一種風電場低電壓穿越控制方法
2023-12-04 15:43:31 2
專利名稱：一種風電場低電壓穿越控制方法
技術領域：
本發明涉及一種風電場低電壓穿越控制方法，具體地說是一種具有風電場低電壓穿越功能的系統和裝置的控制方法。
背景技術：
近年來風力發電迅速發展，風電佔供電比重也隨之增長迅速。由此帶來的問題也引起了廣泛的重視.特別是在電網出現故障導致電壓跌落後，風力機組如果紛紛解列會帶來系統暫態不穩定，並可能造成局部甚至是系統全面癱瘓，因此電網企業對風機併網提出了一定的要求，低電壓穿越(低電壓穿越)能力就是要求風機或風電場必須能夠滿足的一項強制性標準或規範。併網風力發電設備與傳統的併網發電設備，如火力發電設備或水力發電設備最大的區別在於，其在電網故障期間並不能維持電網的電壓和頻率，這對電力系統的穩定性非常不利。電網故障是電網的一種非正常運行形式，主要有輸電線路短路或斷路，如三相對地，單相對地以及線間短路或斷路等，它們會引起電網電壓幅值的劇烈變化。低電壓穿越(Low voltage ride through,低電壓穿越)，是指在風機併網點電壓跌落的時候，風機能夠保持併網，甚至向電網提供一定的無功功率，支持電網恢復，直到電網恢復正常，從而「穿越」這個低電壓時間(區域)。根據國家電網Q/GDW 392-2009《風電場接入電網技術規定》中第8條「風電場低電壓穿越」的描述， 風電場低電壓穿越應該達到如下要求:1、基本要求I)風電場內的風電機組具有在併網點電壓跌至20 %額定電壓時能夠保證不脫網連續運行625毫秒的能力；2)風電場併網點電壓在發生跌落後2s內能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場內的風電機組能夠保證不脫網連續運行。2、不同故障類型的考核要求對於電網發生不同類型故障的情況，對風電場低電壓穿越的要求如下:I)當電網發生三相短路故障引起併網點電壓跌落時，風電場併網點各線電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區域內時，場內風電機組必須保證不脫網連續運行；風電場併網點任意一線電壓低於或部分低於圖中電壓輪廓線時，場內風電機組允許從電網切出。2)當電網發生兩相短路故障引起併網點電壓跌落時，風電場併網點各線電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區域內時，場內風電機組必須保證不脫網連續運行；風電場併網點任意一線電壓低於或部分低於圖中電壓輪廓線時，場內風電機組允許從電網切出。3)當電網發生單相接地短路故障引起併網點電壓跌落時，風電場併網點各相電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區域內時，場內風電機組必須保證不脫網連續運行；風電場併網點任意一相電壓低於或部分低於圖中電壓輪廓線時，場內風電機組允許從電網切出。3、有功恢復
對電網故障期間沒有切出電網的風電場，其有功功率在電網故障清除後應快速恢復，以至少10%額定功率/秒的功率變化率恢復至故障前的值。使得風電場獲得低電壓穿越能力有兩類解決方案，一類方案是讓風電場中的所有的風力發電機組獲得低電壓穿越的能力，從而使風電場具有低電壓穿越的能力，即所謂分散式的低電壓穿越解決方案。另一類方案是針對風電場整體提供一種低電壓穿越的能力，而不需要其中的每個風電機組具有低電壓穿越功能，即所謂集中式的整體風電場低電壓穿越解決方案。浙江大學電氣工程學院王虹富等人提出一種「利用串連制動電阻提高風電場低電壓穿越能力」的解決方案(見電力系統與自動化期刊第32卷第18期81頁)。該方案提出一種在電網發生電壓跌落時,在風電機組與電網之間串接接入制動電阻用於維持機端電壓不變，從而使風電機組具備低電壓穿越的能力。該方案通過仿真實驗提出的對制動電阻選擇參數，是基於對風力發電機轉速-電壓動態穩定域的分析進行的選擇，並沒有充分考慮電網的電壓和電流的波動情況，也沒有提出投切制動電阻的投切速度參數和過程控制方法。因此，該方案仍然停留在理論研究階段，並不能實際應用到風電場或風力發電機組。
發明內容
本發明的目的是提出一種風電場低電壓穿越的控制方法，用於控制風力發電機組或風電場低電壓穿越系統和裝置實現風力發電機組或風電場低電壓穿越的功能。本發明一種風電場低電壓穿越的控制方法是這樣實現的，包括如下步驟:測量風電場接入電網端的三相電流和電壓，計算電網的等效阻抗，測量取樣頻率為 100KHZ 至 200KHZ ；構建一個由串聯和並聯組成的模塊化阻抗陣列，將該阻抗陣列的每個阻抗模塊分別與一個高速接觸器並聯連·接，控制高速接觸器控制該阻抗模塊是否接入阻抗陣列；根據測量的電網等效阻抗值，採用控制器控制每一個阻抗模塊的並聯接觸器改變阻抗模塊的接入關係，從而改變整個阻抗陣列的阻抗值來跟蹤電網的等效阻抗值；將上述阻抗陣列與一個高速斷路器並聯，然後串聯接入風電場匯集線和升壓變壓器進線斷路器之間；採用控制器控制高速斷路器的切換，在電網低電壓的產生的2-4毫秒時間內完成對低電壓產生的判斷；計算低電壓產生的時間點與三相交流電壓中相距最近的相電壓正弦波過零點的時間差At，當時間差At為大於等於8毫秒，選擇該相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點；當時間間距At小於8毫秒，選擇三相電壓正弦波中距離第一個相電壓正弦波過零點最近的相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點。電網發生電壓跌落時，控制器在2-4毫秒時間內完成對低電壓產生的判斷，高速斷路器在7-8毫秒的時間內完成斷開動作，串聯接入與電網等效阻抗值相同阻抗陣列並維持風電場匯集線電壓不變。本發明提出的風電場低電壓穿越控制方法的特點及優點是:1、適用各類風電場和風力發電機組的低電壓穿越系統和裝置；2、控制精度高，準確可靠；
3、是獨立的控制系統，不涉及風電場風力發電機主輔設備，不影響原風場發電系統的可靠性；4、串聯動態阻抗補償，維持風電場匯集線電壓不變、電流不變，頻率不變、風力發電機轉速不變、功角不變、旋轉磁場不變；5、當電網故障恢復時，風電場立即向電網提供相當於故障前的有功功率和電壓，幾乎沒有恢復過程，沒有磁場重建過程。給予電網穩定以最大的支持，起到加速電網電壓恢復的作用；6、不僅適用於各種風電機組，而且容量可調整，可積木式升級，便於風電場增容。對於固定裝機容量風電場，通過改變補償阻抗的容量，即可改變CLSS的支持時間；換言之，對於固定的補償時間，通過改變補償阻抗的容量，可以適應不同裝機容量容量的風電場；7、集中式結構，施工範圍小，易於現場管理；不觸及風電場每颱風電機主輔設備，不影響原風場發電系統的可靠性，涉及內容少，改造工作量小，運維簡易；8、相對單機改造的整體成本要低；9、尤其對於分期建設的風電場，一期改造，後期收益。無論風電運營商或電網公司都不需要再對風力發電機進行逐臺檢測和維護。
具體實施例方式為了對本發明技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，以下說明本發明的具體實施方式
。 本發明的目的是提供一種在用於風電場火風力發電機組的低電壓穿越裝置成功完成低電壓穿越功能的控制方法。該方法是根據國家電網Q/GDW 392-2009《風電場接入電網技術規定》中第8條「風電場低電壓穿越」的相關要求提出。測量風電場接入電網端的三相電流和電壓，測量取樣頻率為80KHZ，計算電網的等效阻抗值，對於標準的33臺1.5麗風電機組的風電場，有3條匯集線，每條匯集線掛11颱風電機組，對於單機，機端電壓690伏，，單機滿發功率為1.5MW，等效阻抗為0.314歐姆；經箱式變壓器變壓成匯集線電壓為35千伏，單機滿發功率為1.5MW,單機等效阻抗約為816歐姆，匯集線電壓35千伏，匯集線滿發功率16.5MW,等效阻抗約為74.3歐姆，風電場升壓站前端的電壓35千伏，滿發功率未49.5MW，等效阻抗約為24.75歐姆。構建一個由串聯和並聯組成的模塊化阻抗陣列，將該阻抗陣列的每個阻抗模塊分別與一個高速接觸器並聯連接，通過控制高速接觸器閉合與斷開來控制該阻抗模塊是否接入阻抗陣列。根據低電壓穿越系統裝置應用場合的不同來確定阻抗陣列每個模塊的標定值。當應用於單機場合時，阻抗陣列每個模塊的標定值小於0.314歐姆，當應用於匯集線場合時，阻抗陣列每個模塊的標定值小於74.3歐姆，當應用於整體風電場時，阻抗陣列每個模塊的標定值小於24.75歐姆。模塊化阻抗陣列為多級可調阻性陣列，其總阻抗等於風電場額定容量下的負載阻抗，設計為16級可調，調節精度為6.25%，阻抗調整時間小於10毫秒；根據測量的電網瞬時等效阻抗值，控制每一個阻抗模塊的並聯接觸器的閉合與斷開來改變各個阻抗模塊的接入關係，從而改變整個阻抗陣列的阻抗值來跟蹤電網的等效阻抗值；將上述阻抗陣列與一個高速斷路器並聯，並聯後阻抗陣列和高速斷路器並聯的串聯接入風電場匯集線和升壓變壓器進線斷路器之間；採用控制器控制高速斷路器的斷開與閉合，在電網低電壓產生的3毫秒時間內完成對低電壓產生的判斷；計算低電壓產生的時間點與三相交流電壓中相距最近的相電壓正弦波過零點的時間差At，當時間差At為大於等於8毫秒，選擇該相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點；當時間間距At小於8毫秒，選擇三相電壓正弦波中距離第一個相電壓正弦波過零點最近的相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點。電網發生電壓跌落時，控制器在3毫秒時間內完成對低電壓產生的判斷，高速斷路器在8毫秒的時間內完成斷開動作，串聯接入與電網等效阻抗值相同的阻抗陣列並維持風電場匯集線電壓不變。低電壓穿越裝置對風電機故障穿越的支持是動態全負載阻抗補償方式，即:「低電壓穿越裝置」補償的阻抗是根據故障前瞬間測得的負載阻抗進行調整的，故障期間，低電壓穿越裝置作為風電機的負載支持風電機持續運行，與電網電壓無關，可見，因阻抗近似不變，風電機發出的電流也近似不變，該阻抗與電流的乘積即風電機機端電壓同樣近似不變，結果是風電機的輸出功率近似不變，對於風電機系統來說，電網系統未曾發生任何故障，顯然不會啟動任何保護動作；低電壓穿越裝置工作原則是:2秒之內，電網故障不切除，「低電壓穿越裝置」不退出。因此，即使電網電壓跌落到零，本「低電壓穿越裝置」同樣可以完成對風電機運行的支持。採用本控制方法，低電壓穿越裝置從故障發生到投入的時間小於12毫秒，快於繼電保護的動作時間下限，因此，在「低電壓穿越裝置」投入前的20毫秒時間內，風電機系統同樣不會啟動任何保護動作。電網故障期間，由於「低電壓穿越裝置」的作用，風電機一直處於故障前工況，一旦故障切除，風電機向電網提供的有功恢復速度則是最快速的。以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式
，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的 範圍。
權利要求
1.一種風電場低電壓穿越的控制方法，包括如下步驟: 測量風電場接入電網端的三相電流和電壓，計算電網的等效阻抗，測量取樣頻率為IOOKHZ 至 200KHZ ； 構建一個由串聯和並聯組成的模塊化阻抗陣列，將該阻抗陣列的每個阻抗模塊分別與一個高速接觸器並聯連接，控制高速接觸器控制該阻抗模塊是否接入阻抗陣列； 根據測量的電網等效阻抗值，採用控制器控制每一個阻抗模塊的並聯接觸器改變阻抗模塊的接入關係，從而改變整個阻抗陣列的阻抗值來跟蹤電網的等效阻抗值； 將上述阻抗陣列與一個高速斷路器並聯，然後串聯接入風電場匯集線和升壓變壓器進線斷路器之間； 採用控制器控制高速斷路器的切換，在電網低電壓的產生的2-4毫秒時間內完成對低電壓產生的判斷； 計算低電壓產生的時間點與三相交流電壓中相距最近的相電壓正弦波過零點的時間差At，當時間差At為大於等於8毫秒，選擇該相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點；當時間間距At小於8毫秒，選擇三相電壓正弦波中距離第一個相電壓正弦波過零點最近的相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點。
電網發生電壓跌落時，控制器在2-4毫秒時間內完成對低電壓產生的判斷，高速斷路器在7-8毫秒的時間內完成斷開動作，串聯接入與電網等效阻抗值相同阻抗陣列並維持風電場匯集線電壓不變。`
全文摘要
本發明公開了一種風電場低電壓穿越的控制方法，本發明涉及一種風電場低電壓穿越控制方法，具體地說是一種具有風電場低電壓穿越功能的系統和裝置的控制方法。本發明的基本原理是測量風電場接入電網端的三相電流和電壓，計算電網的等效阻抗，構建一個可快速調整模塊化阻抗陣列，將該阻抗陣列與一個高速斷路器並聯後串聯接入風電場匯集線和升壓變壓器進線斷路器之間，2-4毫秒時間內完成對低電壓產生的判斷，計算電壓正弦波過零點的時間點，在過零點高速斷路器完成斷開動作，低電壓判斷和斷路器動作時間不大於12毫秒，串聯接入與電網等效阻抗值相同阻抗陣列並維持風電場匯集線電壓不變。
文檔編號H02J3/14GK103248054SQ20121002364
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月3日 優先權日2012年2月3日
發明者王川, 李濱, 茅東, 肖志東, 郭慶波, 朱同偉 申請人:北京光耀麥斯韋風電技術有限公司