每一个风力发电机的变流器、SVC和/或SVG进行通信。
具体地，本实施例中，向每一无功补偿装置发送无功功率控制指令，无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，则对应的无功补偿装置将对应的目标无功出力值与当前无功出力大小进行比较，若当前无功出力大小与目标无功出力值不同，则将当前无功出力大小调整为目标无功出力值，以调整无功电压，使整个风力发电***的有功损耗达到最低，真正达到节能降损的目的。
本实施例提供的风电场的无功优化方法，通过求解无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值；无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到，无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器中的至少一种和变流器；根据目标控制变量的取值，计算得到每个无功补偿装置的目标无功出力值；向每个无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力大小。由于在风力发电***中，有功网损与无功补偿装置的无功功率有关，并且无功补偿装置之间相互关联，所以在无功优化目标函数中不仅包括有功网损，还包括无功补偿装置的有功损耗，在无功补偿装置中包括了静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器中的至少一种和变流器。所以，使得每个无功补偿装置在将当前无功出力的大小调整为目标无功出力值后，有效实现了节能降损。
进一步地，本实施例中，无功优化目标函数包括：变流器的有功损耗，变流器网侧至箱体变压器低压侧线路的有功损耗，箱体变压器的有功损耗，箱体变压器的高压侧至集电杆线路的有功损耗，集电杆至升压站低压侧线路的有功损耗，静止型动态无功补偿器的有功损耗，静止型动态无功发生器的有功损耗，以及升压站变压器的有功损耗。
优选地，本实施例中，无功优化目标函数可以表示为式(1)所示：
其中，n为风力发电机的数量，m为集电线路的数量。ΔPCi为第i个风力发电机的变流器的有功损耗，ΔPL1i为第i个风力发电机的变流器网侧至其箱体变压器低压侧线路的有功损耗，ΔPTi为第i个风力发电机的箱体变压器的有功损耗，ΔPL2i为第i个风力发电机的箱体变压器的高压侧至集电杆线路的有功损耗，ΔPLj为第j个集电杆至升压站低压侧线路的有功损耗，ΔPSVC为静止型动态无功补偿器的有功损耗，ΔPSVG为静止型动态无功发生器的有功损耗，ΔPT2为升压站变压器的有功损耗。
在式(1)中，ΔPCi采用对应的变流器的目标控制变量表示，ΔPSVC采用对应的SVC的目标控制变量表示，ΔPSVG采用对应的SVG的目标控制变量表示。ΔPCi用变流器的目标控制变量的表示方式，ΔPSVC采用SVC的目标控制变量的表示方式和ΔPSVG采用SVG的控制变量表示方式本实施例中均不做限定。
在式(1)中，ΔPL1i、ΔPTi、ΔPL2i、ΔPLj、ΔPT2依次表示为式(2)、式(3)、式(4)、式(5)和式(6)所示：
其中，pL1表示第i个风力发电机的变流器网侧至其箱体变压器低压侧线路的有功功率，qL1表示第i个风力发电机的变流器网侧至其箱体变压器低压侧线路的无功功率，UL1表示第i个风力发电机的变流器网侧至其箱体变压器低压侧线路的电压，RL1表示第i个风力发电机的变流器网侧至其箱体变压器低压侧线路的电阻。
需要说明的是：pL1、qL1和UL1均可用该第i个风力发电机的变流器的有功损耗对应的目标控制变量和SVC对应的目标控制变量和/或SVG的目标控制变量表示。pL1、qL1和UL1的取值为根据SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量和变流器对应的目标控制变量的取值获得的实测值。
其中，P0表示箱式变压器的空载损耗，PK表示箱式变压器的负载损耗，pT表示第i个风力发电机的箱体变压器的有功功率，qT表示第i个风力发电机的箱体变压器的无功功率，SN表示第i个风力发电机的箱体变压器的额定容量，其中，P0、PK、SN的取值为第i个风力发电机的箱体变压器的出厂值。
需要说明的是：pT和qT可用该第i个风力发电机的变流器的有功损耗对应的目标控制变量和SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量表示，pT和qT的取值为根据SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量和变流器对应的目标控制变量的取值获得的实测值。
其中，pL2为第i个风力发电机的箱体变压器的高压侧至集电杆线路的有功功率，qL2为第i个风力发电机的箱体变压器的高压侧至集电杆线路的无功功率，UL2为第i个风力发电机的箱体变压器的高压侧至集电杆线路的电压，RL2为第i个风力发电机的箱体变压器的高压侧至集电杆线路的电阻。
同理，pL2、qL2和UL2均可用该第i个风力发电机的变流器的有功损耗对应的目标控制变量和SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量表示，pL2、qL2和UL2的取值为根据SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量和变流器对应的目标控制变量的取值获得的实测值。
其中，pL为第j个集电杆至升压站低压侧线路的有功损耗，qL为第j个集电杆至升压站低压侧线路的无功损耗，UL为第j个集电杆至升压站低压侧线路的电压，RL为第j个集电杆至升压站低压侧线路的电阻。其中，pL、qL和UL均可由第i个风力发电机的变流器的有功损耗对应的目标控制变量和SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量表示。
其中，P02表示升压站变压器的空载损耗，PK2表示升压站变压器的负载损耗，pT2表示升压站变压器的有功功率，qT2表示升压站变压器的无功功率，SN2表示升压站变压器的额定容量。其中，P02、PK2、SN2为第该升压站变压器的出厂值。
同理，pT2和qT2可用变流器的有功损耗对应的目标控制变量和SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量表示，pT2和qT2的取值为根据SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量变流器对应的目标控制变量的取值获得的实测值。
综上，本实施例中，无功优化目标函数均可由SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量以及变流器对应的目标控制变量表示。
进一步地，本实施例提供的风电场的无功优化方法，无功优化目标函数包括：变流器的有功损耗，变流器网侧至箱体变压器低压侧线路的有功损耗，箱体变压器的有功损耗，箱体变压器的高压侧至集电杆线路的有功损耗，集电杆至升压站低压侧线路的有功损耗，静止型动态无功补偿器的有功损耗，静止型动态无功发生器的有功损耗，以及升压站变压器的有功损耗，所以求解无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值；根据目标控制变量的取值，计算得到每个无功补偿装置的目标无功出力值；向每个无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力大小。由于在风力发电***中，有功网损与全部无功补偿装置的无功功率有关，并且无功补偿装置之间相互关联，所以在无功优化目标函数中不仅包括全部有功网损，还包括全部的无功补偿装置的有功损耗，使得无功补偿装置在将当前无功出力大小调整为目标无功出力值后，整个***的有功损耗达到最小，进而真正意义上实现了节能降损。
图2为本发明风电场的无功优化方法实施例二的流程图，如图2所示，本实施例提供的风电场的无功优化方法，是在本发明风电场的无功优化方法实施例一的基础上，对步骤101-步骤103的进一步细化，则本实施例提供的风电场的无功优化方法包括以下步骤。
步骤201，求解无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值。
其中，无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到。
进一步地，无功补偿装置的类型包括：静止型动态无功补偿器、静止型动态无功发生器和变流器。
进一步地，本实施例中，变流器的有功损耗包括二极管和绝缘三双极型功率管的有功损耗；并且/或者，
根据静止型动态无功补偿器中电容支路的有功损耗，电抗支路的损耗比例，电容支路的有功容量以及静止型动态无功补偿器的无功功率确定静止型动态无功补偿器的有功损耗，其中，静止型动态无功补偿器的无功功率为对应有功损耗的目标控制变量。
具体地，变流器中的预定的核心元件包括二极管和绝缘三双极型功率管(简称：IGBT)。
所以，变流器的有功损耗表示为式(7)所示：
ΔPC＝ΔPDs+ΔPIs (7)
优选地，ΔPDs为该变流器中的二极管的有功损耗，可表示为式(8)所示：
在式(8)中，fs为变流器的开关频率，Erec为二极管在参考电压Vref和参考电流Iref下的反向恢复能量损耗，Vdc为变流器直流侧的电压，Im为变流器的峰值电流。fs、Erec、Vref、Iref、Vdc的取值均为该变流器的出厂值。
其中，Im表示为式(9)所示：
其中，Pt为变流器在t时刻的有功功率，其大小取决于风速大小。U1为变流器的交流侧线的有效电压。Pt和U1的取值为实测值，为该变流器的功率因数，为变流器的功率因数角，为变流器的有功损耗对应的目标控制变量。
本实施例中，绝缘三双极型功率管(IGBT)的有功损耗ΔPIs表示为式(10)：
在式(10)中，Vref和Iref分别为变流器中的参考电压和参考电流，Vdc为变流器直流侧的电压，Im为变流器的峰值电流，Eon和Eoff分别为参考电压Vref和参考电流Iref下的开通与关断能量损耗。其中，Vref、Iref、Vdc、Eon、Eoff取值均为该变流器的出厂值。Im为式(9)所示。
所以，本实施例中，变流器的有功损耗采用对应的目标控制变量表示。
优选地，根据静止型动态无功补偿器中电容支路的有功损耗，电抗支路的损耗比例，电容支路的有功容量以及静止型动态无功补偿器的无功功率确定静止型动态无功补偿器的有功损耗具体表示为式(11)所示：
ΔpSVC＝a+b×(Q1-QSVC)2 (11)
其中，a和Q1为电容支路的实测参数。b为电抗支路的实测参数。a为电容支路的有功损耗，b为电抗支路的损耗比例，Q1为电容支路的有功容量，a、b和Q1的取值均为实测值，QSVC为静止型动态无功补偿器的无功功率，也为静止型动态无功补偿器的目标控制变量。
所以，本实施例中，SVC的有功损耗采用对应的目标控制变量QSVC表示。
进一步地，本实施例中，根据静止型动态无功发生器的无功功率、损耗比以及固定损耗，确定静止型动态无功发生器的有功损耗，静止型动态无功发生器的无功功率为对应有功损耗的目标控制变量；或者，
根据静止型动态无功发生器的无功功率以及静止型动态无功发生器的逆变器的输出电压比静止型动态无功发生器的接入点电压滞后的角度，确定静止型动态无功发生器的有功损耗，静止型动态无功发生器的无功功率为对应有功损耗的目标控制变量。
具体地，根据静止型动态无功发生器的无功功率、损耗比以及固定损耗，确定静止型动态无功发生器的有功损耗具体表示为式(12)所示：
ΔPSVG＝c×QSVG 2+k (12)
其中，c和k为SVG的出厂参数。c为静止型动态无功发生器的损耗比，其根据SVG的型号不同，取值在(0.7～0.9)×10-6之间，k为静止型动态无功发生器的固定损耗。c和k的取值均为静止型动态无功发生器SVG的出厂值，QSVG为静止型动态无功发生器的无功功率，其为对应有功损耗的目标控制变量。
具体地，根据静止型动态无功发生器的无功功率以及静止型动态无功发生器的逆变器的输出电压比静止型动态无功发生器的接入点电压滞后的角度，确定静止型动态无功发生器的有功损耗具体表示为式(13)所示：
ΔPSVG＝QSVGtanδ (13)
其中，δ为静止型动态无功发生器SVG的实测参数。δ为静止型动态无功发生器SVG的逆变器的输出电压比静止型动态无功发生器SVG的接入点电压滞后的角度，δ的取值为实测值，QSVG为静止型动态无功发生器的无功功率，其为对应有功损耗的目标控制变量。
所以，本实施例中，SVG的有功损耗采用对应的目标控制变量QSVG表示。
需要说明的是，本实施例中，在无功优化目标函数中，有功网损均可采用SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量和变流器对应的控制变量表示，所以随着SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量和变流器对应的控制变量的变化，有功网损也随之改变。
其中，有功网损中的线路的有功损耗和变压器的有功损耗采用SVC对应的目标控制变量和/或SVG对应的目标控制变量和变流器对应的控制变量的表示方式属于现有技术，此处不再赘述。
步骤202，根据每个变流器的目标控制变量的取值，计算得到每个变流器的目标无功出力值，并根据静止型动态无功补偿器的目标控制变量的取值，计算得到静止型动态无功补偿器的目标无功出力值，以及根据静止型动态无功发生器的目标控制变量的取值，计算得到静止型动态无功发生器的目标无功出力值。
进一步地，在本实施例中，针对变流器，根据目标控制变量的取值，计算得到每个无功补偿装置的目标无功出力值，具体包括：
首先根据变流器的功率因数角，计算变流器的有功损耗。
具体地，将变流器的功率因数角的取值，带入到式(9)中，获得峰值电流的取值、然后带入到式(8)、式(10)中，计算二极管的有功损耗和IGBT的有功损耗的取值，最后带入到式(7)中，计算出变流器的有功损耗的取值。
然后，根据变流器的有功损耗和变流器的功率因数角，计算变流器的目标无功出力值。
具体地，本实施例中，根据变流器的目标无功功率与变流器的有功损耗和变流器的功率因数角的关系，计算变流器的目标无功出力值。
其中，变流器的目标无功出力值表示为式(11)所示：
其中，QC表示变流器的目标无功出力值，ΔPC表示为变流器的有功损耗，为变流器的功率因数角。
针对SVC和/或SVG，由于SVC的目标控制变量为目标无功功率，所以，SVC的目标无功出力值就为目标控制变量的取值。同理，由于SVG的目标控制变量为目标无功功率，所以，SVG的目标无功出力值就为目标控制变量的取值。
步骤203，向每个无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力大小。
进一步地，本实施例中，在本发明风电场的无功优化方法实施例一的基础上，在步骤203之前，预先存储了无功功率调整策略，所以，在根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力大小时，遵循无功功率调整策略。本实施例中对无功功率调整策略不做限定。
本实施例提供的风电场的无功优化方法，变流器的有功损耗包括二极管和绝缘三双极型功率管的有功损耗；并且/或者，根据静止型动态无功补偿器中电容支路的有功损耗，电抗支路的损耗比例，电容支路的有功容量以及静止型动态无功补偿器的无功功率确定静止型动态无功补偿器的有功损耗，其中，静止型动态无功补偿器的无功功率为对应有功损耗的目标控制变量。根据静止型动态无功发生器的无功功率、损耗比以及固定损耗，确定静止型动态无功发生器的有功损耗，静止型动态无功发生器的无功功率为对应有功损耗的目标控制变量；或者，根据静止型动态无功发生器的无功功率以及静止型动态无功发生器的逆变器的输出电压比静止型动态无功发生器的接入点电压滞后的角度，确定静止型动态无功发生器的有功损耗，静止型动态无功发生器的无功功率为对应有功损耗的目标控制变量。可在求解无功优化目标函数时降低计算的复杂度。并且在无功优化目标函数中包括风力发电***中全部无功补偿装置的有功损耗，使得全部无功补偿装置在将当前无功出力大小调整为目标无功出力值后，整个***的有功损耗达到最小，进而真正意义上实现了节能降损。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
图3为本发明风电场的无功优化装置实施例一的结构示意图，如图3所示，本实施例提供的风电场的无功优化装置包括：函数求解单元31、无功出力确定单元32和指令发送单元33。
其中，函数求解单元31，用于求解无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值；无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到，无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器中的至少一种和变流器。无功出力确定单元32，与函数求解单元31相连，用于根据目标控制变量的取值，计算得到每个无功补偿装置的目标无功出力值。指令发送单元33，与无功出力确定单元32相连，用于向每个无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力的大小。
本实施例提供的风电场的无功优化装置可以执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图4为本发明风电场的无功优化装置实施例二的结构示意图，如图4所示，本实施例在实施例一的基础上，进一步地，无功出力确定单元32，具体包括：有功损耗计算模块321和目标无功出力值计算模块322。
进一步地，无功优化目标函数包括：变流器的有功损耗，变流器网侧至箱体变压器低压侧线路的有功损耗，箱体变压器的有功损耗，箱体变压器的高压侧至集电杆线路的有功损耗，集电杆至升压站低压侧线路的有功损耗，静止型动态无功补偿器的有功损耗，静止型动态无功发生器的有功损耗，以及升压站变压器的有功损耗。
进一步地，有功损耗计算模块321，用于根据变流器的功率因数角，计算变流器的有功损耗；变流器的功率因数角为变流器的有功损耗对应的目标控制变量。目标无功出力值计算模块322，与有功损耗计算模块321相连，用于根据变流器的有功损耗和变流器的功率因数角，计算变流器的目标无功出力值。
本实施例提供的风电场的无功优化装置可以执行图2所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种风电场的无功优化方法，其特征在于，包括：
求解无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值；所述无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各所述无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到，所述无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器中的至少一种和变流器；
根据所述目标控制变量的取值，计算得到每个所述无功补偿装置的目标无功出力值；
向每个所述无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，所述无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个所述无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力大小；
其中，所述无功优化目标函数包括：变流器的有功损耗，变流器网侧至箱体变压器低压侧线路的有功损耗，箱体变压器的有功损耗，箱体变压器的高压侧至集电杆线路的有功损耗，集电杆至升压站低压侧线路的有功损耗，静止型动态无功补偿器的有功损耗，静止型动态无功发生器的有功损耗，以及升压站变压器的有功损耗。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无功优化目标函数具体表示为：
其中，ΔPCi为第i个风力发电机的变流器的有功损耗，ΔPL1i为第i个风力发电机的变流器网侧至其箱体变压器低压侧线路的有功损耗，ΔPTi为第i个风力发电机的箱体变压器的有功损耗，ΔPL2i为第i个风力发电机的箱体变压器的高压侧至集电杆线路的有功损耗，ΔPLj为第j个集电杆至升压站低压侧线路的有功损耗，ΔPSVC为静止型动态无功补偿器的有功损耗，ΔPSVG为静止型动态无功发生器的有功损耗，ΔPT2为升压站变压器的有功损耗，n为风电场中风力发电机的数量，m为集电线路的数量。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其特征在于，所述变流器的有功损耗包括二极管和绝缘栅双极型功率管的有功损耗；
所述方法，还包括：根据所述静止型动态无功补偿器中电容支路的有功损耗，电抗支路的损耗比例，电容支路的有功容量以及所述静止型动态无功补偿器的无功功率确定所述静止型动态无功补偿器的有功损耗，其中，所述静止型动态无功补偿器的无功功率为对应有功损耗的目标控制变量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述二极管的有功损耗表示为：
所述绝缘栅 双极型功率管的有功损耗表示为：
Im表示为：
其中，fs为所述变流器的开关频率，Erec为所述二极管在参考电压Vref和参考电流Iref下的反向恢复能量损耗，Vdc为所述变流器的直流侧的电压，Im为所述变流器的峰值电流，Eon和Eoff分别为参考电压Vref和参考电流Iref下的开通与关断能量损耗，Pt为所述变流器在t时刻的有功功率，U1为所述变流器的交流侧线的有效电压，为所述变流器的功率因数角，所述为变流器的有功损耗对应的目标控制变量。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述静止型动态无功发生器的无功功率、损耗比以及固定损耗，确定所述静止型动态无功发生器的有功损耗，所述静止型动态无功发生器的无功功率为对应有功损耗的目标控制变量；或者，
根据所述静止型动态无功发生器的无功功率以及所述静止型动态无功发生器的逆变器的输出电压比所述静止型动态无功发生器的接入点电压滞后的角度，确定所述静止型动态无功发生器的有功损耗，所述静止型动态无功发生器的无功功率为对应有功损耗的目标控制变量。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，针对所述变流器，所述根据所述目标控制变量的取值，计算得到每个所述无功补偿装置的目标无功出力值，具体包括：
根据所述变流器的功率因数角，计算所述变流器的有功损耗；
根据所述变流器的有功损耗和所述变流器的功率因数角，计算所述变流器的目标无功出力值；其中，所述变流器的目标无功出力值表示为：其中，ΔPC为变流器的有功损耗。
7.一种风电场的无功优化装置，其特征在于，包括：
函数求解单元，用于求解所述无功优化目标函数的最小值，以获得关于每个无功补偿装置的目标控制变量的取值；所述无功优化目标函数中包括风力发电***中的有功网损和无功补偿装置的有功损耗，各所述无功补偿装置的有功损耗根据对应的目标控制变量得到，所述无功补偿装置包括：静止型动态无功补偿器与静止型动态无功发生器中的至少一种和变流器；
无功出力确定单元，与所述函数求解单元相连，用于根据所述目标控制变量的取值，计算得到每个所述无功补偿装置的目标无功出力值；
指令发送单元，与所述无功出力确定单元相连，用于向每个所述无功补偿装置对应发送无功功率控制指令，所述无功功率控制指令中携带对应的目标无功出力值，以使每个所述无功补偿装置根据对应的目标无功出力值调整自身的当前无功出力的大小；
其中，所述无功优化目标函数包括：变流器的有功损耗，变流器网侧至箱体变压器低压侧线路的有功损耗，箱体变压器的有功损耗，箱体变压器的高压侧至集电杆线路的有功损耗，集电杆至升压站低压侧线路的有功损耗，静止型动态无功补偿器的有功损耗，静止型动态无功发生器的有功损耗，以及升压站变压器的有功损耗。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述无功出力确定单元，具体包括：
有功损耗计算模块，用于根据所述变流器的功率因数角，计算所述变流器的有功损耗；所述变流器的功率因数角为变流器的有功损耗对应的目标控制变量；
目标无功出力值计算模块，与所述有功损耗计算模块相连，用于根据所述变流器的有功损耗和所述变流器的功率因数角，计算所述变流器的目标无功出力值。
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