一种风电场自动电压控制系统及控制方法与流程

1.本发明涉及自动电压控制技术领域，特别是涉及一种风电场自动电压控制方法。


背景技术：

2.目前风电场自动电压控制系统存在的主要问题是向风力发电机传输无功指令时，由于风力发电机距离自动电压控制服务器较远，导致传输延迟比较明显。自动电压控制采用的电压信号并非直采量，通过综合自动化装置传输，传输过程会产生一定的延迟。当风速出现变化时，自动电压控制系统对暂态电压扰动响应比较慢，影响自动电压控制系统的性能，不能快速有效的控制并网点的电压稳定。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种风电场自动电压控制系统及控制方法，不受风速大小影响，维持送出线在并网点的电压稳定。
4.为了实现上述目的，一方面本发明提供了一种风电场自动电压控制系统，所述风电场包括风力发电机和与所述风力发电机连接的汇集线，所述汇集线的一端连接有送出线，所述控制系统包括依次并联的电压信号传输装置、avc装置及svg，所述电压信号传输装置与所述风力发电机连接；
5.所述电压信号传输装置用于将所述风力发电机产生的电压信号传输给avc装置，所述avc装置用于产生增减无功功率指令对所述svg进行控制，所述svg并联于所述送出线上，且用于吸收或者发出所述风力发电机所需的无功功率，使所述风力发电机通过所述送出线输入到电网中的并网点的电压处于正常运行限值范围内；
6.还包括阻尼控制装置，所述阻尼控制装置与所述svg电性连接，所述阻尼控制装置包括依次电连接的滤波模块、超前滞后模块、比例增益模块及限幅模块。
7.在一些实施例中，所述风力发电机设有两台以上，两台以上的所述风力发电机分别与所述汇集线串联。
8.在一些实施例中，各所述风力发电机对应串联有箱式变电站，各所述箱式变电站与所述汇集线串联。
9.在一些实施例中，所述汇集线上还串联有升压变压器，所述svg并联于所述升压变压器的低压母线上。
10.在一些实施例中，所述svg包括电压控制环，所述阻尼控制装置安装于所述电压控制环上。
11.在一些实施例中，所述风力发电机的数量与所述电压信号传输装置的数量相同，且一一对应连接。
12.另一方面本发明提供一种基于上述风电场自动电压控制系统的控制方法，包括：
13.监测所述风力发电机的所述送出线所连接的并网点电压，当所述送出线所连接的并网点电压处于正常运行限值范围内时，此时风力发电机产生的电能通过所述汇集线直接
输入到电网中；
14.当所述风力发电机的送出线所连接的并网点电压大于或小于正常运行限值范围时，通过电压信号传输装置将电压信号传输给avc装置，所述avc装置根据所述电压信号确定所述风力发电机所需的无功功率；
15.根据所述风力发电机所需的无功功率所述avc装置产生增减无功功率指令，并将所述增减无功功率指令传输给所述svg，所述svg根据所述增减无功功率指令吸收或者发出所需的无功功率，使得所述风力发电机通过所述送出线输入到电网中的并网点的电压处于正常运行限值范围内。
16.在一些实施例中，所述风力发电机所需的无功功率满足以下关系式：
[0017][0018]
其中，q
wgi
为第i台所述风力发电机所需的无功功率，u
imax
为第i台所述风力发电机安全运行的最高电压，u
imin
第i台所述风力发电机安全运行的最低电压，s
gi
为第i台所述风力发电机低压侧的短路容量，u
gi
为第i台所述风力发电机的机端电压。
[0019]
在一些实施例中，在所述svg根据所述增减无功功率指令吸收或者发出所需的无功功率之前，所述阻尼控制装置产生阻尼信号传输给所述svg。
[0020]
在一些实施例中，所述阻尼信号为所述阻尼控制装置对所述送出线传输给电压控制环的电压依次进行滤波处理、超前滞后处理、比例增益处理及限幅处理后得到的信号。
[0021]
本发明提供一种风电场自动电压控制系统及控制方法，与现有技术相比，其有益效果在于：
[0022]
设置的风力发电机产生的电压信号通过电压信号传输装置传输给avc装置，avc装置产生增减无功功率指令对svg进行控制，svg并联于送出线上，且通过吸收或者发出送出线所需的无功功率，使得风力发电机通过汇集线输入到电网中的并网点电压处于正常运行限值范围内，在风速大小产生变化时，通过风电场自动电压控制系统的调控，维持并网点电压稳定。
附图说明
[0023]
图1为本发明实施例提供的风电场自动电压控制系统原理结构示意图。
[0024]
图2为为本发明实施例提供的风电场自动电压控制系统的阻尼控制装置原理结构示意图。
[0025]
图中：1、风力发电机；2、送出线；3、电压信号传输装置；4、avc装置；5、svg；51、电压控制环；6、电网；7、阻尼控制装置；71、滤波模块；72、超前滞后模块；73、比例增益模块；74、限幅模块；8、箱式变电站；9、升压变压器；10、汇集线。
具体实施方式
[0026]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0027]
需要理解的是，在本技术的描述中，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，也即，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。此外，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0028]
如图1-2所示，本发明一个实施例提供的风电场自动电压控制系统，风电场包括风力发电机1和与风力发电机1连接的汇集线10，汇集线10一端连接有送出线2，控制系统包括依次并联的电压信号传输装置3、avc装置4及svg5；电压信号传输装置3与风力发电机1信号连接；
[0029]
风力发电机1用于将风力发电机1产生的电压信号通过电压信号传输3装置传输给avc装置4，avc装置4用于产生增减无功功率指令对svg5和风力发电机1进行控制，svg5并联于送出线2上，且用于通过吸收或者发出风力发电机1所需的无功功率，使得风力发电机1通过送出线2输入到电网6中的电压处于正常运行限值范围内；其中，avc(automatic voltage control)为自动电压控制，avc装置4的目的是提高电压质量、减小网损、保证系统运行的安全稳定裕度；svg5为静止无功发生器，其原理是将自换相桥式电路通过电抗器或者直接并联到升压变压器9的低压侧母线上，调节桥式电路交流侧输出电压的相位和幅值，或者直接控制其交流侧电流，使该电路吸收或者发出满足要求的无功功率，实现动态无功补偿的目的。
[0030]
还包括阻尼控制装置7，阻尼控制装置7与svg5连接，阻尼控制装置7包括依次电连接的滤波模块71、超前滞后模块72、比例增益模块73及限幅模块74。其中，滤波模块71可以滤除暂态分量，避免阻尼控制装置7的输出对风电场暂态响应构成干扰；超前滞后模块72使得系统的瞬态响应得到显著改善；比例增益模块73能够影响阻尼控制的调节速度；限幅模块74能够对幅值进行调节，通过上述处理后有利于svg5吸收或者发出满足要求的无功功率，实现动态无功补偿，以维持电网6电压的稳定。
[0031]
目前的风电场自动电压控制系统在调度下发指令后，通过通信管理机传递给自动电压控制部分，同时自动电压控制系统接收到综自传递过来的电压数字量信号。自动电压控制主环通过计算将实际电压与电压指令之间的偏差转化为无功指令，并该指令分配给svg和风力发电机。自动电压控制主环将无功指令传输给风力发电机时，由于距离较远，会不可避免的产生一定的通信延迟，导致风力发电机无功响应时间较长，无法应对电力系统的暂态电压冲击。同时，由于自动电压控制系统的电压信息并非直采量，而是通过综自传输过来的信号量，也会产生一定延迟，导致自动电压控制对电力系统的暂态电压响应不够及时。此外，风力发电机的无功全部被自动电压控制占用，用于控制并网点的电压，无法兼顾风力发电机机端的电压需求。
[0032]
基于上述的设置，风力发电机1产生的电压信号通过电压信号传输3装置传输给avc装置4，avc装置4产生增减无功功率指令对svg5进行控制，svg5并联于送出线2上，且通过吸收或者发出风力发电机1所需的无功功率，使得风力发电机1通过送出线2输入到电网6中的电压处于正常运行限值范围内，在风速大小产生变化时，通过风电场自动电压控制系
统的调控，维持送出线的并网点电压稳定。
[0033]
在一个实施例中，风力发电机1设有两台以上，两台以上的风力发电机1分别与汇集线10串联。通过上述结构设置，本发明的风电场自动电压控制系统能够对两台以上的风力发电机1进行自动电压控制，有利于规模化的安装，降低成本。
[0034]
进一步的，各风力发电机1对应串联有箱式变电站8，各箱式变电站8与汇集线10串联。
[0035]
进一步的，汇集线10上还串联有升压变压器9，svg5并联于升压变压器9的低压侧母线。升压变压器9能够提升送出线2的电压，从而降低送出线2的电能损耗。
[0036]
具体的，svg5包括电压控制环51，阻尼控制装置7安装于电压控制环51上。设置的电压控制环51能够直接将阻尼控制装置7产生的阻尼信号直接传输到svg5内部，能够迅速地响应，不存在延迟环节的影响。
[0037]
具体的，风力发电机1的数量与电压信号传输装置3的数量相同，且一一对应连接，一台风力发电机1的电压信号通过一个电压信号传输装置3进行传输，使得信号传输质量更好，方便avc装置4对电压信号进行处理分析。
[0038]
本发明另一个实施例提供的风电场自动电压控制系统的控制方法，包括：
[0039]
监测风力发电机的汇集线电压，送出线所连接的并网点电压处于正常运行限值范围内时，此时风力发电机产生的电能通过送出线直接输入到电网中，此时风力发电机不输出无功；
[0040]
当风力发电机的送出线所连接的并网点电压大于或小于正常运行限值范围时，通过电压信号传输装置将电压信号传输给avc装置，avc装置根据电压信号确定风力发电机所需的无功功率；
[0041]
avc装置根据风力发电机所需的无功功率产生增减无功功率指令，并将增减无功功率指令传输给svg，svg根据增减无功功率指令吸收或者发出所需的无功功率，使得风力发电机的送出线所连接的并网点电压处于正常运行限值范围内。
[0042]
avc装置可以配置独立的硬件和软件实体，也可以直接配置在svg装置内。直接配置在svg装置内部可以节省avc装置和svg之间的通信，提升avc的响应时间。
[0043]
采用上述控制方法改善了目前风电场自动电压控制系统中延迟明显，暂态扰动响应较慢，无法兼顾风力发电机电压控制需求，在不增加风电场投资的前提下，优化自动电压控制架构，提升了控制性能，可以实现暂态电压扰动快速响应，兼顾了风机电压不越限的目标。
[0044]
在另一个实施例中，风力发电机所需的无功功率满足以下关系式：
[0045][0046]
其中，q
wgi
为第i台风力发电机所需的无功功率，u
imax
为第i台风力发电机安全运行的最高电压，u
imin
第i台风力发电机安全运行的最低电压，s
gi
为第i台风力发电机低压侧的短路容量，u
gi
为第i台风力发电机的机端电压。
[0047]
进一步的，在已知q
wgi
的状态下，能够计算得到风电场上所有风力发电机所需的无
功功率总和sq，sq满足以下关系式：
[0048][0049]
进一步的，在已知sq的状态下，能够计算得到svg需要发出的无功功率s
svg
，s
svg
满足以下关系式：
[0050]ssvg
＝(u
pcc-ref
－u
pcc
)s
pcc
+s
svg(t-1)
[0051]
其中，u
pcc-ref
为并网点电压参考值，s
pcc
为并网点短路容量，u
pcc
为并网点电压，s
svg(t-1)
为目前的svg无功值，s
svg
为需要调整为的svg无功值。
[0052]
其中，在svg根据增减无功功率指令吸收或者发出所需的无功功率之前，阻尼控制装置产生阻尼信号传输给svg。阻尼信号为经过阻尼控制装置对升压变压器的高压侧母线传输给电压控制环的电压依次进行滤波处理、超前滞后处理、比例增益处理及限幅处理后得到。通过上述处理步骤，有利于svg吸收或者发出满足要求的无功功率，实现动态无功补偿，以维持电网的稳定。
[0053]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种风电场自动电压控制系统，其特征在于，所述风电场包括风力发电机和与所述风力发电机连接的汇集线，所述汇集线的一端连接有送出线，所述控制系统包括依次并联的电压信号传输装置、avc装置及svg，所述电压信号传输装置与所述风力发电机连接；所述电压信号传输装置用于将所述风力发电机产生的电压信号传输给avc装置，所述avc装置用于产生增减无功功率指令对所述svg进行控制，所述svg并联于所述送出线上，且用于吸收或者发出所述风力发电机所需的无功功率，使所述风力发电机通过所述送出线输入到电网中的并网点的电压处于正常运行限值范围内；还包括阻尼控制装置，所述阻尼控制装置与所述svg电性连接，所述阻尼控制装置包括依次电连接的滤波模块、超前滞后模块、比例增益模块及限幅模块。2.根据权利要求1所述的风电场自动电压控制系统，其特征在于：所述风力发电机设有两台以上，两台以上的所述风力发电机分别与所述汇集线串联。3.根据权利要求2所述的风电场自动电压控制系统，其特征在于：各所述风力发电机对应串联有箱式变电站，各所述箱式变电站与所述汇集线串联。4.根据权利要求3所述的风电场自动电压控制系统，其特征在于：所述汇集线上还串联有升压变压器，所述svg并联于所述升压变压器的低压母线上。5.根据权利要求1所述的风电场自动电压控制系统，其特征在于：所述svg包括电压控制环，所述阻尼控制装置安装于所述电压控制环上。6.根据权利要求1所述的风电场自动电压控制系统，其特征在于：所述风力发电机的数量与所述电压信号传输装置的数量相同，且一一对应连接。7.一种基于权利要求1-6任一项所述的风电场自动电压控制系统的控制方法，其特征在于，包括：监测所述风力发电机的所述送出线所连接的并网点电压，当所述送出线所连接的并网点电压处于正常运行限值范围内时，此时风力发电机产生的电能通过所述汇集线直接输入到电网中；当所述风力发电机的送出线所连接的并网点电压大于或小于正常运行限值范围时，通过电压信号传输装置将电压信号传输给avc装置，所述avc装置根据所述电压信号确定所述风力发电机所需的无功功率；根据所述风力发电机所需的无功功率所述avc装置产生增减无功功率指令，并将所述增减无功功率指令传输给所述svg，所述svg根据所述增减无功功率指令吸收或者发出所需的无功功率，使得所述风力发电机通过所述送出线输入到电网中的并网点的电压处于正常运行限值范围内。8.根据权利要求7所述的风电场自动电压控制系统的控制方法，其特征在于，所述风力发电机所需的无功功率满足以下关系式：其中，q
wgi
为第i台所述风力发电机所需的无功功率，u
imax
为第i台所述风力发电机安全
运行的最高电压，u
imin
第i台所述风力发电机安全运行的最低电压，s
gi
为第i台所述风力发电机低压侧的短路容量，u
gi
为第i台所述风力发电机的机端电压。9.根据权利要求7所述的风电场自动电压控制系统的控制方法，其特征在于，在所述svg根据所述增减无功功率指令吸收或者发出所需的无功功率之前，所述阻尼控制装置产生阻尼信号传输给所述svg。10.根据权利要求9所述的风电场自动电压控制系统的控制方法，其特征在于，所述阻尼信号为所述阻尼控制装置对所述送出线传输给电压控制环的电压依次进行滤波处理、超前滞后处理、比例增益处理及限幅处理后得到的信号。

技术总结
本发明涉及自动电压控制技术领域，公开了一种风电场自动电压控制系统及控制方法，风电场包括风力发电机和与风力发电机连接的汇集线，汇集线的一端连接有送出线，控制系统包括依次并联的电压信号传输装置、AVC装置及SVG，电压信号传输装置与风力发电机连接；电压信号传输装置用于将风力发电机产生的电压信号传输给AVC装置，AVC装置用于产生增减无功功率指令对SVG进行控制，SVG并联于送出线上，且用于吸收或者发出风力发电机所需的无功功率，使风力发电机通过送出线输入到电网中的并网点的电压处于正常运行限值范围内；还包括阻尼控制装置，阻尼控制装置与SVG电性连接。本发明的控制系统及控制方法不受风速大小影响，维持送出线在并网点的电压稳定。线在并网点的电压稳定。线在并网点的电压稳定。


技术研发人员：朱建华 厉志波 许立长 孙亮 孙亚冰 马建胜
受保护的技术使用者：华润电力技术研究院有限公司
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/9/16