一種風力發電機組分散式接入一次調壓方法與流程

2023-04-24 20:08:11 1

本發明涉及風力發電分散式接入及風力發電一次調壓的
技術領域：
，尤其是指一種風力發電機組分散式接入一次調壓方法。
背景技術：
：大型半直驅永磁同步風力發電機組，主要部件包括齒輪箱、中速永磁同步發電機、葉片、塔筒、全功率變流器。隨著國家對風電消納能力的要求逐步加強，大型風力發電機組分散式接入將會成為一個重要的發展方向。然而，大型風力發電機組分散式接入有別於傳統集中式接入方案，其主要特點為：距離電源遠且距離負荷近，機網電抗大，接入電網負荷的接入退出與風電功率的波動等都將大大影響接入點電壓穩定。但分散式接入均未配備穩定系統電壓的自動無功補償設備，因此其接入電網的穩定控制難度大，亦影響了大型風力發電機組分散式接入的推廣。目前，大型半直驅永磁同步風力發電機組(以下簡稱風機)由於採用全功率變流器，均可運行在功率因數-0.95(感性)～0.95(容性)範圍內，具備較強的無功能力。但風力發電機組控制算法中並未涉及接入點一次調壓相關控制邏輯，機組僅運行在恆定功率因數或恆定無功功率模式。不能控制接入點電壓水平，為大型半直驅永磁同步風力發電機組分散式接入推廣形成了阻力。技術實現要素：本發明的目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供了一種風力發電機組分散式接入一次調壓方法，用於解決風力發電機組分散式接入後控制併網點電壓穩定問題，採用本發明方法可解決大型風力發電機組分散式接入後機網電抗大、距離電源遠且距離負荷近所帶來的控制難度大的問題，可有效提高風力發電機組分散式接入後併網點的電壓穩定，有利於大型半直驅永磁同步風力發電機組分散式接入的推廣。為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種風力發電機組分散式接入一次調壓方法，該方法是先通過採集風機併網點三相電流及三相電壓瞬時值，然後計算風機併網點平均電壓及併網總無功功率，再利用設定電壓與併網平均電壓偏差值δu計算求取設定無功功率qn+1，最後限幅獲得下發無功功率q′n+1，下發變流器執行；其步驟過程如下：1)數據採集風機主控系統利用plc模塊採集風機併網點三相電壓瞬時值(ua(t)、ub(t)、uc(t))及三相電流瞬時值(ia(t)、ib(t)、ic(t))，並將數據存儲至寄存器，具體情況如下：三相電流瞬時值電流是採用電流互感器將一次側電流轉換為1a或5a後再接入plc模塊，並在換算軟體中換算回一次值ia(t)、ib(t)、ic(t)後再存儲至寄存器，若plc模塊無內部分流器，則採用在迴路中並聯電阻的方式；三相電壓瞬時值電壓是將併網點三相電壓直接接入plc採集模塊，並存儲至寄存器，若plc模塊的電壓量程無法滿足直接採集要求，則需接入電壓互感器進行轉接，將電壓轉至可用量程進行採集，並在換算軟體中換算回一次值ua(t)、ub(t)、uc(t)後再存儲至寄存器；2)採集周期判斷判斷數據採集時間是否達到設定採集周期tk，若達到跳至步驟3)，若未達到則繼續循環上面步驟2)的數據採集；其中採集周期tk＝λt,λ為數據窗周波數，t為系統每周波時間，50hz系統每周波時間60hz系統每周波時間數據窗周波數λ推薦1/2的整數倍數，如果選擇一個不是1/2的倍數的隨機數，且小於5，那麼測量值將大幅波動，在50hz的電力系統中λ≥2.5，而在60hz的電力系統中λ≥3；3)數據計算計算在tk時間採樣周期內的三相電壓有效值(ua、ub、uc)、三相電流有效值(ia、ib、ic)以及三相總無功功率qn，在tk時間採樣周期內數據窗長度n＝n1*λ，式中n1為一個周波內採樣的數據點數，50hz系統n1＝fs/50,60hz系統n1＝fs/60，fs為採集頻率；計算完成後進入步驟4)，其中詳細計算過程如下：3.1)計算併網點電壓有效值(ua、ub、uc)，計算公式如下：式中，u(t)為單相瞬時電壓值，u為單相電壓有效值，n為數據窗長度；3.2)計算併網點電流有效值(ia、ib、ic)，計算公式如下：式中，i(t)為單相瞬時電流值，i為單相電流有效值，n為數據窗長度；3.3)計算併網點單相有功功率(pa、pb、pc)，計算公式如下：式中，p為單相有功功率，n為數據窗長度，u(t)為單相瞬時電壓值，i(t)為單相瞬時電流值；3.4)計算併網點單相視在功率(sa、sb、sc)，計算公式如下：s＝u·i式中，s為單相視在功率，u為單相電壓有效值，i為單相電流有效值；3.5)計算併網點單相無功功率(qa、qb、qc)，計算公式如下：式中，q為單相無功功率，s為單相視在功率，p為單相有功功率；3.6)計算三相總無功功率qn，計算公式如下：qn＝qa+qb+qc式中，qa為a相無功功率，qb為b相無功功率，qc為c相無功功率；4)fvrt動作判斷plc模塊利用通訊接收變流器反饋的fvrt動作信號即bool變量，若fvrt動作信號觸發，則說明機組處於fvrt狀態，進入步驟9)，若fvrt動作信號未觸發，則說明機組未處於fvrt狀態，進入步驟5)；其中，所述變流器在fvrt動作期間無功功率值不受主控指令控制，自行根據fvrt期間要求輸出無功功率，變流器在fvrt動作結束後撤銷fvrt動作狀態，同時重新接收主控無功指令，變流器無功受主控控制；5)電壓偏差計算計算電壓偏差值δu用於步驟6)無功輸出無功功率計算，計算完成進入步驟6)，計算方法如下：δu＝uref-u′式中，uref為控制點目標電壓值，取0.9～1.1倍的u0；對應不同電壓等級u0取值不同：電壓等級0.38、0.62、0.66、1、1.14、2.3、3、6、10對應的u0取值為0.4、0.62、0.69、1.05、1.2、2.4、3.15、6.3、10.5；u′相電壓有效值的計算方法如下：方法1：取三相電壓有效值的平均值方法2:取加權值，取三相最大值和三相最小值的平均值6)輸出無功功率計算根據電壓偏差值δu計算無功功率qn+1，計算完成後進行步驟7)，計算過程如下：當-a≤δu≤a,qn+1＝qn；當-b≤δu＜-a,qn+1＝qn-δq；當b≥δu＞a；,qn+1＝qn+δq；當-b＞δu,δu＞b，其中，a、b、δq為閾值，需根據實際系統參數進行設計，總體目標為滿足系統穩定；閾值δq推薦值為δq＝6％p，p為風機有功功率額定值；ssc為風機接入點短路容量，需根據具體接入系統設置；7)輸出無功限幅計算，計算公式如下：q′n+1＝limit(qmax，qn+1，qmin)式中，q′n+1為無功功率的限幅，限幅值在機組能力可運行無功功率範圍內，qmax為機組最大容性無功功率，qmin為機組最大感性無功功率；8)指令下發變流器執行將q′n+1值下發至變流器，變流器根據q′n+1進行無功輸出調節以使得併網無功功率達到q′n+1；9)無功功率指令閉鎖閉鎖無功指令計算，取qn+1＝qn，進行步驟7)。本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：1、機組在併網發出有功功率的同時會補償系統無功功率，以平穩系統電壓，優化風機接入穩定，同時考慮一定的死區閾值和電壓值採樣計算的穩定性，在要求周期和死區閾值內無功功率不調整，小幅電壓波動時採用固定小步長補償，以避免過快調節系統電壓造成系統不穩定。2、針對大幅電壓波動採用無功輸出值根據無功需求值進行計算，可滿足快速響應要求，同時考慮frt過程，可以在滿足系統穩定的同時，針對故障進行快速響應。附圖說明圖1為本發明方法流程圖。圖2為數據採集的架構圖。圖3為並聯電阻數據採集的架構圖。圖4為閥值判斷及輸出無功功率計算流程圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。參見圖1所示，本實施例所提供的風力發電機組分散式接入一次調壓方法，包括以下步驟：1)數據採集風機主控系統利用plc模塊採集風機併網點三相電壓瞬時值(ua(t)、ub(t)、uc(t))及三相電流瞬時值(ia(t)、ib(t)、ic(t))，並將數據存儲至寄存器。其中，三相電流瞬時值電流是採用電流互感器將一次側電流轉換為1a或5a後再接入plc模塊，並在換算軟體中換算回一次值ia(t)、ib(t)、ic(t)後再存儲至寄存器，參見圖2所示。若plc模塊無內部分流器，可採用在迴路中並聯電阻的方式，參見圖3所示。而三相電壓瞬時值電壓是將併網點三相電壓直接接入plc模塊，並存儲至寄存器。若plc模塊電壓量程無法滿足直接採集要求，可接入電壓互感器進行轉接，將電壓轉至可用量程進行採集，並在計算軟體中換算回一次值ua(t)、ub(t)、uc(t)，並存儲至寄存器。2)採集周期判斷判斷數據採集時間是否達到設定採集周期tk，若達到跳至步驟3)，若未達到則繼續循環上面步驟2)的數據採集。其中採集周期tk＝λt,λ為數據窗周波數，t為系統每周波時間，50hz系統每周波時間60hz系統每周波時間數據窗周波數λ推薦1/2的整數倍數，如果選擇一個不是1/2的倍數的隨機數，且小於5，那麼測量值將大幅波動。在50hz的電力系統中λ≥2.5，而在60hz的電力系統中λ≥3。經驗表明，這是測量速度和穩定性之間的一個很好的折中。只有在特殊情況下才可以對這個值進行改變(例如，高測量速度、低信號頻率或者特殊電流曲線)。3)數據計算計算在tk時間採樣周期內的三相電壓有效值(ua、ub、uc)、三相電流有效值(ia、ib、ic)以及三相總無功功率qn，在tk時間採樣周期內數據窗長度n＝n1*λ，式中n1為一個周波內採樣的數據點數，50hz系統n1＝fs/50,60hz系統n1＝fs/60，fs為採集頻率，建議fs≥1000hz；計算完成後進入步驟4)，其中詳細計算過程如下：3.1)計算併網點電壓有效值(ua、ub、uc)，以a相電壓有效值ua為例計算公式如下：ua(t)--a相瞬時電壓值；ua--a相電壓有效值；n--數據窗長度；3.2)計算併網點電流有效值(ia、ib、ic)，以a相電流有效值ia為例計算公式如下：ia(t)--a相瞬時電流值；ia--a相電壓有效值；n--數據窗長度；3.3)計算併網點單相有功功率(pa、pb、pc)，以a相有功功率pa為例計算公式如下：pa--a相有功功率；n--數據窗長度；ua(t)--a相瞬時電壓值；ia(t)--a相瞬時電流值；3.4)計算併網點單相視在功率(sa、sb、sc)，以a相視在功率sa為例計算公式如下：sa＝ua·iaua--a相電壓有效值；ia--a相電流有效值；3.5)計算併網點單相無功功率(qa、qb、qc)，以a相無功功率qa為例計算公式如下：sa--視在功率值；pa--有功功率值；3.6)計算三相總無功功率qn，計算公式如下：qn＝qa+qb+qcqa--a相無功功率；qb--b相無功功率；qc--c相無功功率。4)fvrt動作判斷plc模塊利用通訊接收變流器反饋的fvrt動作信號(bool變量)。若fvrt動作信號觸發，則說明機組處於fvrt狀態，進入步驟9)；若fvrt動作信號未觸發，則說明機組未處於fvrt狀態，進入步驟5)。變流器在fvrt動作期間無功功率值不受主控指令控制，自行根據fvrt期間要求輸出無功功率。變流器在fvrt動作結束後撤銷fvrt動作狀態，同時重新接收主控無功指令，變流器無功受主控控制。5)電壓偏差計算計算電壓偏差值δu用於步驟6)無功輸出無功功率計算，計算完成進入步驟6)，計算方法如下：式中，uref為控制點目標電壓值，取0.9～1.1倍的u0；對應不同電壓等級u0取值不同，參見下表1所示。表1電壓等級對應u0取值電壓等級0.380.620.6611.14u0取值0.40.620.691.051.2電壓等級2.33610u0取值2.43.156.310.5u′相電壓有效值的計算方法如下：方法1：取三相電壓有效值的平均值方法2:取加權值，取三相最大值和三相最小值的平均值6)輸出無功功率計算根據電壓偏差值δu計算無功功率qn+1，計算完成後進行步驟7)，參見圖4所示，計算過程如下：當-a≤δu≤a,qn+1＝qn；當-b≤δu＜-a,qn+1＝qn-δq；當b≥δu＞a；,qn+1＝qn+δq；當-b＞δu,δu＞b，其中，a、b、δq為閾值，需根據實際系統參數進行設計，總體目標為滿足系統穩定，以690v系統為例，閾值a推薦值為5，閾值b推薦值為20；閾值δq推薦值為δq＝6％p，p為風機有功功率額定值；ssc為風機接入點短路容量，需根據具體接入系統設置。7)輸出無功限幅計算，計算公式如下：q′n+1＝limit(qmax，qn+1，qmin)式中，q′n+1為無功功率的限幅，限幅值在機組能力可運行無功功率範圍內，qmax為機組最大容性無功功率，qmin為機組最大感性無功功率。8)指令下發變流器執行將q′n+1值下發至變流器，變流器根據q′n+1進行無功輸出調節以使得併網無功功率達到q′n+1。9)無功功率指令閉鎖閉鎖無功指令計算，取qn+1＝qn，進行步驟7)。在採用以上方案後，與現有技術相比，機組在併網發出有功功率的同時會補償系統無功功率，以平穩系統電壓，優化風機接入穩定。同時，考慮一定的死區閾值和電壓值採樣計算的穩定性，在要求周期和死區閾值內無功功率不調整，小幅電壓波動時採用固定小步長補償，以避免過快調節系統電壓造成系統不穩定。而針對大幅電壓波動採用無功輸出值根據無功需求值進行計算，可滿足快速響應要求。同時考慮frt過程，可以在滿足系統穩定的同時，針對故障進行快速響應。總之，採用本發明方法可解決大型風力發電機組分散式接入後機網電抗大、距離電源遠且距離負荷近所帶來的控制難度大的問題，可有效提高風力發電機組分散式接入後併網點的電壓穩定，有利於大型半直驅永磁同步風力發電機組分散式接入的推廣，具有實際應用價值，值得推廣。以上所述之實施例子只為本發明之較佳實施例，並非以此限制本發明的實施範圍，故凡依本發明之形狀、原理所作的變化，均應涵蓋在本發明的保護範圍內。當前第1頁12