无功功率 份1：
无功功率控制装置以及无功功率控制方法
第一、技术领域
本发明涉及无功功率(無効電力)控制装置以及无功功率控制方法。
第二、背景技术
近年，由于环保意识的提高，急速增设了可再生能源发电设备。而且，可再生能源发电电力在所有发电电力中所占的比例年年增加。另一方面，可再生能源发电的电力供给不稳定，例如太阳能发电受到夜间、恶劣天气的影响，而风力发电受到有效风速的影响。因此，当前可再生能源发电设备发电的电力难以完全取代火力发电、原子力发电等作为基本负载(ベースロード)的发电设备发电的电力。
因此，对电力系统供给的电力中同时存在由可再生能源发电设备发电的电力和由火力发电设备、原子力发电设备发电的电力。
另外，由可再生能源发电设备发电的电力的比例具有增加倾向，并且，通过使由可再生能源发电设备发电的电力和由火力发电设备、原子力发电设备发电的电力同时存在于一个电力系统中，在与该电力系统连接的各负载端(消耗地)，电力的电压、频率表现出不可预测的行为，难以将各负载端(消耗地)的电力的电压、频率控制为最佳。
作为本技术领域的背景技术，具有日本特开2016-208654号公报(专利文献1)。该公报中记载了一种对可调整电力系统的电压、无功功率的各装置(個別装置)赋予发送数据的电力系统电压无功功率监视控制装置。电力系统电压无功功率监视控制装置使用表示电力系统的稳定性的1个以上指标来求出1个以上目标值限制，由目标值限制获得关于目标值的信息，将包括关于目标值的信息的发送数据赋予单体装置，由单体装置调整该设置场所的电压、无功功率(参照摘要)。
专利文献1中记载了维持电力系统的电压与无功功率的均衡的电力系统电压无功功率监视控制装置。但是，专利文献1中记载的电力系统电压无功功率监视控制装置没有针对以下情况的记载，即，考虑到由可再生能源发电设备供给的电力的不稳定性，控制连接于电力系统的同步调相机所调整的无功功率、供给到电力系统的电力的无功功率，将各负载端(消耗地)的电力的无功功率控制为最佳。
第四、发明内容
发明要解决的课题
本发明提供一种无功功率控制装置以及无功功率控制方法，考虑到由可再生能源发电设备供给的电力的不稳定性，控制连接于电力系统的同步调相机所调整的无功功率、供给到电力系统的电力的无功功率，对各负载端(消耗地)的电力的无功功率进行最佳稳定控制。
用于解决课题的手段
本发明中记载的无功功率控制装置具有：输入部，其输入无功功率的信息，该无功功率为由自动调整发电机发电并供给到电力系统的电力的电压的自动电压调整装置调整的无功功率、由与电力系统连接的同步调相机调整的无功功率、由可再生能源发电设备发电的电力的无功功率以及在消耗电力的负载端(消耗地)设定的无功功率;运算部，其使用输入到输入部的这些无功功率的信息，运算用于同步调相机以及自动电压调整装置进行调整的无功功率的设定值;以及输出部，其将运算部运算出的无功功率的设定值分别输出到同步调相机以及自动电压调整装置。
另外，本发明中记载的无功功率控制方法具有：输入步骤，输入无功功率的信息，该无功功率为由自动调整发电机发电并供给到电力系统的电力的电压的自动电压调整装置调整的无功功率、由与电力系统连接的同步调相机调整的无功功率、由可再生能源发电设备发电的电力的无功功率、以及在消耗电力的负载端(消耗地)设定的无功功率;运算步骤，使用输入的这些无功功率的信息，运算用于同步调相机以及自动电压调整装置进行调整的无功功率的设定值;以及输出步骤，将运算出的无功功率的设定值分别输出到同步调相机以及自动电压调整装置。
发明的效果
根据本发明，能提供无功功率控制装置以及无功功率控制方法，考虑到由可再生能源发电设备供给的电力的不稳定性，控制连接于电力系统的同步调相机所调整的无功功率、供给到电力系统的电力的无功功率，对各负载端(消耗地)的电力的无功功率进行最佳稳定化控制。
而且，上述以外的课题、构成以及效果由以下实施例的说明得以明确。
第五、附图说明
图1是说明本实施例中与电力系统连接的各发电设备的说明图。
图2是说明本实施例中用于控制无功功率的功能的说明图。
图3是说明本实施例中用于控制无功功率的流程的说明图。
图4是说明本实施例中微调无功功率的偏差设定值的说明图。
图中：
1—电力系统，2—消耗地，3—同步调相机，4—无功功率控制装置，5—中央供电站，10—可再生发电设备，11、12、13—AVR，15—可再生能源发电设备DB，21、22、23—AVR输入DB，25—消耗地输入DB，26—消耗地输出DB，31、32、33—AVR输出DB，35—同步调相机输入DB，36—同步调相机输出DB，41—输入部DB，42—运算部，43—输出部DB。
第六、具体实施方式
以下，使用附图说明实施例。而且，对同一构成标注同一符号，在说明存在重复的情况下，有时省略该说明。
实施例1
图1是说明本实施例中连接于电力系统的各发电设备的说明图。
对电力系统1供给由发电机(GEN1、GEN2、GEN3)发电的电力。这些发电机(GEN1、GEN2、GEN3)设置于在各地域(各地区)建设的发电设备(站)。例如，是设置在火力发电设备、原子力发电设备的发电机。另外，这些发电机(GEN1、GEN2、GEN3)设置于在一个地域(一个地区)建设的发电设备(站)。例如，是设置在一个发电设备的多个(多轴)发电机。
另外，对电力系统1供给由可再生能源发电设备10发电的电力。可再生能源发电设备10例如是太阳能发电设备、风力发电设备。
这样，本实施例中，在电力系统1上连接有各发电设备，同时存在由可再生能源发电设备10发电的电力和由设置在火力发电设备、原子力发电设备的发电机(GEN1、GEN2、GEN3)发电的电力。
并且，消耗由电力系统供给的电力的各负载端(以下，以“消耗地”进行说明)2与电力系统1连接。
因此，同时存在由可再生能源发电设备10发电的电力和由设置在火力发电设备、原子力发电设备的发电机(GEN1、GEN2、GEN3)发电的电力的电力系统1所供给的电力，尤其是由于由可再生能源发电设备10发电的电力的不稳定性，而存在不能适度设定消耗地2所请求的无功功率请求值的可能。
发电机(GEN1、GEN2、GEN3)中分别设置自动电压调整装置(AVR：automaticvoltage regulator。以下以“AVR”进行说明)(AVR11、AVR12、AVR13)。
本实施例中记载的AVR11(此处以AVR11为代表进行说明，AVR12以及AVR13也同样)自动进行调整，使得由发电机GEN1(此处使用与AVR11对应的GEN1进行说明，与AVR12对应的GEN2以及与AVR13对应的GEN3也同样)发电的电力的电压成为预定值。即，AVR11对供给到电力系统1的电力的电压进行自动调整。AVR12以及AVR13也同样。而且，本实施例中，记载了发电机为3台以及AVR为3台的情况，但并不限定于此。
而且，AVR11具有信息通信技术(ICT：information and communicationtechnology。以下以“ICT”进行说明)功能以及自动无功功率调整装置(AQR：automatic Qregulator)的功能(以下，该功能以“Var调整功能”进行说明)。此处Var调整功能是将由发电机GEN1发电的电力的无功功率自动调整成为预定值的功能。而且，AVR12以及AVR13也同样。
另外，电力系统1与同步调相机3连接。此处同步调相机3在无负载的状态下与电力系统1连接，本实施例中作为调整电力系统1的无功功率的设备进行说明。
本实施例中记载的无功功率控制装置4与消耗地2、同步调相机3、AVR11、AVR12、AVR13、可再生能源发电设备10、中央供电指示站(以下以“中央供电站”进行说明)5连接，与它们之间进行无功功率信息的收发(输入输出)。
而且，此处，中央供电站5经由各AVR(11、12、13)监视消耗地2处的电力的使用量、各发电机(GEN1、GEN2、GEN3)所发电的发电量，与无功功率控制装置4间共享包括无功功率信息的各种信息(有功功率(有効電力)、频率、电压等)。
本实施例中记载的无功功率控制装置4使用能进行自动解析以及高速运算的云网络(CLOUD NETWORK)进行说明，但并不限定于此，能聚集无功功率信息并自动调整在消耗地2设定的无功功率的变动即可。
无功功率控制装置4分别从AVR11输入无功功率Q(1)，从AVR12输入无功功率Q(2)，从AVR13输入无功功率Q(3)。这些无功功率Q(1)、无功功率Q(2)、无功功率Q(3)分别是发电机GEN1、发电机GEN2、发电机GEN3所发电的电力的无功功率。
另外，无功功率控制装置4从可再生能源发电设备10输入可再生能源发电设备10发电的电力的无功功率Q(r)。
另外，无功功率控制装置4从同步调相机3输入经同步调相机3调整的无功功率Q(s)。
另外，无功功率控制装置4从消耗地2输入在消耗地2设定的也就是消耗地2所请求的无功功率Q(req)(无功功率请求值)。
本实施例中记载的无功功率控制装置4例如使用无功功率Q(req)、无功功率Q(1)、无功功率Q(s)、无功功率Q(r)进行运算，将作为设定值的无功功率Q(ideal)(1)输出到AVR11。同样地，使用无功功率Q(2)等将无功功率Q(ideal)(2)输出到AVR12，使用无功功率Q(3)等将无功功率Q(ideal)(3)输出到AVR13。
另外，将作为设定值的无功功率Q(ideal)(s)输出到同步调相机3。
无功功率控制装置4使用所输入的这些无功功率的信息，运算用于同步调相机3以及AVR11进行调整的无功功率(无功功率Q(ideal)(1)以及无功功率Q(ideal)(s))，将运算出的无功功率(无功功率Q(ideal)(1)以及无功功率Q(ideal)(s))分别输出到同步调相机3以及AVR11。然后，同步调相机3以及AVR11基于所输入的无功功率(无功功率Q(ideal)(1)以及无功功率Q(ideal)(s))，分别控制同步调相机3以及AVR11所输出的无功功率(无功功率Q(1)以及无功功率Q(s))。而且，AVR12以及AVR13也同样。
进而，将这样作为设定值的无功功率Q(ideal)报告(Report)给消耗地2。
这样，即使是由可再生能源发电设备10发电的电力和由设置在火力发电设备、原子力发电设备的发电机(GEN1、GEN2、GEN3)发电的电力同时存在的电力系统1，本实施例中记载的无功功率控制装置4例如通过使用无功功率Q(1)(无功功率Q(2)、无功功率Q(3)也同样)、无功功率Q(s)、无功功率Q(r)逐次并且实时地运算无功功率Q(ideal)，来控制无功功率(Q(k)以及Q(s))，从而适度设定消耗地2所请求的无功功率Q(req)，也就是在消耗地2设定的无功功率请求值。而且，此处Q(k)是Q(1)、Q(2)、Q(3)的总称。
图2是说明本实施例中用于控制无功功率的功能的说明图。
本实施例中记载的无功功率控制装置4具有作为输入部的输入部数据库41、运算部42、作为输出部的输出部数据库43。而且在下文将数据路表述为“DB”进行说明。
输入部DB41具有：保存从消耗地2输入的无功功率Q(req)的消耗地输入DB25;保存从同步调相机3输入的无功功率Q(s)的同步调相机输入DB35;保存从AVR11输入的无功功率Q(1)的AVR11输入DB21;保存从AVR12输入的无功功率Q(2)的AVR12输入DB22;保存从AVR13输入的无功功率Q(3)的AVR13输入DB23;以及保存从可再生能源发电设备10输入的无功功率Q(r)的可再生能源发电设备输入DB15。
即，输入部DB41是将这些无功功率Q(req)、无功功率Q(s)、无功功率Q(1)、无功功率Q(2)、无功功率Q(3)、无功功率Q(r)作为无功功率的信息输入的输入部。
运算部42例如使用所保存的无功功率Q(req)、无功功率Q(1)、无功功率Q(s)、无功功率Q(r)来运算作为设定值的无功功率Q(ideal)(1)。同样地，使用无功功率Q(2)等来运算无功功率Q(ideal)(2)，使用无功功率Q(3)等来运算无功功率Q(ideal)(3)。另外，同样地，运算作为设定值的无功功率Q(ideal)(s)。
即，运算部42使用所输入的无功功率的信息，运算由同步调相机3调整的无功功率Q(ideal)(s)以及用于AVR(11、12、13)进行调整的无功功率Q(ideal)(1、2、3)。
而且，运算部42从在消耗地2设定的无功功率Q(req)中减去将例如由AVR(11)调整的无功功率Q(1)(由AVR(12)调整的无功功率Q(2)、由AVR(13)调整的无功功率Q(3)也同样)、由同步调相机3调整的无功功率Q(s)以及由可再生能源发电设备10发电的电力的无功功率Q(r)相加得到的无功功率，运算出偏差。
另外，运算部42进行该偏差与事先设定的预定无功功率(后述的Q(gap))的比较运算。
另外，在该偏差大于或等于事先设定的预定无功功率(后述的Q(gap))的情况下，运算部42判定循环持续时间是否大于或等于预定时间。
另外，在循环持续时间大于或等于预定时间的情况下，为了缩短循环持续时间，运算部42对事先设定的预定无功功率(后述的Q(gap))进行微调。
输出部DB43具有AVR11输出DB31、AVR12输出DB32、AVR13输出DB33、消耗地输出DB26以及同步调相机输出DB36。而且，分别将运算出的无功功率Q(ideal)(1)保存在AVR11输出DB31，将无功功率Q(ideal)(2)保存在AVR12输出DB32，将无功功率Q(ideal)(3)保存在AVR13输出DB33，将无功功率Q(ideal)保存在消耗地输出DB26，将无功功率Q(ideal)(s)保存在同步调相机输出DB36，并且将运算结果输出到AVR11、AVR12、AVR13、同步调相机3。
而且，AVR11、AVR12、AVR13、同步调相机3基于所输出的运算结果(无功功率Q(ideal)(1)、无功功率Q(ideal)(2)、无功功率Q(ideal)(3)、无功功率Q(ideal)(s))，分别控制同步调相机3、AVR11、AVR12、AVR13所输出的无功功率(无功功率Q(1)、无功功率Q(2)、无功功率Q(3)、无功功率Q(s))。
即，输出部DB43是将运算部42运算出的无功功率(无功功率Q(ideal)(1)、无功功率Q(ideal)(2)、无功功率Q(ideal)(3)、无功功率Q(ideal)(s))分别输出到AVR11、AVR12、AVR13、同步调相机3的输出部。
另外，将作为设定值的无功功率Q(ideal)报告(Report)给消耗地2。
由此，即使是由可再生能源发电设备10发电的电力和由设置在火力发电设备、原子力发电设备的发电机(GEN1、GEN2、GEN3)发电的电力同时存在的电力系统1，例如通过使用无功功率Q(1)(无功功率Q(2)、无功功率Q(3)也同样)、无功功率Q(s)、无功功率Q(r)逐次并且实时地运算无功功率Q(ideal)，能实现无功功率Q(req)的稳定控制，满足消耗地2所请求的无功功率Q(req)、即在消耗地2设定的无功功率请求值。
而且，本实施例中记载的无功功率控制方法具有：将无功功率Q(1)(无功功率Q(2)、无功功率Q(3))、无功功率Q(s)、无功功率Q(r)、无功功率Q(req)作为无功功率的信息输入的步骤;使用所输入的无功功率的信息来运算用于同步调相机3以及AVR(11、12、13)进行调整的无功功率(无功功率Q(ideal)(1)、无功功率Q(ideal)(2)、无功功率Q(ideal)(3)、无功功率Q(ideal)(s))的步骤;以及，将运算出的无功功率(无功功率Q(ideal)(1)、无功功率Q(ideal)(2)、无功功率Q(ideal)(3)、无功功率Q(ideal)(s))分别输出到同步调相机3以及AVR(11、12、13)的步骤。
另外，本实施例中记载的无功电压(無効電圧)控制装置4通过具有ICT功能而能够进行集中监视、集中控制。进而，具有逐次抑制无功功率的功能、实时聚集无功功率信息的功能。而且，即使是在电力系统1中同时存在不稳定地变动的可再生能源发电设备10的情况，也能逐次消除消耗地2处的无功功率的不可预测的行为，实时地适度控制无功功率。
另外，本实施例中记载的AVR通过具有ICT功能、Var调整功能而能进行数据通信、数据协调，能逐次且实时地调整无功功率。尤其是具有自动地逐次且实时地接收(输入)无功电压控制装置4运算出的无功功率作为反馈指令的功能，从而使得消耗地2处的无功功率适度。进而，通过将Var调整功能集成至AVR，能期待节约现场的设置面积。
本实施例中，对于对消耗地2产生影响的发电设备的无功功率，通过无功电压控制装置4能进行集中监视、集中控制。使不稳定地变动的可再生能源发电设备10、AVR、同步调相机3经由无功电压控制装置4连动，从可再生能源发电设备10、AVR、同步调相机3实时地接收(收集、输入)无功功率信息。而且，对于AVR、同步调相机3，逐次地控制无功功率。
而且，即使是日后可再生能源发电设备10的发电量所占比例越来越大的电力系统1，也能实现消耗地2所请求的、即在消耗地2设定的无功功率Q(req)(无功功率请求值)的稳定控制。
图3是说明本实施例中用于控制无功功率的流程的说明图。
无功功率控制装置4通过输入部自动地连续(逐次并且实时)接收(收集、输入)无功功率Q，通过运算部42进行运算，通过输出部发送(输出)运算结果。
而且，无功功率控制方法具有通过输入部自动地连续(逐次并且实时)输入(收集、接收)无功功率Q的步骤、通过运算部42进行运算的步骤以及通过输出部输出(发送)运算结果的步骤。
尤其是运算部42执行以下的处理(进行运算的步骤)。
首先，设定运算循环的反复次数(i)，也就是循环次数i=0，处理开始(101)。
接着，输入各种无功功率Q(102)。
即，分别从AVR11输入无功功率Q(1)，从AVR12输入无功功率Q(2)，从AVR13输入无功功率Q(3)。而且，在此处，将循环次数i时来自AVR(k)的无功功率Q表述为无功功率Q(k、i)。即，例如，循环次数(第一次)时来自AVR11的无功功率Q表述为无功功率Q(11、1)。
另外，从可再生能源发电设备10输入无功功率Q(r)。而且，在此处，循环次数i时来自可再生能源发电设备10的无功功率Q表述为无功功率Q(r、i)。
另外，从同步调相机3输入无功功率Q(s)。而且，在此处，循环次数i时来自同步调相机3的无功功率Q表述为无功功率Q(s、i)。
另外，从消耗地2输入无功功率Q(req)(无功功率请求值)。
接着，执行无功功率Q的当前值的监控和设定值(运转方式)的设定(103)。在本实施例中，尤其针对无功功率Q(k、i)以及无功功率Q(s、i)来执行。即，无功功率Q(k、i)以及无功功率Q(s、i)被分别设定为无功功率控制装置4运算出的无功功率Q(ideal)(k、i)以及无功功率Q(ideal)(s、i)。而且，在循环次数i=0的情况下，初始值设定为无功功率Q(k、0)以及无功功率Q(s、0)。
而且，作为当前值的无功功率Q(k、i)能逐次并且实时地监控，作为设定值的无功功率Q(ideal)(k、i)、无功功率Q(ideal)(s、i)综合考量变动因素来设定。作为变动因素，例如具有考虑到发电方式(太阳能发电、风力发电)、地域性的可再生能源发电设备10的发电量的变动、消耗地2的运转方式的变更、对应于发电机(GEN1、GEN2、GEN3)、同步调相机3的驱动台数、设置台数的电力系统1的稳定性等。
接着，判定无功功率Q(k、i)、无功功率Q(s、i)、无功功率Q(r、i)的合计值与无功功率Q(req)(无功功率请求值)的偏差是否在预定值(无功功率Q(gap))以内(104)。而且，无功功率Q(gap)是无功功率的偏差设定值，无功功率Q(gap)的初始设定值基于后述的主要条件要素(素案)(过去的保存数据)来设定。而且，也能使该无功功率Q(gap)(无功功率的偏差设定值)在白天和夜间发生变化。
即，判定下述式子(1)的关系。
If{Q(req)-[Q(k、i)+Q(s、i)+Q(r、i)]
而且，在Q(k、i)+Q(s、i)+Q(r、i)具有多个的情况下，将它们相加。
即，在进行运算的步骤中，从Q(req)中减去将Q(k、i)和Q(s、i)和Q(r、i)相加得到的无功功率，运算出偏差。
进而，在进行运算的步骤中，对该偏差和Q(gap)(事先设定的预定无功功率)进行比较运算。
在满足该关系式(1)的情况下，即在左边小于Q(gap)的情况下，判定这些无功功率Q适宜(不点亮报警(Alarm))。
在不满足该关系式(1)的情况下，即，在左边大于或等于Q(gap)的情况下，判定这些无功功率Q不适宜(点亮报警(Alarm))。
而且，无功功率Q(gap)能通过无功功率控制装置4的运算部42调整。
接着，在满足关系式(1)的情况下，即在左边小于Q(gap)的情况下，维持无功功率Q(110)。
之后，使循环次数i增加“1”，更新无功功率Q的当前值以及设定值(111)。
另一方面，在不满足关系式(1)的情况下，即，在左边大于或等于Q(gap)的情况下，判定循环持续时间是否大于或等于预定时间。本实施例中，例如判定循环持续时间是否大于或等于0.1秒(105)。
即，在进行运算的步骤中，在该偏差大于或等于Q(gap)(事先设定的预定无功功率)的情况下，判定循环持续时间是否大于或等于预定时间(本实施例中为0.1秒)。
关于这样的判定，尤其是在可再生能源发电设备10与电力系统1连接的情况下，由可再生能源发电设备10发电的电力受到环境(例如天气)很大影响，存在电力的变动增大的情况，而导致变得不稳定，因此设定的判定。
在循环持续时间小于0.1秒的情况下，重估作为设定值的无功功率Q(ideal)(k、i)以及无功功率Q(ideal)(s、i)(106)。而且，此处也综合地再次考量变动因素来进行重估。
而且，在之后，使循环次数i增加“1”，更新无功功率Q的当前值以及设定值(107)。
另一方面，在循环持续时间大于或等于0.1秒的情况下，为了缩短循环持续时间，微调Q(gap)(108)。
即，在进行运算的步骤中，在循环持续时间大于或等于预定时间(本实施例中为0.1秒)的情况下，为了缩短循环持续时间，微调Q(gap)(事先设定的预定无功功率)。
关于这样的微调，尤其是在可再生能源发电设备10与电力系统1连接的情况下，由可再生能源发电设备10发电的电力受到环境(例如天气)很大影响，存在电力的变动增大的情况，变得不稳定，而因此设定的微调。而且，所谓微调是指修正Q(gap)的初始设定值，与修正值的大小无关。
之后，将Q(gap)置换为微调后的Q′(gap)(Q(gap)=Q′(gap))，再次执行关系式(1)的判定(109)。
图4是说明本实施例中微调无功功率的偏差设定值的说明图。
此处，使用图4说明对无功功率的偏差设定值的微调。图4例如表示无功功率(Q)相对于时间(t)的关系，描绘出关系式(1)的左边的无功功率(此处对其以(无功功率Q)进行说明)收敛于Q(ideal)。
在初始设定值为Q(gap)的情况下，在以Q(ideal)为中心的2Q(gap)的范围内，(无功功率Q)在时间t1时未收敛。另一方面，在将初始设定值(初始值)微调为Q′(gap)的情况下，在以Q(ideal)为中心的2Q′(gap)的范围内，(无功功率Q)在时间t1时收敛。
这样，通过将初始设定值从Q(gap)微调为Q′(gap)，在时间t1以后，能判定(无功功率Q)即所谓偏差收敛于容许范围内。
本实施例中，在控制无功功率Q时，自动调整与目标值的偏差，即Q(gap)，这能够克服以下问题，即，由于难以预测的变动，不收敛于Q(ideal)，导致过度浪费算法的判定循环所需时间。
尤其是通过自动调整Q(gap)，在判定(1)的关系时，能够克服以下问题，即，由于不稳定地变动的再生能源发电设备10的难以预测的变动，不收敛于Q(ideal)，导致不必要地浪费大于或等于算法的判定循环中的设定时间(循环持续时间)的时间。
而且，设定时间能够设定为越短则判定越严格，越长则判定越缓和。
例如，考虑可视为代表性可再生能源发电设备10的太阳能发电、风力发电分别向系统侧以无功功率Qs(r，i)(太阳能)以及无功功率Qw(r，i)(风力)供电的情形，则连同无功功率Qs(r，i)(太阳能)以及无功功率Qw(r，i)(风力)一起，在预定条件下，发电量也不同，因此相应的预置(初始设定)的Q(gap)也有必要调整。
尤其是在太阳能发电的情况下，对无功功率Qs(r，i)(∝日光照射量)产生影响的主要条件要素为时刻(hh小时mm分钟)、日期时间(mm月dd日)、天气(晴朗(云量0～10%)、晴(云量20～80%)、多云(云量90～100%)+雨、雪、雾等的影响)、场所(基于纬度、经度的地域差)、太阳能发电的设备规格(电池板面积、发电效率、额定日光照射量等)等。
另外，例如能以系数对基于天气的补正进行分类，乘以预定比率来调整。作为调整系数要素，从气象厅等的数据库实时地获取最新天气信息。例如，(1)作为基于云量的补正，可以认为某一量×(100-云量)%，(2)作为基于雨、雪、雾的补正，可以认为某一量×50(维持(HOLD)：典型的(typical))%。
另外，尤其是在风力发电的情况下，对无功功率Qw(r，i)(在发电设备中，受到实际吹着的风使发电机的螺旋桨(プロペラ)旋转的转速(RPM)左右)造成影响的主要条件要素为场所(基于纬度、经度的地域差)、日期时间(mm月dd日)(通常具有在冬天风速大，在夏天风速低的倾向)、地上高度(通常具有高度越上升则风速越快，高度越下降则风速越慢的倾向)、风力发电的设备规格(设置台数、额定风速、发电效率、风车的摇头功能、活动叶片的有无等)等。
而且，也能以系数对基于变动因素的补正进行分类，并乘以预定平均风速来调整。例如，(1)作为基于日期时间(四季)的补正，可认为某一量×1.0(春、秋)、某一量×0.8(夏)、某一量×1.2(冬)(维持(HOLD)：典型的(typical))，(2)作为基于风车的摇头功能、活动叶片的有无的补正，可认为某一量×cosθ(θ=风速矢量与风车旋转轴所成的角度)。
而且，在上述的实施例中，说明了使用多个调整系数的情况，但也可以使用单一(统一)的调整系数。
即，本实施例中，事先设定的预定无功功率如下进行设定，具有关于过去的日期时间以及时刻的可再生能源的发电量的DB，基于保存在该DB中的发电量来设定预定无功功率。另外，事先设定的预定无功功率可以使用基于实时的天气信息的调整系数(调整系数要素)来调整。另外，通过增长采样时间，通常能缓和参数的变化进行描绘。尤其是对于再生能源发电设备10这样的不规则且急剧变化的参数，在Q(gap)的范围内边界附近的(1)的关系那样的严格的判定时，这种方法是有效的。
这样，通过运算最佳无功功率Q(ideal)(k、i)以及无功功率Q(ideal)(s、i)，并输出到AVR11、AVR12、AVR13以及同步调相机3，来控制无功功率Q(1)、无功功率Q(2)、无功功率Q(3)以及无功功率Q(s)，即使在电力系统1上连接了电力变动大的可再生能源发电设备10的情况下，也能实现电力系统1的稳定化。
而且，本发明不限定为上述的实施例，而是包含各种变形例。例如，上述的实施例是为了易于理解本发明而详细进行说明的实施例，并不一定限定为具备所说明的所有构成的实施例。
无功功率 份2：
无功功率管理
第一、技术领域
本发明涉及配电网络中无功功率流的管理。具体但不排他地，其涉及 用于控制耗电和/或供电装置上的无功功率流的装置及方法。
第二、背景技术
通常经由配电网络从供应商(诸如电站)向消费者(诸如家庭住户和 企业)进行电力供应。图1示出了包括输电网100和配电网102的示例性 配电网络1。输电网与发电厂104连接，该发电厂可以是核电厂或燃气发 电厂，例如，输电网利用输电线(诸如架空输电线)从发电厂向配电网102 输送大量极高电压(例如，在英国通常是204kV量级;然而这因国家而 异)下的电能。输电网100经由包括变压器106的变压器节点106与配电 网102连接，该变压器106将供电转换为较低电压(例如，在英国通常是 50kV量级;然而这因国家而异)以在配电网102中分配。配电网又经由 包括用于转换为更低电压的其他变压器的变电站108与本地网络(诸如提 供给家庭用户114的城市网络112)连接，以及与工业用户(诸如工厂110) 连接。小型电力供应商(诸如风力发电厂116)也可与配电网102连接并 向其供电。电力通常通过配电网络的所有部分以正弦交流(AC)波形式 传输。
例如，在家庭用户114地点连入网络的耗电装置充当网络上的负载， 从其中获取电力。由每个这种装置提供的负载通常不是纯电阻性的，而是 包括由于装置中的电容和/或电感元件而形成的无功元件。负载的无功分量 在具有高电感的装置(诸如电机和变压器)和具有高电容的装置中可能特 别大。这种装置会产生以与电压成±90°流通的无功电流分量;这使得在网 络中流通的电流相对于电压产生相移。
本文中使用术语“无功功率”来指在网络给定位置处流通的无功电流 分量与电压的乘积。该无功功率产生了向装置的非净能量(no net energy) 传输，但其对网络和电力供应商均产生影响，如下文所述。本文中使用术 语“有效功率”来指耗电装置的电能消耗速率。本文中使用术语“功率因 数”来指有效功率与有效功率和无功功率的矢量和的比。
尽管单个装置的无功负载对网络中的电流-电压相位差的影响可能很 小，但由多个装置的累积影响可能很明显。电流-电压相位差变得越大， 必须提供给装置的电流大小就越大，以便能提供给定的有效电流(即，与 网络电压同相位流通的电流分量)以及由此的给定量的有效功率。此外， 网络中由于例如输电线发热而产生的能量损失取决于总电流，而无论该电 流是有效的还是无功的。因此，这种相位差有效增加了必须由电力供应商 产生并提供的总电流的大小以满足其消费者的需求;这对电力供应商造成 了经济负担，增加了发电成本。类似地，增加了为给消费者提供给定量电 力而由电力供应商消耗的资源量，这可能造成不良环境影响。
此外，网络元件(诸如变压器和输电线)的尺寸是根据网络中流通的 电流(无论是有效的还是无功的)的总大小来设计的;因此，其操作会受 到任何无功电流的不利影响(由于热损失等原因)。
传统上，对降低在该网络中流通的电力的电流-电压相位差的努力集 中于在大型电力供应商处最小化无功功率贡献和/或建立适当的无功功率 补偿量，以及在配电网络中的变电站处建立对无功功率的补偿。例如，电 站可独立使用或根据网络运营商的指示使用电容器和/或电感器组来调整 电站的无功功率贡献。然而，无功功率补偿仅在近距离处有效(由于例如 热损失)，且此外，电流-电压相位差可能根据在配电网络中的位置不同而 显著改变;这意味着少数大型电力供应商处的无功功率补偿不能对局部电 流-电压相位差有效提供补偿。
无功功率的一些大型用户也可采用某些通过使用辅助装置(诸如开关 电容器或空载同步电机)补偿其生成的无功功率来最小化其自身对网络的 无功功率贡献的方法;实际上，某些电力供应商通过对除实际功耗之外的 无功功率贡献收费来鼓励工业用户(诸如工厂)减少无功功率贡献。这些 方法全部集中在最小化单个装置对网络中的电流-电压相位差的贡献。
美国专利申请第US2009/0200994A1号描述了一种可再生能源的分布 式系统，每个系统均包括用于根据需求生成无功功率的电路。每个可再生 能源系统均与中心控制的“网络运营中心”通信，该网络运营中心远程控 制可再生能源的无功功率生成。网络运营中心从公用事业公司(即，电力 供应商)接收对所需无功功率量的请求;作为响应，该网络运营中心计算 所需的来自在其控制下的每个可再生能源系统的最优无功功率贡献以产 生必要补偿，并相应地向可再生能源发送命令。这提供了一种有效补偿可 能存在于网络中的电流-电压相位差的方法。然而，US2009/0200994A1的 系统需要中心控制，且不能对本地网络中电压-电流相位差的多种局部变 化作出反应。
本发明的目的在于至少解决现有技术的一些问题。
第三、发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种与电力装置一起使用的无功功率 控制装置，该电力装置在与其连接时用于消耗来自配电网络的电力或向配 电网络供电，该无功功率控制装置包括：
检测装置，其用于在电力装置处检测在配电网络中流通的电力的无功 功率特性，该无功功率特性与在配电网络中流通的电力的无功功率分量相 关;以及
控制装置，其被配置为基于检测到的无功功率特性来控制由电力装置 对配电网络的无功功率贡献，以调整检测到的无功功率特性的值。
通过基于在电力装置处进行的无功功率特性测量来控制电力装置处 的无功功率供应，可为无功功率的局部变化提供实时补偿。无功功率控制 装置能基于局部测量通过无功功率贡献的自主变化来实现对这些局部变 化的补偿，且不需要中心控制。
在优选实施方式中，无功功率控制装置被配置为确定检测到的无功功 率特性的值，并将确定值与预定义值相比较，以及控制装置被配置为控制 无功功率贡献，以降低检测值与预定值之间的差。
因此，无功功率控制装置可被配置为控制电力装置以产生无功功率贡 献，该无功功率贡献驱使配电网络中电力的无功功率达到预定最优值。
无功功率特性可与在配电网络中流通的电力的电压与电流之间的相 位差相关;预定义值可包括预定义相位差值。
优选地，无功功率补偿装置被配置为基于检测到的无功功率特性来确 定无功功率分量是否比预定义值更具电感性或者是否比预定义值更具电 容性，且控制装置被配置为：
响应对检测到的无功功率分量比预定义值更具电感性的确定，控制电 力装置将电容无功功率贡献给配电网络;以及
响应对检测到的无功功率分量比预定义值更具电容性的确定，控制电 力装置将电感无功功率贡献给配电网络。
因此，无功功率补偿装置可控制电力装置补偿配电网络中的电感或电 容功率流。
在一些实施方式中，检测装置被配置为检测无功功率特性的变化;以 及控制装置被配置为响应检测装置检测无功功率特性的值越过阈值的过 渡，改变对配电网络的无功功率贡献。
优选地，控制装置被配置为：
响应检测到的无功功率分量的值从小于第一阈值的值变为大于第一 阈值的值，将由电力装置贡献给配电网络的无功功率的值从第一预定值变 为第二预定值;以及
响应无功功率分量的值从大于第二阈值的值变为小于第二阈值的值， 将由电力装置贡献给配电网络的无功功率从第二预定值变为第一预定值， 第二阈值具有小于第一阈值的大小。
这在向配电网络提供无功功率时提供了一种滞后作用，从而在装置工 作时防止振荡发生，以及防止干扰配电网络中的电流。
优选地，控制装置被配置为在检测装置检测到无功功率特性的变化之 后，响应经过预定时间段来改变无功功率。这也防止将振荡引入该系统中 的电流。
在一些实施方式中，在配电网络中流通的电力包括具有预定周期的交 流电流，且控制装置被配置为控制开关装置在预定周期的一个或多个部分 期间选择性中断向电力装置的供电。在一些实施方式中，控制装置包括电 流调制装置，诸如脉冲宽度调制装置，且功率特性包括耗电装置的电力占 空比特性。
在一些实施方式中，电力装置包括用于向配电网络供电的供电装置， 该供电装置被配置为提供直流电，以及控制装置被配置为控制直流交流转 换装置。
无功功率控制装置可包括用于检测在配电网络中流通的电力的一个 或多个电力质量特性的装置，且控制装置被配置为控制由电力装置提供和 /或消耗的电力的特性，以改变所述检测到的电力质量特性，其中，检测到 的一个或多个电力质量特性包括以下至少一项：电流谐波;电压随机或重 复变化;网络失衡;功率流振荡;功率流瞬变。因此，本发明的实施方式 可用于校正配电网络中除无功功率特性之外的异常现象。
供电装置用于向配电网络提供电力，该供电装置可包括以下至少一 项：光伏发电装置、个人电动车、个人电动自行车以及家用可再生能源(诸 如CHP发电装置)。电力装置可包括供电装置，其被配置为向典型地高达 约10kW的配电网络供电，如本技术水平所允许。
在一些实施方式中，配电网络包括输电网和配电网，输电网经由一个 或多个变压器与配电网连接并向其供电，以及配电网向多个家庭和/或工业 用户供电，其中，电力装置用于消耗来自所述配电网的电力或向所述配电 网供电。因此，本发明的实施方式可用于输电网，例如，用于本地或城市 网络。这能实现对该网络中的局部无功功率流进行校正贡献。
在一些实施方式中，无功功率控制装置包括用于从控制中心接收激活 信号的通信接口，且控制装置被配置为响应在通信接口处对激活信号的接 收，执行对无功功率贡献的控制。这能使中心实体激活和/或停用一个或多 个无功功率控制装置;这在本发明的应用中是很有用的，其中，无功功率 装置组被用于基于需求来提供无功功率补偿，例如作为将无功功率出售给 电力供应商的方案的一部分。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制配电网络中的无功功率 流的系统，该系统包括如上所述的分配的多个无功功率控制装置，每个无 功功率控制装置控制与配电网络连接的相应电力装置。本发明的实施方式 可由所分配的供电装置组来实现，该供电装置组被配置为共同向配电网络 提供补偿性无功功率补偿。
该系统还可包括控制中心，其用于将激活信号发送给分配的多个无功 功率控制装置中的每一个。
在优选实施方式中，多个无功功率控制装置中的不同无功功率控制装 置被配置为在接收到激活信号之后以不同时间间隔发起对控制的执行。这 能防止所有多个装置同时激活，从而使配电网络中的电功率流突然改变。
在一些实施方式中，无功功率控制装置包括用于监测相应电力装置的 一个或多个性能特性的装置，且每个装置被配置为将表示一个或多个性能 特性的数据传送至控制中心，该一个或多个性能特性包括以下至少一项： 检测到的在配电网络中流通的无功功率分量的值、由相应电力装置贡献给 配电网络的无功功率的量、以及对无功功率贡献执行控制的时间。
另外或可替代地，无功功率控制装置可包括用于测量在配电网络中流 通的电力的电力质量特性的装置，且每个无功功率控制装置被配置为传送 表示一个或多个电力质量特性的数据，该一个或多个电力质量特性包括以 下至少一项：无功功率特性;电流谐波;电压随机或重复变化;网络失衡; 功率流振荡;以及功率流瞬变。
这能使控制中心获得与测量相关的数据，该测量在整个配电网络的各 分配点处进行;例如，该数据对电力供应商监测网络状况是有价值的。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于控制与一个或多个电力装置 连接的配电网络中的无功功率流的方法，该一个或多个电力装置被配置为 消耗来自配电网络的电力和/或向配电网络供电，该方法包括：
在电力装置处检测在配电网络中流通的电力的无功功率特性，无功功 率特性与在配电网络中流通的电力的无功功率分量相关;以及
基于检测到的无功功率特性，由电力装置控制对配电网络的无功功率 贡献，以调整检测到的无功功率特性的值。
根据以下参照附图进行的仅以实例方式给出的本发明优选实施方式 的描述，本发明的其他特征和优势将变得显而易见。
第四、附图说明
图1示出了现有技术的配电网络;
图2示出了根据本发明实施方式的无功功率控制装置、耗电和/或供 电装置、配电网络以及它们之间的连接;
图3a示出了耗电装置的耗电周期;
图3b示出了根据本发明实施方式的耗电装置的功率的第一类型控制 功耗;
图3c示出了根据本发明实施方式的耗电装置的功率的第二类型控制 功耗;
图3d示出了根据本发明实施方式的耗电装置的功率的第三类型控制 功耗;
图4示出了根据本发明实施方式的无功功率控制装置、供电装置、配 电网络以及它们之间的连接;
图5a是示出DC供电装置输出端处的电压对时间的曲线图;
图5b是示出由根据本发明实施方式的在第一模式下工作的无功功率 控制装置控制的H桥终端处电压随时间的变化的曲线图;
图5c是示出由根据本发明实施方式的在第二模式下工作的无功功率 控制装置控制的H桥终端处电压随时间的变化的曲线图;
图5d是示出由根据本发明实施方式的在第三模式下工作的无功功率 控制装置控制的H桥终端处电压随时间的变化的曲线图;
图5e是示出通过由根据本发明实施方式的在第一模式下工作的无功 功率控制装置控制的供电装置提供给配电网络的电流的电流随时间的变 化的曲线图;
图5f是示出通过由根据本发明实施方式的在第二模式下工作的无功 功率控制装置控制的供电装置提供给配电网络的电流的电流随时间的变 化的曲线图;
图5g是示出通过由根据本发明实施方式的在第二模式下工作的无功 功率控制装置控制的供电装置提供给配电网络的电流的电流随时间的变 化的曲线图;
图6是示出根据本发明实施方式的当控制耗电和/或供电装置时由无 功功率控制装置执行的步骤的流程图;
图7是示出在根据本发明实施方式的耗电和/或供电装置处所测网络 无功功率对所生成无功功率的曲线图。
第五、具体实施方式
图2示出了在电力装置202位置处用于控制在配电网络1中流通的电 力的电流与电压之间的相位差的无功功率控制装置200。电力装置202可 以是一种耗电装置，例如，具有小于500W额定功率的低耗电装置(诸如 节能灯、手机充电器、计算装置电源)，具有500W与10kW之间的额定 功率的中型电力装置(诸如个人电动车(PEV))，或具有大于10kW额定 功率的大型电力装置(诸如位于工厂的工业机械)。应当注意，该装置可 以是单相或多相的;在后者情况下，上述额定功率适用于每相。
当电力装置202包括耗电装置时，通常以交流形式(诸如正弦交流) 由配电网络1向电力装置202供电。
另外或可替代地，电力装置202可包括向配电网络1供电的供电装置。 供电装置可包括利用例如光伏电池发电的发电装置，或者可包括简单存储 能量并在需要时释放能量的装置。一些装置既可用作耗电装置也可用作供 电装置;例如，个人电动车(PEV)通常具有存储大量电力的能力。这意 味着除作为电力消耗者之外，它们还可在高需求时用作网络的电源，在这 些时候将存储在PEV电池中的电力反馈给网络。
在本发明的实施方式中，电力装置200通常与以上参照图1所述的配 电网络1的配电网102部分连接，例如，与本地网络(诸如城市网络)连 接。
无功功率控制装置200可被实施为电力装置202的主要部分或其外围 设备;例如，其可被实施为用于手机充电器或PEV的AC/DC转换器的一 部分。在其他配置中，无功功率控制装置可被实施为独立装置，该独立装 置可与配电网络202连接，且电力装置202可与该独立装置可互换式连接， 使得电力装置经由无功功率控制装置200从配电网络202接收电力和/或向 配电网络202供电。
图2所示的示例性无功功率控制装置200包括无功功率表203、控制 单元204和电流控制装置212。无功功率表203在电力装置202位置处检 测并测量与配电网络1中流通的电力的无功功率分量相关的无功功率特性 (RPC)。无功功率表203可包括在锁相环(PLL)电路中常见的相位检测 器，在电力装置202位置处测量配电网络1中电力的电压和电流及其时间 特性的伏特表与安培表的组合以及时钟，或者能够测量配电网络中流通的 电力的无功功率特性的任何其他装置。无功功率表203将测量信号发送至 控制单元204以表示它检测到的RPC。该测量信号可包括表示无功功率分 量的大小和/或符号(即，电流是滞后还是领先于电压)的数据。
参照检测到的相位差来描述以下多个实例;然而，在一些实施方式中， 可检测到不同RPC，且可用其来确定无功功率控制装置200的模式，例如， 无功功率分量的大小或电流的功率因数。此外，当本文描述无功功率表203 “测量”或“检测”RPC时，这应被理解为包括无功功率表203向控制单 元204提供数据从而控制单元204可从该数据获得RPC的情况;例如， 无功功率表203可向控制单元提供表示在配电网络1中流通的交变电力的 峰值电压和峰值电流的时序的数据，控制单元204可从该数据获得相位差。
控制单元204包括处理器206、数据存储器210和通信接口208。处 理器206例如可被实施为可编程器件或使用简单逻辑电路，其接收由无功 功率表203发送的测量信号，并基于这些信号来确定在该网络中流通的电 力的电流-电压相移，以及将控制信号发送至电流控制装置212。数据存储 器210可用于记录数据，诸如表示由无功功率表203进行的测量的数据、 由处理器206发送给电流控制装置212的控制信号等。I/O接口208可用 于与控制中心通信以向其提供数据存储器中记录的数据和/或从控制中心 接收激活和/或停用信号;下文将更详细地描述控制中心及其与无功功率控 制装置的交互。
电流控制装置212从处理器206接收控制信号，并基于这些信号来控 制去往和/或来自电力装置202的电流，从而使电力装置202向配电网络1 贡献无功功率流，来自电力装置202的无功功率流贡献被选为电容或电感 功率流，以驱使电流-电压相位差达到设定的最佳值，如下文所讨论。
现参照图3a至图3d来描述电流控制装置212的示例性操作，图3a 至图3d示出了电力装置202处电压随时间的变化。为清楚起见，在这些 实例中，假设电力装置202是耗电装置且被称为耗电装置;然而，需要理 解，所提供的实例加以必要修改，同样适用于供电装置。
图3a至图3d的阴影区表示电流控制装置212控制耗电装置202从配 电网络1获取电流的时间段;非阴影区表示电流控制装置212控制耗电装 置202不从配电网络1获取电流的时间段。可通过操作开关装置(通常为 半导体开关装置)来执行该控制，以选择性地将耗电装置202连接至配电 网络1以及将耗电装置202与配电网络1断开。以此方式，无功功率控制 装置200可改变耗电装置202的占空比，使得耗电装置202在给定周期内 不对称地消耗电力，从而调整其提供给配电网络1的无功功率量，如现在 更详细描述。通过调制提供给耗电装置的电流，耗电装置202的无功功率 贡献可在不使用产生无功功率的任何附加装置(诸如开关电容器)的情况 下被改变。此外，电流调制方法能实现对网络条件改变的比利用这些附加 装置可能的更迅速的响应。
在图3a)所示的无功功率控制装置200的第一工作模式下，耗电装 置202在整个电压周期内从配电网络1获取电流。在该模式下，电流控制 装置212不对耗电装置202施加任何影响，即，上述开关在整个电压周期 内处于“接通”位置。在该工作模式下，电流控制装置212对网络中电流 -电压相位差无影响。该工作模式在本文中被称为“中性模式”。
在图3b)所示的第二工作模式下，无功功率控制装置200控制耗电 装置202仅在每次装置202处的电压过零之后的时间段T1内获取电流。 这会产生根据与电压相同的频率但却领先于它来变化的电流分量，即无功 功率控制装置212控制耗电装置202将电容无功功率提供给配电网络;传 统地，指定相位差为电流领先于电压的正值。按照该惯例，在该工作模式 下，无功功率控制装置200控制耗电装置202对在配电网络1中流通的电 力的电流-电压相位差产生正贡献。耗电装置202对电流-电压相位差提供 正贡献的工作模式在本文中统称为“电容模式”。
在图3c)所示的第三工作模式下，电流控制装置212控制耗电装置 202仅在每次电压过零之前的时间段T2内获取电流;时间段T2的长度可 以与时间段T1的长度相同或不同。这会产生根据与电压相同的频率但却 滞后于它变化的电流分量，即电流控制装置212控制耗电装置202将电感 贡献提供给网络中的功率流。按照上述惯例，在该工作模式下，无功功率 控制装置200控制耗电装置202的功耗以对在配电网络1中流通的电力的 电流-电压相位差产生负贡献。耗电装置202对电流-电压相位差提供负贡 献的工作模式在本文中统称为“电感模式”。
尽管图3a)至图3c)示出了电流控制装置212的三种工作模式，但 在本发明的一些实施方式中，无功功率控制装置200具有不同模式数量。 例如，其可具有T1和/或T2的值发生改变以由耗电装置202产生更大或 更小的无功贡献的不同模式。另外或可替代地，其可具有将电压周期划分 为多个时隙的一种或多种工作模式，且从所选多个时隙获取电流以调整耗 电装置202的无功贡献。该工作模式的一个实例如图3d)所示，其中，将 每个半周期C划分为16个时隙，且从所选多个时隙获取电力;尽管为便 于理解而仅示出了16个时隙，但通常将每个半周期C划分为成百上千个 时隙，这能实现功耗在电压周期内的更平整分布。在图3d)所示实例中， 在每个半周期C初期部分中每隔一个时隙期间向耗电装置供电，且在每个 半周期C后期部分期间仅每三个时隙供电，从而产生对配电网络的电容无 功功率贡献。
在本发明的一些实施方式中，电流控制装置212包括脉冲宽度调制 (PWM)单元，并根据PWM方法来工作，如现在所述。在PWM方法中， 再将来自配电网络1的供电的每个周期划分为时隙，例如几十个时隙，且 在向耗电装置212供电的每个时隙期间的时间比例根据周期内的时隙位置 来改变;例如，耗电装置202可在每个周期的第一和第三四分之一周期期 间以45%的能力运行，以及在第二和第四四分之一周期期间以55%的能力 运行以产生“滞后”电感功率贡献。例如，这可通过将每个时隙划分为子 时隙并仅在部分给定时隙的子时隙期间向耗电装置供电来实现。
如上所述，尽管上述与图2和图3相关的实例称电力装置202为耗电 装置，但在本发明的一些实施方式中，电力装置202是向配电网络1供电 的供电装置，且无功功率控制装置200控制供电而不是耗电。在后者情况 下，根据上述原理来修改由电力装置202提供的交流。当由电力装置202 提供的电流是AC形式时，或者在进行如上所述处理之前被转换为AC形 式时，该方法尤为适用。
然而，在电力装置202提供DC电流的情况下，例如，若电力装置是 太阳能板或蓄电装置(诸如PEV或个人电动自行车电池)，则其可便于将 电流调制为DC到AC转换过程的一部分。此外，在由电力装置202提供 的AC电可变或质量差的情况下(例如，在家用生物燃料发电机中)，在 根据现在描述的方法重新将其转换为AC电之前，可便于将AC电转换为 稳定的DC电。AC/DC转换可利用临时或间歇式能量存储器(诸如电池) 来实现。
图4示出了可被用作(DC/AC)转换装置(通常被称为“逆变器”) 的一部分的无功功率控制装置200的细节，如下文所述。在该实例中，无 功功率控制装置200与DC供电装置202a一起使用，且电流控制装置212 包括H桥412、电感器404和变压器406，这些器件的功能如下所述。
来自DC供电装置202a的DC供电与H桥412连接，该H桥包括四 个开关400a至400d，它们通常被实施为晶体管或其他半导体开关。H桥 412由无功功率控制单元204控制，以控制DC供电装置202a的无功功率 贡献。H桥经由端子402a和402b与电感器404及后续组件连接，如下文 所述。
通过改变H桥412的开关400的配置，可以改变H桥412的端子402a 和402b的极性。在对角线相对的开关400a和400d开启且开关400b和400c 关闭的配置中，H桥端子402a为负电性(即，电流通过端子402a流向供 电装置202b的负端401a)，而H桥端子402b为正电性(即，电流通过H 桥412的端子402b从供电装置410b的正端401a流出)。相反，在开关400a 和400d开启且开关400b和400c关闭的配置中，H桥端子402a为正电性 且H桥端子402b为负电性。
控制单元204的处理器206控制H桥的开关配置，以由端子402a和 402b产生AC信号。将来自H桥412的信号馈送给平滑AC信号的电感器 404，并由其馈送给变压器406，该变压器调整信号以使其具有适于在配电 网络1中传输的电压，来自变压器406的信号被馈送给该配电网络1。
图5a是供电装置202b的输出端401a和401b之间的电位差(V)对 时间(T)的曲线图。该电位差被示出为不变;实际上，若供电装置202a 是太阳能发电机，则例如根据天气情况可能会有随时间的一些变化。
图5b至图5d是示出当H桥412正在根据本发明实施方式的不同模 式下被控制时H桥端子402a和402b之间的电位差对时间的曲线图。图 5e至图5g示出了在变压器406的输出端408a和408b处电流(I)(即提 供给配电网络1的电流)随时间的相应变化。在参照图5b至图5d所述的 每个实例中，控制单元204控制H桥412，使得开关400a至400d以周期 性重复开-关顺序来工作，以在变压器的输出端480a和408b处产生交流。 所产生的交流被配置为与在配电网络1中流通的电力的电流同相，并具有 对应于该电力的电流的半周期C’长度。
图5b示出了当控制单元204正根据中性工作模式来控制H桥412时， 在H桥端子402a和402b处电压对时间的变化。在该工作模式下，控制单 元204以重复开-关顺序来控制H桥412的开关400，该顺序关于每个半 周期C’的中心点对称，使得提供给配电网络1的电流为对称正弦交流，如 图5e所示。由于这种开-关模式以及提供给配电网络的电流关于每个半周 期C’的中心点对称，所以不对在配电网络中流通的电力进行无功功率贡 献。
图5c示出了当控制单元204正根据电容工作模式来控制H桥时，在 H桥端子402a和402b处电压对时间的变化。在该工作模式下，控制单元 204以关于每个半周期的中心点不对称的重复开-关顺序来控制H桥412 的开关400，使得提供给配电网络1的电流为非对称交流，如图5f所示。 电流流过H桥412期间的时间比例大于每个半周期C’的第一半期间的时 间比例，使得提供给配电网络的电流领先于在其中流通的电力的电压;因 此，在该模式下，对在配电网络1中流通的电力进行电容贡献。
图5d示出了当控制单元204正根据电感工作模式来控制H桥时，在 H桥端子402a和402b处电压对时间的变化。在该工作模式下，控制单元 204以关于每个半周期的中心点不对称的重复开-关顺序来控制H桥412 的开关400，使得提供给配电网络1的电流为非对称交流，如图5g所示。 电流流过H桥412期间的时间比例大于每个半周期C’的第二半期间的时 间比例，使得提供给配电网络的电流滞后于在其中流通的电力的电压;因 此在该模式下，对在配电网络1中流通的电力进行电感贡献。
参照图4和图5a至图5g所述的实施方式提供了调制来自供电装置 202的电流的另一方法，以改变不使用产生无功功率的任何附加装置(诸 如开关电容器)即可改变的供电装置202的无功功率贡献。在所述实施方 式中，通过产生关于每个半周期C’的中心点不对称但以与在配电网络1 中流通的电压信号相同的频率且在同一时刻过零点的AC信号来控制无功 功率贡献。另外或可替代地，通过改变该信号过零点的时间可产生无功功 率贡献，以与在配电网络1中流通的电压信号不同相。
在上述实例中，无功功率控制装置在有限数量的离散模式下工作，其 中，212在每种模式下提供预定义大小的无功功率。在一些情况下，存在 有关最大可允许功率因数的规定，该最大可允许功率因数可由耗电装置 202提供。例如，欧盟条例规定具有高达25W额定功率的装置必须具有 0.5以上的功率因数，且规定具有75W以上额定功率的装置必须具有0.9 以上的功率因数(参见IEC/EN 61000-3-2)。因此，可有利地将电流控制 装置212配置为在测量电流控制装置212激活的所有情况下提供最大可允 许输出。然而，在一些实施方式中，电流控制装置212可被配置为根据电 流-电压相位差的测量值不断改变所提供的无功功率的大小。
工作模式的数量和类型可根据电力装置202的特性(诸如额定功率) 和/或有关最大可允许无功功率贡献的规定来选择。此外，电流控制装置 212不限于所述实例;例如，可使用可包括可变电阻的装置，该装置结合 或替代上述开关装置在电流周期内的任何给定点处提供全部可用电流的 一些部分。
通过根据上述无功功率控制装置200的工作模式来控制耗电装置202 的功耗，可提供对配电网络1中的功率流的电容无功功率贡献和/或电感无 功功率贡献，其与电力装置202的组件自身可具有的任何感抗和/或容抗无 关。因此，尽管电力单元202例如可对功率流产生电感贡献，但由于其中 的电感组件(诸如电磁线圈等)，因无功功率控制装置200的操作而产生 的功率流贡献例如可以是电容性的。
图6是示出根据本发明一些实施方式的在控制电力装置202时由无功 功率控制装置204执行的示例性步骤的流程图。在步骤S600中，无功功 率表203在电力装置202位置处测量配电网络中流通的电力的电流-电压 相位差。
在步骤S602中，控制单元202中处理器206基于步骤S600中进行 的测量来确定相位差是否在预定范围内，该预定范围可以是相位差的预定 范围，相位差在该预定范围内不需要调整。若处理器206确定相位差在预 定范围内，则不需要对电力装置202的无功贡献进行调整，因此该过程进 入步骤S604，其中，处理器206选择无功功率控制装置200的中性模式， 并向电流控制装置212发送命令信号以在所选中性模式下工作。
另一方面，若处理器在步骤S602中确定相位差不在预定范围内，则 该过程进入步骤S606，其中，处理器206通过确定在步骤S600中测得的 相位差是否在预定范围外来确定电感侧是否需要电感补偿。若确定需要电 感贡献，则该过程进入步骤S608，其中，处理器选择电容模式，使得电 流控制装置212控制电力装置202向配电网络1中的功率流提供电感贡献， 并向电流控制装置212发送命令信号以在电容模式下工作。
若在步骤S606中确定不需要对相位差进行电感补偿，则判定需要电 容贡献，且该过程进入步骤S610，其中，处理器206选择电感模式，使 得电流控制装置212控制电力装置202向配电网络中的功率流提供电感贡 献，并向电流控制装置发送命令信号以在电感模式下工作。
以此方式，无功功率控制装置200响应局部检测到的在配电网络1 中流通的电力的电流-电压相位差来控制电流以及由此的电力流入和/或流 出电力装置202。这种电流的控制产生对调整配电网络中流通的电力的相 位差的无功功率贡献。在电力装置202的耗电和/或供电很大的情况下，来 自单个装置的校正无功功率贡献可向在配电网络中流通的电力的相位差 提供重大调整。此外，即便单个电力装置202的耗电和/或供电很小，例如， 若该装置是如上所述的低电力装置，则来自所分配的这种装置组的组合贡 献可具有对在配电网络中流通的电力的电流-电压相位差的显著影响，如 下文更详细描述。
通常，网络条件将随时间改变;因此，在本发明的一些实施方式中， 不断重复或间隔重复以上参照图6所述的过程，且由无功功率表检测到的 相位差的变化产生不同模式，并从而选择不同的无功功率贡献。
在上述实例中，描述了无功功率补偿装置200确定相位差是否在预定 范围内并根据该确定来选择工作模式;然而，在一些实施方式中，不存在 预定范围。在这些实施方式中，无功功率补偿装置200省略步骤S602， 并直接进入步骤S606。换句话说，在这些实施方式中，无功功率补偿装 置不存在“中性工作模式”，且该无功功率补偿装置200根据无功功率流 是否被确定为比预定义值的更高电感性或更高电容性而在电容模式与电 感模式之间切换。
在一些情况下，期望提供一种具有与检测到的无功功率分量的符号总 是相反的符号的无功功率分量(即，若检测到的无功功率分量是电感性的， 则提供电容分量，且反之亦然)，使得上述预定义值为零;在其他情况下， 最优电流-电压相位差可以是非零值。这是因为当其通过配电网络1时， 电流-电压相位差可由于来自变压器的无功贡献以及配电网络1中的其他 分量而改变。因此，从功率传输效率的角度来看，最佳情况不一定是电力 装置202位置处相位差为零;相反，其可以是例如相位差在电力装置202 处稍微是电容性的(例如，在2至5度范围内)，使得若相位差在电站稍 微是电感性的，则在网络中间某点处将为零。因此，无功功率补偿装置200 可被配置为确定相位差的值，将该值与预定义最佳值比较，并提供旨在降 低检测到的相位差与预定义值之间的差的无功功率贡献。
由于上述预定范围通常集中于(或至少包括)最佳值，所以在一些情 况下，尤其是将最佳值设定在零处或零附近处和/或上述预定范围相对很大 的情况下，该范围的端点可以异号，即一端可对应于电容值，且另一端对 应于电感值。在这些情况下，确定是否需要上述电感补偿(步骤S606) 的步骤可包括简单确定在步骤S600中测得的电流-电压相位差是否是电感 性的或者是否是电抗性的。在其他情况下，当最佳值被设定为非零值时， 且尤其是当预定范围相对很窄时，该预定范围将仅包括电容值或仅包括电 感值。在这些情况下，步骤S606可包括将利用步骤S600测得的相位差与 预定范围的端点相比较，以确定所测得的相位差位于该范围的电感侧还是 电容侧。
在一些情况下，配电网络1中的电力的相移可能存在很小波动;若这 些波动出现在限定上述可接受范围的端点的阈值处或其附近，则其可使无 功功率控制装置200在模式之间振荡;这可能会加剧振荡，并造成在配电 网络1中流通的电流的不稳定。为减小或消除这些振荡，可使用与阈值相 关的滞后作用，在该阈值处无功功率控制装置200在模式之间切换，如现 在参照图5所述。
图7是示出电力装置202的所测得的网络相位差对所产生的无功功率 的曲线图。在所示实例中，当在模式2下工作时，电力装置202产生+P 的无功功率，当在模式1下工作时，产生零无功功率，以及当在模式3下 工作时，产生-P的无功功率。尽管在该实例中产生的无功功率的大小在模 式2和模式3下相同，但在一些实施方式中，该大小可在每种模式下均不 同。
图7示出了四个阈值R1至R4，该无功功率控制装置200按照这四个 阈值在模式之间切换，且R1和R2表示负(电感)相位差(|R1|>|R2|)，以 及R3和R4表示正(电容)相位差(|R4|>|R3|)。当电感网络相位差大小增 加时，一旦相位差值过R1，则无功功率控制装置从中性模式切换至电容模 式。然而，在相反方向上，当电感网络相位差大小减小时，无功功率控制 装置200在R1处不从电容模式切换至中性模式;相反，在R2处进行切换。 类似地，对增加的电容网络相位差而言，无功功率控制装置200从中性模 式切换至电感模式，但对减小的电容网络相位差而言，其在R4处切换。 因此，即使相位差在阈值R1至R4中的一个周围确有波动，在无功功率控 制装置200的工作模式下也不存在振荡，因为后者在R2和R3周围的中性 模式下很稳定，在R1周围的电容模式下很稳定，以及在R4周围的电感模 式下很稳定。
上述与图7相关的实例将R1和R2称为表示电感值，以及将R3和R4称为表示电容值;然而，需要理解，当上述最佳值非零时，所有R1至R4均可以是电容性的或者均可以是电感性的。在该情况下，即便检测到的相 位差保持电容性，无功功率控制装置200也可切换至电容模式，以在检测 到的相位差过R1时提供电容贡献;类似地，即便检测到的相位差保持电 感性，无功功率控制装置200也可切换至电感模式，以在检测到的相位差 过R4时提供电感贡献。
另外或可替代地，对于上述滞后特性，当在某个预定时间段T3内过 阈值时，无功功率控制装置可被配置为延迟模式之间的切换。这也防止了 将高频振荡引入该系统。
此外，如上所述，在本发明的一些实施方式中，多个无功功率控制装 置200可被分配在配电网络中的不同位置，每个无功功率控制装置200控 制相应电力装置202，从而形成可用于控制配电网络1中的无功功率流的 系统。当与小型或中型电力装置202一起使用时，这可能尤其有利，能实 现对配电网络中的无功功率流的比利用单个装置能实现的更大的调整。例 如，估计所有功耗中的约5%是由商业和住宅楼宇的照明装置所致。若所 有这种照明装置均使用根据本发明的无功功率控制装置200，且假设本文 所述方法允许耗电装置的总用电量的5%被贡献为无功功率(利用本文所 述方法可轻易实现的数字)，则0.25%的总网络功率容量可用于提供更有 效的无功功率特性。
在使用所分配的无功功率控制装置组202的实施方式中(尽管不限于 这些实施方式)，阈值R1至R4中的一个或多个值(无功功率控制装置200 按照其在模式之间切换)和/或切换延迟长度T3可在不同装置之间改变。 在制造无功功率控制装置200期间，可随机指定这些值(例如，在所限定 的最佳值周围的限定范围内)，并将这些值存储在数据存储器210中。在 一些情况下，无功功率控制装置200的处理器206可改变值R1至R4以及 T3中的一个或多个;例如，这可根据预定义时限处实施的随机过程来进 行，或者基于由来自控制中心的激活信号激活该装置来进行(参见下文)。 以此方式随机化这些值防止了所分配的装置组一致用于在系统中产生不 想要的振荡。
如上所述，无功功率控制装置200可被配置为经由通信接口与控制中 心通信。该控制中心可以是配电网络中的一个节点，或者可以是被配置为 通信和/或控制如本文所述分配的无功功率控制装置组的任何其他装置。可 利用无线或固定线路通信来执行控制中心与无功功率控制装置200之间的 通信，例如，经由互联网和/或GSM网络通信。在一些情况下，可通过沿 输电线414传输数据来进行无功功率控制装置200与控制中心之间的通 信。
在本发明的一些实施方式中，无功功率控制装置200可被配置为从控 制中心接收激活信号，并响应激活信号的接收来控制提供给配电网络1的 无功功率，即该激活信号开启无功功率控制装置200，且后者是非激活的， 即在接收到激活信号之前关闭。当无功功率控制装置为非激活时，即使不 与无功功率控制装置200连接，该电力装置202也可根据其正常操作来消 耗和/或提供由配电网络提供的电力。控制中心还可提供停用信号来关闭该 无功功率控制装置，即使其进入非激活状态。
在从控制中心接收到激活信号后，分配的无功功率控制装置组200 中的每一个开启，并例如根据上述与图6相关的过程开始工作。上述与参 数R1至R4和/或T3相关的随机值的生成可响应该激活信号的接收来执行。 也可有利地将该系统配置为使得响应激活信号而激活的无功功率控制装 置200不在同一时间全部激活，以防止在配电网络中流通的无功功率突然 改变。在接收到激活信号之后，这可通过将每个装置配置为在经过了随机 产生的时间间隔之后激活来完成;该随机产生的时间间隔可由装置自身产 生，或者可在激活信号自身中规定。
在一些实施方式中，参数R1至R4和/或T3可由控制中心规定，作为 激活信号的一部分或一些其他信号。这能使无功功率控制装置202的特性 根据配电网络1的具体条件来定制。
在一些实施方式中，一些无功功率控制装置200自主运转，无需控制 中心的控制，且一些其他无功功率控制装置200在控制中心的控制下起作 用。在该情况下，可有利地使上述预定范围对自主无功功率控制装置202 相对很大，以及对远程控制装置202相对很小;以此方式，所有无功功率 控制装置202对配电网络中的无功功率的大摆动作出反应，而仅可通过远 程调整其特性来更精细调整的远程控制装置用于调整较小变化。
如上所述，使用控制中心来激活和/或停用无功功率控制装置200能 使后者用于将所需无功功率传递给配电网络1。因此，例如，无功功率控 制装置200的用户组和/或控制中心的操作员可向电力供应商出售无功功 率。
无功功率控制装置200还可与控制中心通信，以提供有关无功功率控 制装置的性能的数据及其他信息。例如，处理器206可被配置为将数据(诸 如无功功率控制装置200的激活时间、提供给配电网络1的无功功率的量、 无功功率表203的RPC测量结果等)记录在数据存储器210中，并经由 通信接口208向控制中心提供该信息。若电力装置202是移动装置(诸如 PEV)，则其还可被配置为利用例如GPS跟踪装置来记录其位置，并将该 位置传递给控制中心。
此外，无功功率控制装置200可测量在配电网络1中流通的电力的一 个或多个特性，以将表示这些电力特性的数据传送给控制中心。可利用无 功功率表203或一个或多个其他表来执行该测量。所测得并报告的一个或 多个电力质量特性可包括以下一项或多项：
无功功率特性;
电压变化(诸如倾斜、下垂、隆起和掉电)，其中，线路电压在短时 间段内高于或低于标称电压;这可能是由例如网络故障、电容负载切换以 及过度加载引起的;
谐波;线路电压以供电频率的倍数变化;这可能是由例如功率电子负 载(诸如变速驱动器和UPS系统)引起的;
闪变;电压随机或重复变化;这可能是由例如磨粉机、EAF操作(电 弧炉)、焊接设备以及粉碎机引起的;
网络失衡，即不同线路电压;这可能是由单相负载、相间负载以及失 衡三相负载(如焊接设备)引起的;
振荡(谐振)：例如，电感器的磁场与电容器的电场之间的电能流会 定期改变方向;
瞬变(快速扰动)：电压和电流波形中发生的正弦波快速改变;这可 能是由切换装置、启动和停止大功率设备引起的。
无功功率控制装置202还可包括用于控制电力装置202的耗电和/或 供电的装置，以例如利用上述与图2至图7相关的方法的适应性对这些检 测到的质量特性提供调整。
控制中心例如可使用该信息来确定需要无功功率补偿的配电网络1 的区域。控制中心随后可确定要求由分配的无功功率控制装置组200产生 的所需无功功率量，并指定相关网络区域中的装置组且将激活信号发送给 指定装置中的每一个。为此，可便于无功功率控制装置200分别被单独寻 址;例如，每个无功功率控制装置200可具有IP地址和/或每个无功功率 控制装置可配备有用户识别模块SIM卡，在该情况下，地址数据包括SIM 卡的识别编码，诸如MSISDN号。
本文所述技术和方法可通过各种方式实现。例如，这些技术可在硬件 (一个或多个装置)、固件(一个或多个器件)、软件(一个或多个模块) 或其组合中实现。对于硬件实现，图2和图4的装置可在一个或多个专用 集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、 可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、 微控制器、微处理器、设计以执行本文所述功能的其他电子单元或其组合 内实现。对于固件或软件，该实现可通过执行本文所述功能的至少一个芯 片集的模块(例如，程序、功能等)来执行。软件代码可被存储在数据存 储单元中并由处理器执行。数据存储单元210可在处理器内或处理器外实 现。在后者情况下，其可经由各种装置与处理器通信耦接，如本领域已知。 另外，本文所述系统的组件可由其他组件重新配置和/或补充，以便于实现 针对其描述的各个方面等，且它们不限于在给定图中所述的精确配置，如 本领域技术人员所理解。
上述实施方式需被理解为本发明的说明性实例。还能设想本发明的其 他实施方式。例如，在上述讨论的实施方式中，配电网络1使用单相分布。 然而，对于技术人员而言，显然同样的原理也适用于多相系统，诸如三相 系统。
此外，在上述实例中，电流控制装置212利用一个或多个半导体开关 器件来实现。该实施方式可能尤其适用于与获取高达约25到35安培的电 流的家用耗电装置一起使用，如本技术所允许。然而，当与产生可能损坏 半导体开关的电流水平的高耗电或供电装置一起使用时，可优选使用其他 开关装置，诸如真空管。
需要理解，所述与任何一种实施方式相关的任何特征均可单独使用， 或结合所述其他特征一起使用，且还可结合任何其他实施方式的一个或多 个特征，或任何其他实施方式的任何组合一起使用。此外，在不背离所附 权利要求中限定的本发明的范围的前提下，还可采用上文未描述的等同物 以及修改。
无功功率 份3：
无功功率补偿装置及系统
第一、技术领域
本发明涉及功率补偿技术领域，具体而言，涉及一种无功功率补偿装置及系统。
第二、背景技术
电力工业发展至今，无功功率补偿是一个永恒的课题。现有的无功功率补偿技术方案均以电容元件提供电容电流超前电压相位来补偿电感电流滞后电压相位的技术方案。因此，无功功率补偿基本形式有：电力电容器补偿、同步调相机补偿。为了电能科学合理应用，无功功率动态补偿应运产生，因而出现以下无功功率补偿方式：
1.晶体管投切电容器无功补偿(TSC)：该方案在无功功率补偿过程中是整组投切电容器，电容器投切容量分级进行不能连续可调，只能做到接近补偿容量，不能实现精准动态无功功率补偿。
2.晶体管投切电抗器与固定电容器配合控制的无功补偿(SVC)：该方案配置电容器容量必须大于所需无功功率补偿容量一定幅度并加装一套可调电抗器，否则不可能在无功功率补偿过程中实现动态补偿。由于电容器投入多，加之可调电抗器配合调节补偿电容量，因此SVC功率补偿装置成本高运行维护量大，系统控制也比较复杂。
3.采用全控型器件的静止无功发生器(SVG)：该装置无需接入电容器，完全应用电力电子元器件，计算机软件编程控制即可实现无功功率动态补偿，具有连续、损耗小、噪声小、响应速度快等诸多优点。其主要缺点是控制系统复杂，成本造价高，技术成熟性真正达到理想效果有待于进一步探讨。
第三、发明内容
本发明的目的在于提供一种功率补偿装置及系统，以改善上述问题。
本发明的实施例是这样实现的：
一种无功功率补偿装置，与电力负荷连接，所述无功功率补偿装置包括：检测模块，设置在所述电力负荷所在电力线路的用电电源侧，用于检测所述电力负荷的当前所需无功功率;无功功率补偿模块，设置在所述电力线路上的所述用电电源侧且与所述检测模块连接，所述无功功率补偿模块用于从所述检测模块接收并基于所述当前所需无功功率调节输出电压，以对所述电力负荷进行无功功率动态补偿。
在本发明较佳的实施例中，在所述当前所需的无功功率变大时，所述无功功率补偿模块用于基于所述当前所需无功功率执行上调操作，使所述输出电压增加，以满足所述电力负荷所述当前所需无功功率。
在本发明较佳的实施例中，在所述当前所需的无功功率变大时，所述无功功率补偿模块用于基于所述当前所需无功功率执行上调操作，使所述输出电压增加，以满足所述电力负荷所述当前所需无功功率。
在本发明较佳的实施例中，所述无功功率补偿模块为可调逆变电源。
在本发明较佳的实施例中，所述可调逆变电源为能够通过逆变形成一个独立的且输出电压可调的电源。
在本发明较佳的实施例中，所述无功功率补偿模块为电压可调的独立电源。
一种无功功率补偿系统，包括：电力负荷和无功功率补偿装置，所述无功功率补偿装置与所述电力负荷连接。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例提供一种无功功率补偿装置及系统，通过检测模块检测所述电力负荷当前所需无功功率，继而无功功率补偿模块用于从所述检测模块接收并基于所述当前所需无功功率调节输出电压，以对所述电力负荷进行无功功率动态补偿，不仅控制简单、成本造价低、适用于不同电压等级的无功功率补偿，而且可以实现连续动态无功功率补偿，因而系统的整体性能得到有效地提高。
第四、附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种无功功率补偿系统的结构框图;
图2为本发明实施例提供的一种无功功率补偿装置100的结构框图;
图3为本发明实施例提供的一种无功功率补偿装置100的使用示意图。
图标：200-无功功率补偿系统;210-用电电源;220-电力负荷;100-无功功率补偿装置;110-检测模块;120-无功功率补偿模块。
第五、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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
请参照图1，图1为发明实施例提供的一种无功功率补偿系统200的结构框图，所述系统包括电力负荷220、无功功率补偿装置100和用电电源200，所述无功功率补偿装置100与所述电力负荷220连接，所述用电电源200与所述无功功率补偿装置100连接，其中，所述无功功率补偿装置100基于所述电力负荷220当前所需无功功率来调节输出电压，以对所述电力负荷220进行无功功率动态补偿。
请参照图2，图2为本发明实施例提供的一种无功功率补偿装置100结构框图，所述装置应用于用电电源200与电力负荷220之间的电力线路上，所述无功功率补偿装置100包括检测模块110和无功功率补偿模块120，所述检测模块110，设置在所述电力负荷220所在电力线路的用电电源200侧，无功功率补偿模块120，设置在所述电力线路上的所述用电电源200侧且与所述检测模块110连接。
所述检测模块110，用于检测所述电力负荷220当前所需的无功功率，在本实施例中，检测模块110为电流互感器，在其他实施例中，检测模块110也可为其他电子元件。所述无功功率补偿模块120，用于从所述检测模块110接收并基于所述当前所需无功功率调节输出电压，以对所述电力负荷220进行无功功率动态补偿。
具体地，在所述电力负荷220当前所需的无功功率变大时，所述无功功率补偿模块120用于基于所述当前所需无功功率执行上调操作，使得所述无功功率补偿模块120的当前输出电压增加，以满足所述电力负荷220当前所需无功功率;在所述当前所需的无功功率变小时，所述无功功率补偿模块120用于基于所述当前所需的无功功率执行下调操作，使得所述无功功率补偿模块120的当前输出电压降低，以满足所述电力负荷220当前所需无功功率。因此，通过简单地调节所述功率补偿模块的当前输出电压幅值，以实现对所述电力负荷220当前所需无功功率进行动态补偿，适用于不同电压等级的供电系统，操作简单，成本低。
请参照图3，图3本发明实施例提供的一种无功功率补偿装置100的使用示意图，所述无功功率补偿装置100应用于用电电源200和电力负荷220之间的电力线路上，所述无功功率补偿装置100包括电流互感器和可调逆变电源，所述电流互感器与所述可调逆变电源连接，所述可调逆变电源能够通过逆变形成一个独立的且输出电压可调的电源。其中，所述用电电源200用于提供所述电力负荷220工作所需的有功功率，所述无功功率补偿装置100用于提供所述电力负荷220工作所需无功功率。其中，有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，是将电能转换成其他形式能量(如，机械能、光能、热能)的电功率;无功功率是电路内电场与磁场的交换，在电气设备中建立和维持磁场的电功率，它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。在本实施例中，所述电流互感器可以采用型号为TA21CM型号的电流互感器，所述可调逆变电源为有源逆变电源，电力负荷220为电动机负荷，用电电源200为电网电源，在其他实施例中，电流互感器也可以采用其他型号的电流互感器，用电电源200也可以为其他供电设备，所述电力负荷220可以为其他负载。
具体地，所述电流互感器设置在所述用电电源200侧，所述电流互感器串联在所述用电电源200和所述电力负荷220之间的电力线路上，所述电流互感器的一端与所述用电电源200连接，所述电流互感器的另一端与所述可调逆变电源连接，所述可调逆变电源并联在所述用电电源200与所述电力负荷220之间的电力线路上，所述可调逆变电源一端与所述电流互感器连接，所述可调逆变电源的另一端与所述电力负荷220连接。
在通过所述用电电源200给所述电力负荷220进行供电过程中，所述电流互感器检测所述电力负荷220当前的工作电压和当前的工作电流，继而得到所述电力负荷220此时所需的无功功率，所述可调逆变电源用于接收并根据所述电流互感器检测到所述电力负荷220当前所需的无功功率大小，调节所述可调逆变电源的当前输出电压幅值，以对所述电力负荷220进行无功功率动态补偿，继而适用于不同电压等级的供电系统。
具体地，在所述电力负荷220当前所需的无功功率变大时，所述可调逆变电源基于当前所需无功功率执行上调操作，使得所述可调逆变电源的当前输出电压幅值增加，以满足所述电力负荷220当前所需无功功率;在所述电力负荷220当前所需的无功功率变小时，所述可调逆变电源用于基于当前所需的无功功率执行下调操作，使得所述可调逆变电源当前输出电压幅值降低，以满足所述电力负荷220当前所需无功功率。所述可调逆变电源仅通过调节输出电压的幅值大小，以实现对所述电力负荷220所需的无功功率进行动态补偿，成本较低，运行维护也比较方便。
作为一种实施方式，所述无功功率补偿装置100包括电流互感器和电压可调独立电源。其中，所述电流互感器串联在用电电源200与电力负荷220之间的供电线路上，所述电压可调独立电源与所述电流互感器连接，所述可调独立电源并联到所述供电线路上，所述可调独立电源一端与所述用电电源200连接，所述可调独立电源另一端与所述电力负荷220连接。
在通过所述用电电源200给所述电力负荷220进行供电过程中，所述电压可调独立电源用于接收并根据所述电流互感器检测到所述电力负荷220当前所需的无功功率大小，调节所述电压可调独立电源的输出电压幅值，以对所述电力负荷220进行无功功率动态补偿，继而适用不同电压等级的供电系统。
具体地，在所述电力负荷220当前所需的无功功率变大时，所述电压独立电源基于当前所需无功功率执行上调操作，使得所述电压可调独立电源的当前输出电压幅值增加，以满足所述电力负荷220当前所需无功功率;在所述电力负荷220当前所需的无功功率变小时，所述电压可调独立电源基于当前所需的无功功率执行下调操作，使得所述电压可调独立电源当前输出电压幅值降低，以满足所述电力负荷220当前所需无功功率。
综上所述，本发明实施例提供一种无功功率补偿装置及系统，所述用电电源给所述电力负荷进行供电过程中，所述检测模块检测所述电力负荷当前所需无功功率大小，继而所述无功功率补偿模块用于从所述检测模块接收并基于所述当前所需无功功率调节输出电压，以对所述电力负荷进行无功功率动态补偿，不仅控制简单、成本造价低、适用于不同电压等级的无功功率补偿，而且可以实现连续动态无功功率补偿，系统的性能得到提高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
无功功率 份4：
一种无功功率补偿方法
第一、技术领域
本发明属于电力领域，特别涉及一种无功功率补偿方法。
第二、背景技术
电功率分为有功功率P、无功功率Q和视在功率S。其中，有功功率P=UIcosφ，表示实际吸收的功率单位用W表示;无功功率Q=UIsinφ，此能量在往复交换的过程中没有消耗掉单位用Var表示;视在功率S S=UI单位用VA表示，视在功率和有功功率和无功功率的数学关系：S2=P2+Q2;其中，φ：表示电压U和电流I的相角差。实际上设备消耗的就是有功功率和无功功率，而电能表计量的数据只计算有功电能。
纯电容和纯电感电流I和电压U的相角差都是90°，一个提前90°，一个滞后90°，所以纯电容和纯电感的P=UIcosφ=UIcos(90°)=0W;也就说，纯电容和纯电感在电路中有功功率为0，不消耗有功电能，这就是他们被称为储能元件的原因。
功率因数PF=P/S，是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时，还需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需的无功功率。电网中无功功率消耗很大，大约有50%的无功功率消耗在输、变、配电设备上，50%的无功功率消耗于电力用户。为了减少无功功率消耗和由此而造成的电网有功损耗，就必须减少无功功率在电网中的流动，即提高电网负荷的功率因数，从而达到节约电能，降低损耗的目的。
虽然无功电能不计费，但是无功功率高了，PF就会小，电力公司会罚款。另外，PF越小，消耗同等有功功率，线路中的电流的绝对值就会增加，带来线路损耗增加，加快线路老化等问题。无功功率是有些设备必须要消耗的，这是没有办法消除的，但是可以就近提供无功功率，减少无功功率在电网中的流动，这就是所谓的无功功率补偿。
第三、发明内容
技术问题：为了解决现有技术的缺陷，本发明提供了一种无功功率补偿方法。
技术方案：本发明提供的一种无功功率补偿方法，包括：
(1)在多个负载端分别设置无功功率补偿器，所述无功功率补偿器包括电压测量装置、控制装置和无功功率补偿装置;其中，电压测量装置用于测量负载端电压变化方向，无功功率补偿装置用于补偿无功功率，控制装置接收电压测量装置的电压变化信号、计算补偿策略、输出控制信号至无功功率补偿装置;
(2)控制装置开启无功功率补偿装置对负载端补偿无功功率，同时电压测量装置测量负载端电压变化方向并输出至控制装置，控制装置根据电压变化方向计算补偿策略并输出控制信号至无功功率补偿装置：当负载端电压上升时，表明补偿策略正确，继续加大补偿力度;当负载端电压下降时，表明补偿策略错误，减少补偿力度或向相反方向补偿;不断调整补偿策略，直至负载端电压最大值，即可。
本发明还提供了一种无功功率补偿器，包括电压测量装置、控制装置、无功功率补偿装置;所述电压测量装置与控制装置连接，并输出电压变化信号至控制装置;所述控制装置与无功功率补偿器连接，并发送控制信号至无功功率补偿器。
有益效果：本发明提供的无功功率补偿方法通过检测负载端电压的变化来决定补偿策略，从而取消了电流互感器的使用，也避免了一切与增加电流互感器而带来的一系列问题，安装方便快捷，施工成本降低，配置更加方便灵活。
第四、附图说明
图1为现有无功功率补偿的方法示意图。
图2为负载的有功功率、无功功率和视在功率关系图。
图3为本发明无功功率补偿的方法示意图。
第五、具体实施方式
下面对本发明作出进一步说明。
对比例
在实际应用中，为了实现无功功率补偿，必然是先测量电压和电流的相角差，然后依据这个相角差，投切适当的电容或电感来达到就近补偿无功功率的目的，即相当于使得补偿后的PF尽量接近1。
测量电压和电流的相角差，就要在主回路中串进电流互感器，一方面给设备加工带来不便，对于设备内空间要求也高了;另一方面，这种方法只能补偿电流互感器所测量分路的无功功率。
具体而言，在负载端配置无功功率补偿器和电流互感器，可以有两种配置方法：
(1)在负载1、负载2、负载3分别配置无功功率补偿器和电流互感器：
优点是：
(a)无功功率补偿器越靠近负载越好，因此在负载1、负载2、负载3上分别配置无功功率补偿器补偿效果更好;
(b)当一个无功功率补偿器发生故障时，只影响就近的那个负载，不影响其他负载;
(c)负载可以动态增加，增加负载的同时增加无功功率补偿器即可。
缺点是：每个负载都要安装无功功率补偿器，施工不便;同时，由于必须测量电流，所以电流互感器必须串在相应的电路上，一旦电流互感器故障，维护比较麻烦且危险。
(2)在变压器后配置一个大的无功功率补偿器和电流互感器：
优点是：初期配置容量一步到位，后负载就近地方就不用再补偿，对于负载的安装方便。
缺点是：坏处是一旦出现故障，则影响全局。
实施例1
无功功率补偿器，包括电压测量装置、控制装置、无功功率补偿装置;所述电压测量装置与控制装置连接，并输出电压变化信号至控制装置;所述控制装置与无功功率补偿器连接，并发送控制信号至无功功率补偿器。
实施例2
无功功率补偿方法，理论依据，见图3：
假设负载的有功功率是AB，无功功率是BC，则视在功率就是AC。
对应的有功电流(与电压同相)、无功电流(与电压相位差90°)、总电流(实际电流)的幅度关系比也是AB：BC：AC。
如果，能够就近补偿掉BC，则线路上传输的电流就会由AC变成AB。电流幅度变小，相位也和电压同相了。
我们知道，传输线路不是理想线路，是有电阻的，那么电源在通过传输线路把电能送到负载过程中，负载端的电压就会比电源的电压降低，线路电阻越大，电流越大，下降就越明显。在线路电阻一定的时候，假设电源电压不变，那么电流的变化就会导致负载端电压的变化。
该方法具体步骤包括：
(1)在多个负载端分别设置无功功率补偿器，所述无功功率补偿器包括电压测量装置、控制装置和无功功率补偿装置;其中，电压测量装置用于测量负载端电压变化方向，无功功率补偿装置用于补偿无功功率，控制装置接收电压测量装置的电压变化信号、计算补偿策略、输出控制信号至无功功率补偿装置;
(2)控制装置开启无功功率补偿装置对负载端补偿无功功率，同时电压测量装置测量负载端电压变化方向并输出至控制装置，控制装置根据电压变化方向计算补偿策略并输出控制信号至无功功率补偿装置：当负载端电压上升时，表明补偿策略正确，继续加大补偿力度;当负载端电压下降时，表明补偿策略错误，减少补偿力度或向相反方向补偿;不断调整补偿策略，直至负载端电压最大值，即可。
该方法通过先尝试补偿，再测量，通过电子手段，补偿和测量的这些动作可以在很短时间内完成，从而可以认为在此极短时间内电压的变化是由于补偿导致的，而不是电源电压变化导致的;如果补偿正确，线路中的传输电流会变小，线路导致的压降也会变小，从而负载端的电压就会上升;反之亦然;
具体而言，见图3，在三个负载上分别设置无功功率补偿器、电压测量装置和控制装置，无功功率补偿器用于补偿无功功率，电压测量装置用于测量负载端电压变化方向;开启无功功率补偿器对负载端补偿无功功率，同时测量负载端电压变化方向;当负载端电压上升时，表明补偿策略正确，继续加大补偿力度;当负载端电压下降时，表明补偿策略错误，减少补偿力度或向相反方向补偿;不断调整补偿策略，直至负载端电压最大值，即可。
同时，上述三个负载配置的无功功率补偿器，由于电压是基本一致的，其实是互相共享的;尤其是在负载1不工作的时候，由于连接负载1的线路中电流几乎消失，那么该段线路压降可以忽略不计，此时为负载1配置的无功功率补偿器所测量的电压其实就是负载2或负载3的电压，那么他的补偿行为就会针对负载2或负载3在补偿。而传统的方法，一旦负载不工作，则为其单独配置的无功功率补偿器由于测量的电流为0，相角为0，则不会做任何补偿操作，也就是说设备闲置了。而依据本发明制作的无功功率补偿装置，在安装后，无论就近的负载是否工作，无功功率补偿器自身会一直工作。这么一来，一个变压器之后的所有无功功率补偿器就成了容量互相支撑、功能互相备份的角色了。因此，配置方案能够灵活多变;尤其重要的是，他们都是互相支援互相备份的，安全性和经济性都得到很大的提升。
具体而言，
电源电压220V，传输线路阻抗0.5欧姆，感性负载PF=0.8，负载电流28.41A，与电压的相角为φ(cosφ=0.8),其中有功流为22.73A，无功电流为17.04A。
不采取补偿措施的时候，负载端电压为220V—28.41A*0.5Ω=205.8V;此时如果控制器采取切一个电感并联到电路中，那么线路上的无功电流就会增加，比如变成18A，则负载总电流变为29A，此时负载端电压为220V—29A*0.5Ω=205.5V，降低了，说明策略错误。转而改为切一个电容并联到电路中，那么线路上的无功电流就会减少，比如变成16A，则负载总电流变为27.8A，此时负载端电压为220V—27.8A*0.5Ω=206.1V，增加了，说明策略正确，继续增加切上去的电容容量，线路上无功电流就会持续减少，比如到0A，则负载总电流变为22.73A，此时负载端电压为220V—22.73A*0.5Ω=208.6V。如果继续加大电容容量，则线路上无功电流就会增加(方向由滞后电压90°变成超前90°)，则负载端电压就会下降。从这个过程可知，208.6V是这个时期的最高电压值，应该采取负载电压值为208.6V的补偿策略。
无功功率 份5：
风电场无功功率控制方法
第一、技术领域
本发明涉及一种风电场无功功率控制方法，属于电力系统发电技术领域。
第二、背景技术
近几年来，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。风力发电接入电网给电力系统带来了很多问题，其中电压无 功问题就是最突出的问题之一。
随着风电机组技术的不断发展，变速恒频风电机组逐渐成为风电场的主流机型，主要 包括双馈式异步风电机组和直驱式永磁同步风电机组。变速恒频风电技术实现了有功功 率、无功功率的解耦控制，可以独立调节发电机的有功功率和无功功率，变速恒频风电机 组可以作为风电场的重要无功源。但是，受风机变流器发热的限制，风电机组并不能在宣 称的功率因数范围内长期提供对应的无功功率。实际运行中，风电机组基本未参与无功功 率调节，导致大容量的低成本无功功率容量闲置。
风电场一般都配备了无功功率补偿设备，其中静止型动态无功补偿器(简称SVC)和 静止型动态无功发生器(SVG)目前应用最为广泛。SVC、SVG可以运行在恒电压的控制模 式，控制风电场并网点电压恒定。但是，在分多期建设的风电场中，常常出现多个SVC、 SVG并存的情况，由于多个无功功率补偿设备各自为政，缺乏协调，调节时极易出现电压 振荡。而且，动态无功功率补偿设备在系统故障导致的低电压穿越过程中大量发出无功， 导致故障消除后系统电压过高，风电机组因系统过电压保护动作而脱网。
此外，现有风电场中无功功率控制与有功功率控制各自为政，相互之间未建立协调关 系。
第三、发明内容
为解决现有技术存在的以上问题，本发明提出了一种风电场无功功率控制方法，实现 风电场多个无功功率补偿设备和风电机组间的无功功率协调控制;根据风电场并网点的无 功功率需求对风电场的无功功率统一规划，在风电场的无功源间进行无功功率分配;一方 面充分发挥变速恒频风电机组的无功功率调节能力，另一方面对多个无功功率补偿设备进 行协调控制，使得风电场并网点的无功功率输出满足系统负荷的变化，维持风电场并网点 电压稳定，改善风电场对接入电网的影响。
本发明具体采用以下技术方案：
一种风电场无功功率控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
(1)根据风电场并网点的三相电流和三相电压实时采集数据进行风电场接入电网系统 故障判别，当系统发生故障时闭锁无功功率调节，返回步骤(1)，否则进入步骤(2);
(2)计算风电场并网点实时电压Umea与并网点目标电压Utarget的差值的绝对值ΔU， ΔU=|Umea-Utarget|，如果ΔU大于电压调节死区设定值则进入步骤(3)，否则返回步骤(1);
(3)计算每条集电线路上的风电机组的实发无功功率和无功功率损耗，所有集电线路 的无功功率损耗和;
(4)计算风电场并网点目标电压Utarget对应的无功功率Qu;
(5)计算风电场目标无功功率Qtarget，Qtarget=Qu+Qall-Qmea，其中Qall为所有正常运 行的无功功率补偿设备和风电机组的实发无功功率，Qmea是风电场并网点的无功功率采集 值;
(6)根据无功功率补偿设备和风电机组的有效无功功率容量与风电场目标无功功率 Qtarget的关系采取预先设定的不同的分配方法在无功功率补偿设备和风电机组间进行无功 功率分配;
(7)根据风电场目标无功功率Qtarget在无功功率补偿设备和风电机组间分配的结果向 无功功率补偿设备和风电机组发出无功控制指令;
(8)等待无功功率补偿设备和风电机组接收到控制指令并执行指令动作完成后，返回 步骤(1)。
本发明的有益效果如下：
1)本控制方法根据风电场的无功功率需求对多个无功源统一规划，实现了无功功率 补偿设备和风电机组的协调控制，避免了调节的振荡;
2)当风电场的无功功率容量不足以维持并网点电压时，给出提示信号，限制风电场 并网有功功率值，以减少风电场的无功功率需求来保证并网点电压稳定合格，提 高电网的电压稳定水平;
3)对变速恒频风电机组的无功功率容量进行两级管理，正常情况下，以不会导致变 流器过热的安全无功值参与调节，紧急情况下，以最大无功功率值参与调节，这 种控制方法既充分利用了变速恒频风电机组自身的无功功率容量和调节能力，又 可以减轻风电机组变流器的负担，延长风电机组的使用寿命;
4)故障闭锁无功功率调节，避免了系统故障消除后所导致的系统过电压;
5)本控制方法实用性强，可用于整个风电场的无功功率补偿设备和风电机组的无功 功率协调控制、风电机组间的无功功率控制以及风电场多个无功功率补偿设备间 的协调控制;
6)本控制方法只需要软件实现，无需增加硬件，经济成本低。
第四、附图说明
图1为本发明风电场无功功率控制方法中的数据流图;
图2为本发明风电场无功功率控制方法流程图;
图3为本发明风电场无功功率控制方法中无功功率补偿设备和风电机组间分配无功功 率的流程图。
第五、具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：
本发明控制方法以风电场并网点的电压作为控制目标，当系统出现扰动或风电场风速、 负荷变化引起电压波动时，通过对无功功率补偿设备和风电机组的协调控制，使并网点的 电压跟踪电压目标值。如图1所示为本发明风电场无功功率控制方法中的数据流图，无功 补偿设备和风电机组间的无功功率协调控制取决于无功功率补偿设备和风电机组的有效 无功功率容量与风电场目标无功功率值的关系，而且当风电场接入电网系统故障时，闭锁 无功功率补偿设备和风电机组的无功功率调节。
如图2所示，本控制方法包括以下步骤：
1)根据风电场并网点的三相电流和三相电压实时采集数据进行风电场接入电网系统故 障判别，首先判断三相电流中的最大值是否大于1.2Ie，其中Ie为额定电流，如果三相电 流中的最大值大于1.2Ie，则判定为风电场接入电网系统故障，闭锁无功功率调节，返回 步骤1);否则，按照公式(1)、(2)计算三相电压不平衡度UB，如果UB大于10%，则判定 为风电场接入电网系统故障，闭锁无功功率调节，返回步骤1)，否则进入步骤2);
如果Uav≥Ue，则
UB=|Um-Uav|/Uav (1)
如果Uav
UB=|Um-Uav|/Ue (2)
其中，Uav为三相平均电压，Um为最大或最小电压，Ue为并网点额定电压，UB为 三相电压不平衡度;
2)计算风电场并网点实时电压Umea与并网点目标电压Utarget的差值的绝对值ΔU， ΔU=|Umea-Utarget|，如果ΔU大于电压调节死区设定值则进入步骤3)，否则返回步骤1);
3)利用下面的公式计算每条集电线路上的风电机组的实发无功功率和无功功率损耗，所 有集电线路的无功功率损耗和Qgwaste：
Qireal=Σj=1j=kQij---(3)
Qiwaste=Qireal-Qig---(4)
Qgwaste=Σi=1i=mQiwaste---(5)
其中，是第i条集电线路的风电机组的实发无功功率，Qij是第i条集电线路上的第 j台风电机组的无功功率，是第i条集电线路的无功功率损耗，是第i条集电线路 出口的无功功率;Qgwaste所有集电线路的无功功率损耗和;
4)计算风电场并网点目标电压Utarget对应的无功功率Qu，优选计算方法如下：
采用逐步逼近法计算风电场送出线路的阻抗，然后根据阻抗计算并网点目标电压Utarget对应的无功功率Qu，计算公式如下：
X=U+-U-Q+U+-Q-U----(6)
Qu=(Utarget-U+)UtargetX+Q+UtargetU+---(7)
其中，X为风电场送出线路的阻抗，U-、Q-分别为前一次计算系统阻抗时的风电场 并网点电压和无功功率;U+、Q+分别为本次计算系统阻抗时的风电场并网点电压和无功 功率;
5)计算风电场目标无功功率Qtarget，计算公式如下：
Qtarget=Qu+Qall-Qmea (8)
其中，Qall为所有正常运行的无功功率补偿设备和风电机组的实发无功功率，Qmea是风 电场并网点的无功功率采集值;
6)在无功功率补偿设备和风电机组间进行风电场目标无功功率Qtarget的分配，如图3所示， 具体步骤如下：
a)判断是否存在正常运行的无功功率补偿设备，如果不存在，进入步骤b)，否则进入 步骤c);
b)判断所有风电机组的无功功率容量是否大于Qtarget，如果大于Qtarget，采用等比例法 在风电机组间分配风电场目标无功功率Qtarget，计算公式采用公式(9);否则，每台风 电机组的目标无功功率值为该台风电机组的最大无功功率值，同时发出限制风电场并 网有功功率值的信号，以减少风电场的无功功率需求;进入步骤7);
QjturTar=QjmaxΣj=1j=nQjmaxQtarget---(9)
其中，为第j台风电机组的目标无功功率值，为第j台风电机组的最大 无功功率值;
c)判断正常运行的无功功率补偿设备的无功功率容量是否大于风电场目标无功功率 Qtarget，如果大于Qtarget，进入步骤d)，否则，进入步骤e);
d)根据无功就地补偿的原则，以每条集电线路呈现纯阻性作为控制目标，由每条集电 线路上的风电机组来满足该条集电线路上的无功功率需求，风电机组间采用等比例法 进行无功功率分配，计算公式采用公式(10)，其中
Qijtarget=Qijs maxΣj=1j=kQijsmaxQitarget---(10)
其中，为第i条集电线路上的第j台风电机组的目标无功功率值，为第 i条集电线路上的第j台风电机组的安全无功功率值，为第i条集电线路呈现纯阻 性所需要的无功功率;
正常运行的无功功率补偿设备的目标无功功率为Qtarget1，Qtarget1=Qtarget-Qgwaste， 正常运行的无功功率补偿设备间采用等比例法进行无功功率分配，计算公式采用公式 (11);进入步骤7);
QidevTar=QidmaxΣi=1i=lQid maxQt arg et1---(11)
其中，为第i个无功功率补偿设备的目标无功功率值，为第i个无功功 率补偿设备的有效无功功率容量;e)判断正常运行的无功功率补偿设备和风电机组的 总无功功率容量是否大于风电场目标无功功率Qtarget，如果大于Qtarget，进入步骤f)， 否则，进入步骤g);
f)首先，采用等比例法在正常运行的无功功率补偿设备和风电机组间进行无功功率分 配，计算公式采用公式(12)、(13)：
QidevTar=QidmaxΣi=1i=lQidmax+Σj=1j=nQjmaxQtarget1---(12)
QturTar=Σj=1j=nQjmaxΣi=1i=lQidmax+Σj=1j=nQjmaxQtarget---(13)
其中，为第i个无功功率补偿设备的目标无功功率值，QturTar为风电机组的总 目标无功功率值，为第i个无功功率补偿设备的有效无功功率容量，为第j 台风电机组的最大无功功率值;
然后，将风电机组的总目标无功功率值QturTar在风电机组间采用等比例法进行无功 功率分配，计算公式采用公式(14);进入步骤7);
QjturTar=QjmaxΣj=1j=nQjmaxQturTar---(14)
其中，为第j台风电机组的目标无功功率值，为第j台风电机组的最大 无功功率值;
g)每个正常运行的无功功率补偿设备的目标无功功率值为该设备的最大容量;每台风 电机组的目标无功无功值为该台风电机组的最大无功功率值;同时发出限制风电场并 网有功功率值的信号，以减少风电场的无功功率需求;进入步骤7);
7)以无功功率补偿设备和风电机组的目标无功功率值作为其无功控制指令，向无功功率 补偿设备和风电机组发出无功控制指令;
8)等待无功功率补偿设备和风电机组接收到控制指令，指令执行完成后，返回步骤1)。
