风电机组无功功率响应性能指标的生成方法及装置

技术领域

本申请涉及电力系统安全运行技术领域，尤其是涉及到一种风电机组无功功率响应性能指标的生成方法及装置。

背景技术

相关技术中，通过风电场动态无功响应时间和持续时间对故障后风机对电网稳定运行的影响进行评价，并未对风机的无功动态响应性能进行规定，无法通过不同风电机组的无功动态响应性能进行评价。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种风电机组无功功率响应性能指标的生成方法及装置，实现了通过采集到的运行参数，利用指标模型，计算风电机组无功动态响应性能的指标。

根据本申请的一个方面，提供了一种风电机组无功功率响应性能指标的生成方法，包括：

获取风电机组中每个风机的运行参数，其中，风电机组包括多个风机；

根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率评价模型；

根据运行参数和预设风机无功功率评价模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标，以评价每个风机的无功功率响应性能；

其中，无功功率响应性能指标包括以下至少一项：无功功率响应时间指标、无功功率响应能力指标和无功功率支撑能力指标。

可选地，根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率评价模型的步骤，具体包括：

若运行参数为每个风机的无功功率响应时刻和电压跌落起始时刻；

根据无功功率响应时刻和电压跌落起始时刻，确定预设风机无功功率评价模型为预设风机无功功率响应时间评价模型。

可选地，根据运行参数和预设风机无功功率评价模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标的步骤，具体包括：

根据无功功率响应时刻和电压跌落起始时刻，利用预设风机无功功率响应时间评价模型，计算每个风机的无功功率响应时间指标为：t

其中，t

可选地，根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率评价模型的步骤，具体包括：

若运行参数为每个风机的无功功率峰值、电压跌落起始峰值、无功功率响应时刻和无功功率峰值时刻；

根据无功功率峰值和电压跌落起始峰值，确定每个风机的响应峰值为max(ΔQ)＝Q

其中，Q

根据无功功率响应时刻和无功功率峰值时刻，确定每个风机的峰值时间为t

其中，t

根据响应峰值和峰值时间，确定预设风机无功功率评价模型为预设风机无功功率响应能力评价模型。

可选地，根据运行参数和预设风机无功功率评价模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标的步骤，具体包括：

根据响应峰值何峰值时间，利用预设风机无功功率响应能力评价模型，计算每个风机的无功功率响应能力指标为：

其中，max(ΔQ)为响应峰值；t

可选地，根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率评价模型的步骤，具体包括：

若运行参数为每个风机的无功功率峰值时刻、无功功率恢复平稳时刻、电压跌落起始时刻、电压跌落起始时刻的第一无功值和电压跌落起始时刻的第一母线电压值；

根据无功功率峰值时刻、无功功率恢复平稳的时刻、电压跌落起始时刻、电压跌落起始时刻的第一无功值和电压跌落起始时刻的第一母线电压值，确定预设风机无功功率评价模型为预设支撑能力评价模型。

可选地，根据运行参数和预设风机无功功率评价模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标的步骤，具体包括：

获取风电机组在无功功率恢复过程中的预设时刻的第二无功值；

根据第二无功值和第一无功值，确定无功值差值；

获取风电机组在无功功率恢复过程中的预设时刻的第二母线电压值以及第二母线电压值时刻；

根据第二母线电压值和第一母线电压值，确定电压值差值；

根据无功功率峰值时刻、无功功率恢复平稳时刻、电压跌落起始时刻、第二母线电压值时刻、无功值差值和电压值差值，利用预设支撑能力评价模型，计算每个风机的无功功率支撑能力指标为：

其中，t

根据本申请的另一方面，提供了一种风电机组无功功率响应性能指标的生成装置，包括：

获取模块，用于获取风电机组中每个风机的运行参数，其中，风电机组包括多个风机；

确定模块，用于根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率评价模型；

生成模块，用于根据运行参数和预设风机无功功率评价模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标，以评价每个风机的无功功率响应性能；

其中，无功功率响应性能指标包括以下至少一项：无功功率响应时间指标、无功功率响应能力指标和无功功率支撑能力指标。

根据本申请又一个方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述风电机组无功功率响应性能指标的生成方法。

根据本申请再一个方面，提供了一种电子设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述风电机组无功功率响应性能指标的生成方法。

借由上述技术方案，通过采集到的运行参数，利用指标模型，计算风电机组无功动态响应性能的指标，分别表征风机无功功率响应的起始阶段、中间阶段和结束阶段。以便后续对不同风电机组无功动态响应性能进行定量评价，有效提高了对故障后风机对电网安全稳定运行的影响分析的准确性。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种风电机组无功功率响应性能指标的生成方法的流程示意图；

图2示出了本申请具体实施例提供的实际风电场1全部风电机组无功功率之和与时间关系曲线图；

图3示出了本申请具体实施例提供的实际风电场1风机电压和无功功率关系曲线图；

图4示出了本申请具体实施例提供的风电场单机无穷大系统示意图；

图5示出了本申请具体实施例提供的两种故障形式下风电场并网点母线电压和时间关系曲线图；

图6示出了本申请具体实施例提供的第一种故障形式下3台风机的无功功率对比示意图；

图7示出了本申请具体实施例提供的第一种故障形式下3台风机机端电压对比示意图；

图8示出了本申请具体实施例提供的第二种故障形式下3台风机无功功率对比示意图；

图9示出了本申请具体实施例提供的第二种故障形式下3台风机机端电压对比示意图；

图10示出了本申请具体实施例提供的实际风电场2风机电压和无功功率关系曲线图；

图11示出了本申请具体实施例提供的实际风电场2风机电压和无功功率关系曲线图；

图12示出了本申请实施例提供的一种风电机组无功功率响应性能指标的生成装置的结构框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实施例中提供了一种风电机组无功功率响应性能指标的生成方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101，获取风电机组中每个风机的运行参数；

步骤102，根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率指标模型；

步骤103，根据运行参数和预设风机无功功率指标模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标，以评价每个风机的无功功率响应性能。

在该实施例中，在电网发生故障后，电压跌落是对风机造成影响的主要原因，而风机受电压波动影响，反之又会从有功变化和无功变化两个方面对电网稳定造成影响，其中，风机无功功率信号的变化速度、幅值大小和无功总量等运行参数，直接反映了风机无功动态响应特性，可将其作为评价风机无功动态响应特性的重要参数。具体地，在电网发生故障后，采集风电机组中每个风机的运行参数，需要注意的是，风电机组包括多个风机。根据采集到的每个风机的运行参数，分别确定不同运行参数所对应的预先建立的风机无功功率指标模型，进而根据每个风机的运行参数和预设风机无功功率指标模型，来计算风机无功功率响应性能指标。其中，响应性能指标包括风机无功功率响应时间指标、风机无功功率响应能力指标和风机无功功率支撑能力指标。

进一步地，风电场并网点无功功率包括风电机组自身发出的无功功率与无功补偿装置无功功率之和，其中，无功补偿装置包括投切电容器、SVC(Switching VirtualCircuit，静止无功补偿器)和SVG(Static Var Generator，静止无功发生器)。如果不计主变无功损耗，可利用模型Q

本实施例提供的风电机组无功功率响应性能指标的生成方法，通过采集到的运行参数，利用指标模型，计算风电机组无功动态响应性能的指标，分别表征风机无功功率响应的起始阶段、中间阶段和结束阶段。以便后续对不同风电机组无功动态响应性能进行定量评价，有效提高了对故障后风机对电网安全稳定运行的影响分析的准确性。

在本申请实施例中，进一步地，根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率指标模型的步骤，具体包括：若运行参数为每个风机的无功功率响应时刻和电压跌落起始时刻；根据无功功率响应时刻和电压跌落起始时刻，确定预设风机无功功率指标模型为预设风机无功功率响应时间指标模型。

在该技术方案中，当采集到的运行参数为风机无功功率响应时刻和电压跌落起始时刻时，根据风机无功功率响应时刻和电压跌落起始时刻，确定预设风机无功功率指标模型为预先建立的风机无功功率响应时间指标模型，以便后续利用该模型来计算风机无功功率响应时间指标。

在本申请实施例中，进一步地，根据运行参数和预设风机无功功率指标模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标的步骤，具体包括：根据无功功率响应时刻和电压跌落起始时刻，利用预设风机无功功率响应时间指标模型，计算每个风机的无功功率响应时间指标为：t

在该技术方案中，在电网发生故障导致电压跌落后，将采集到的风机无功功率响应时刻和电压跌落起始时刻，导入风机无功功率响应时间指标模型t

在本申请实施例中，进一步地，根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率指标模型的步骤，具体包括：若运行参数为每个风机的无功功率峰值、电压跌落起始峰值、无功功率响应时刻和无功功率峰值时刻；根据无功功率峰值和电压跌落起始峰值，确定每个风机的响应峰值为max(ΔQ)＝Q

在该技术方案中，风机无功功率响应能力包括响应峰值和峰值时间，当采集到的风电机组运行参数为无功功率峰值、电压跌落起始峰值、无功功率响应时刻和无功功率峰值时刻时，利用风机无功功率峰值减去电压跌落起始峰值，得到风机无功功率响应峰值。同时，利用风机无功功率峰值时刻减去风机无功功率响应时刻，得到风机无功功率峰值时间。进而，根据计算得到的响应峰值和峰值时间，确定待应用的预先建立的指标模型为预设的风机无功功率响应能力指标模型，以便后续利用该模型来计算风机无功功率响应能力评价指标。

在本申请实施例中，进一步地，根据运行参数和预设风机无功功率指标模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标的步骤，具体包括：根据响应峰值何峰值时间，利用预设风机无功功率响应能力指标模型，计算每个风机的无功功率响应能力指标为：

在该技术方案中，在电网发生故障后，将计算得到的响应峰值和峰值时间，导入预先建立的风机无功功率响应能力指标模型

可以理解的是，响应能力为响应峰值和峰值时间之比，响应峰值越大、峰值时间越短，则风机无功动态现有能力越优。

在本申请实施例中，进一步地，根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率指标模型的步骤，具体包括：若运行参数为每个风机的无功功率峰值时刻、无功功率恢复平稳时刻、电压跌落起始时刻、电压跌落起始时刻的第一无功值和电压跌落起始时刻的第一母线电压值；根据无功功率峰值时刻、无功功率恢复平稳的时刻、电压跌落起始时刻、电压跌落起始时刻的第一无功值和电压跌落起始时刻的第一母线电压值，确定预设风机无功功率指标模型为预设支撑能力指标模型。

在该技术方案中，在电网发生故障后，当采集到的风电机组运行参数为风机无功功率峰值时刻、无功功率恢复平稳的时刻、电压跌落起始时刻、电压跌落起始时刻无功值，即第一无功值以及电压跌落起始时刻690V母线电压值，即第一母线电压值时，根据上述运行参数，确定预设风机无功功率指标模型为风机无功功率支撑能力指标模型，以便后续利用该模型来计算风机无功功率支撑能力评价指标。

在本申请实施例中，进一步地，根据运行参数和预设风机无功功率指标模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标的步骤，具体包括：获取风电机组在无功功率恢复过程中的任一时刻的第二无功值；根据第二无功值和第一无功值，确定无功值差值；获取风电机组在无功功率恢复过程中的任一时刻的第二母线电压值以及第二母线电压值时刻；根据第二母线电压值和第一母线电压值，确定电压值差值；根据无功功率峰值时刻、无功功率恢复平稳时刻、电压跌落起始时刻、第二母线电压值时刻、无功值差值和电压值差值，利用预设支撑能力指标模型，计算每个风机的无功功率支撑能力指标为：

在该技术方案中，在电网发生故障导致电压跌落后，风电机组的无功补偿装置发出无功功率以进行动态无功补偿。在电压跌落到无功功率恢复平稳的这段时间，采集该时间段内风电机组预设时刻发出的无功值，即第二无功值，以及该时间段内预设时刻的690V母线电压值，即第二母线电压值。其后，利用风电机组在预设时刻发出的无功值与电压跌落起始时刻无功值，得到无功值差值。同时，利用风电机组电压跌落起始时刻690V母线电压值与预设时刻690V母线电压值，得到电压值差值。将无功值差值和电压值差值导入预先建立的风机无功功率支撑能力指标模型，以得到风机无功功率支撑能力指标。通过该指标可以衡量风电机组在无功功率峰值时刻到无功功率恢复平稳的这段时间内无功动态响应性能。

需要说明的是，从电压跌落到无功功率恢复平稳过程中，可以根据风电机组装置来设置预设时刻。

可以理解的是，风机无功功率支撑能力指标值越大，说明风机再该段时间内无功越大，电压值越小。

在实际应用场景中，如图4所示，搭建单机无穷大系统，其中，风机输出690V电压经由输电电路S1和Y1经过变压器变为36.5KV，进而经由输电电路通过变压器变为110KV，经由母线1和母线2输送至发电机2输出。进一步地，通过通过设置短路点短路阻抗，调节风机无功控制节点电压，获取不同形式的电压波动曲线，得到风机电压-无功特性。对故障后风机对电网安全稳定运行的影响进行分析。

具体地，通过构建两种算例对风电机组调节能力指标加以计算和验证，分别通过电力系统分析软件，仿真在风电场两种故障形式下3台参数不同的双馈风电机组的无功动态响应情况。如图5所示，为两种状态形式下风电机组出口母线电压情况曲线图，其中，“三角形的实线”为第一种故障形式下风电机组出口母线电压情况；“正方形的虚线”为第二种故障形式下风电机组出口母线电压情况。

进一步地，在风电机组的出口处设置三相短路故障，如图6所示，为3台风机在遭受第一种严重故障后，风机的无功功率响应情况曲线图。双馈风电机组在电压跌落时具有发出无功功率的能力。图6中“三角形曲线”为1号风机的无功功率响应情况；“正方形曲线”为2号风机的无功功率响应情况；“圆形曲线”为3号风机的无功功率响应情况。从图6中可以清楚地看出，1号风机发出无功功率最多且持续时间长；2号风机发出的无功功率较少，但是持续时间长；3号风机发出无功功率最少且持续时间短。进一步地，如图7所示，为在遭受第一种严重故障后，3台风机发出不同无功功率的风电机组690V母线电压情况曲线图，其中，“三角形曲线”为1号风机的690V母线电压情况；“正方形曲线”为2号风机的690V母线电压情况；“圆形曲线”为3号风机的690V母线电压情况。由图7可以清楚地看出，由于风机发出无功功率不同，导致风机690V母线电压恢复情况不同，其中，1号风机690V母线电压跌落深度为0.53pu，且电压恢复速度快，在1.02pu时达到稳定；2号风机690V母线电压跌落深度为0.42pu，且电压恢复速度较快，在1.02pu时达到稳定；3号风机690V母线电压跌落深度为0.41pu，且电压恢复速度慢，达到0.96pu后缓缓下降，10s时降至0.94pu。

进一步地，如图8所示，为3台风机在遭受第二种严重故障后，风机的无功功率动态响应情况曲线图。其中，“三角形曲线”代表1号风机；“正方形曲线”代表2号风机；“圆形曲线”代表3号风机。由图8可以清楚地看出，1号风机发出无功功率最多且持续时间长；2号风机发出的无功功率较少，但是持续时间长；3号风机发出无功功率最少且持续时间短。进一步地，如图9所示，为3台风机在遭受第二种严重故障后，风电机组690V母线电压情况曲线图，其中，“三角形曲线”代表1号风机；“正方形曲线”代表2号风机；“圆形曲线”代表3号风机。由图8可以清楚地看出，由于风机发出无功功率不同导致风机690V母线电压恢复情况不同，其中，1号风机690V母线电压跌落深度为0.86pu，经过短暂的振荡后在3s恢复至稳定值0.997pu；2号风机690V母线电压跌落深度为0.598pu，经过短暂的振荡后在3s时恢复至稳定值0.997pu；3号风机690V母线电压跌落深度为0.593pu，随后电压升高，达到0.96pu后缓缓下降，10s时降至0.95pu。

进一步地，现利用指标模型，对风机无功功率支撑能力指标

表1

进一步地，为了对调节能力指标进行验证，现选取3台正常运行风机的实测数据。其中，实际风电场1号风机采用和前述相同的数据，如图3所示，为实际风电场1风机电压和无功功率关系曲线图，其中，“实线”为风机电压；“虚线”为无功功率。实际风电场2装机量为49.5MW，无功配置为10MVar电容器和±13MVarSVG，在采集运行参数的这段时间内，电容器和SVG始终保持投入运行状态，根据Q

具体地，将实际风电场1至3的风机电压和无功功率实测数据导入指标模型，计算风机无功功率支撑能力指标值。如表2所示，为1至3号风机支撑鞥那个了指标计算值。由计算结果可知，2号风机指标值最大，1号风机其次，3号风机指标值最小。2号风机和3号风机电压跌落深度小，2号风机发出无功多于3号风机，且持续时间长，因此，2号风机支撑能力指标值大。1号风机电压跌落深度最大，风机发出无功持续时间与2号风机相同，因此，2号风机指标值大于1号风机。由此证明，该指标能够正确反映风机无功功率支撑能力，该值越大证明支撑能力越强。

表2

进一步地，作为上述风电机组无功功率响应性能指标的生成方法的具体实现，本申请实施例提供了一种风电机组无功功率响应性能指标的生成装置1200，如图12所示，该风电机组无功功率响应性能指标的生成装置1200包括：

获取模块1201，用于获取风电机组中每个风机的运行参数，其中，风电机组包括多个风机；

确定模块1202，用于根据运行参数，确定其对应的预设风机无功功率评价模型；

生成模块1203，用于根据运行参数和预设风机无功功率评价模型，生成每个风机的无功功率响应性能指标，以评价每个风机的无功功率响应性能；

其中，无功功率响应性能指标包括以下至少一项：无功功率响应时间指标、无功功率响应能力指标和无功功率支撑能力指标。

需要说明的是，本申请实施例提供的一种风电机组无功功率响应性能指标的生成装置所涉及各功能模块的其他相应描述，可以参考图1的对应描述，在此不再赘述。

基于上述如图1所示方法，相应的，本申请实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述如图1所示的风电机组无功功率响应性能指标的生成方法。

基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品或硬件产品或软硬件相结合的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施场景的方法。

基于上述如图1所示的方法，以及图12所示的风电机组无功功率响应性能指标的生成装置实施例，为了实现上述目的，本申请实施例还提供了一种电子设备，具体可以为个人计算机、服务器、网络设备等，该电子设备包括存储介质和处理器；存储介质，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1所示的风电机组无功功率响应性能指标的生成方法。

可选地，该电子设备还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(RadioFrequency，RF)电路，传感器、音频电路、WI-FI模块等等。用户接口可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)等，可选用户接口还可以包括USB接口、读卡器接口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如蓝牙接口、WI-FI接口)等。

本领域技术人员可以理解，本实施例提供的一种电子设备结构并不构成对该电子设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是管理和保存电子设备硬件和软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它软件和/或程序的运行。网络通信模块用于实现存储介质内部各控件之间的通信，以及与该实体设备中其它硬件和软件之间通信。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的单元或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的单元可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的多个装置中。上述实施场景的单元可以合并为一个单元，也可以进一步拆分成多个子单元。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。