[發(fā)明專利]風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)母線電壓跌落幅相檢測系統(tǒng)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110326591.8
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102508008A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 溫志偉;靳丹;張曉英;黨存祿;嚴(yán)鋆
• 申請（專利權(quán)）人: 甘肅電力科學(xué)研究院;蘭州理工大學(xué)
• 主分類號: G01R19/04
• 分類號: G01R19/04;G01R25/00
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責(zé)任公司 62102
• 代理人: 董斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)電氣控制技術(shù)。

背景技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電與現(xiàn)有電力系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行可以有效降低電力峰荷、緩解電壓驟降、消除過負(fù)荷和堵塞、增加輸電裕度，提高供電可靠性。由于技術(shù)的限制，在風(fēng)電初始發(fā)展期，一些風(fēng)機(jī)不具備低電壓穿越能力，這也導(dǎo)致近期一些風(fēng)電基地不斷發(fā)生風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)的事故。

2011年2月24日，西北電網(wǎng)甘肅酒泉風(fēng)電基地因橋西第一風(fēng)電場35千伏電纜饋線電纜頭三相短路故障，導(dǎo)致附近16個風(fēng)電場的598臺風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)，損失風(fēng)電出力84萬千瓦，占事故前酒泉地區(qū)風(fēng)電出力的54.4％。4月17日，甘肅瓜州協(xié)合風(fēng)電公司干河口西第二風(fēng)電場一個箱變高壓側(cè)電纜頭擊穿，事故帶來的系列反應(yīng)造成702臺風(fēng)電機(jī)組相繼脫網(wǎng)。事故前后持續(xù)達(dá)10分鐘之久，損失風(fēng)電出力1006.2兆瓦，較酒泉事故脫網(wǎng)風(fēng)機(jī)和損失風(fēng)電出力均增加約兩成。同日，河北張家口某風(fēng)電場箱式變壓器發(fā)生短路事故，引起的系列反應(yīng)造成644臺風(fēng)機(jī)相繼脫網(wǎng)，損失風(fēng)電出力占事故前張家口地區(qū)風(fēng)電出力的48.5％，波及華北電網(wǎng)主網(wǎng)。

由此可見，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)所聯(lián)電網(wǎng)并不理想，各種故障時有發(fā)生。電網(wǎng)故障引起風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)母線電壓跌落，造成風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)不能正常向電網(wǎng)輸送電能。IEEE標(biāo)準(zhǔn)從強(qiáng)調(diào)保護(hù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的角度出發(fā)，要求電網(wǎng)故障下風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)與電網(wǎng)解列。但是，隨著我國風(fēng)電滲透率的增加，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)之間的相互影響也越來越大，如果風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在電網(wǎng)故障下解列，必將影響電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。為此，要求風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在并網(wǎng)母線發(fā)生電壓跌落的情況下仍然保持不脫網(wǎng)運(yùn)行。目前，電網(wǎng)故障下的風(fēng)電并網(wǎng)運(yùn)行已成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。電壓跌落是電網(wǎng)中最為常見的故障。電壓跌落的深度不等，最低可到零，持續(xù)時間為0.5個電壓周期到數(shù)秒。在電壓跌落過程中，也同時伴有相角的跳變。對于目前比較流行的雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)(DFIG)，電網(wǎng)電壓跌落時風(fēng)力發(fā)電機(jī)的各量都會產(chǎn)生較大的振蕩。電網(wǎng)電壓深度跌落時甚至?xí)斐蒁FIG轉(zhuǎn)子回路的過流和過壓，使得雙饋?zhàn)兞髌髦械木W(wǎng)側(cè)變流器和機(jī)側(cè)變流器無法正常運(yùn)行，最終導(dǎo)致保護(hù)性跳機(jī)，難以實(shí)現(xiàn)DFIG的低電壓穿越(LVRT)。在低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)中，要求逆變器在電網(wǎng)電壓跌落后不脫網(wǎng)，并在20ms內(nèi)向電網(wǎng)注入無功電流以抬高電網(wǎng)電壓，這就對三相電網(wǎng)電壓跌落的檢測時間提出要求。因此，快速、準(zhǔn)確地檢測出風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)母線電壓跌落的幅值和相位，是采取相應(yīng)保護(hù)措施的前提，也是實(shí)現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在電壓跌落期間正確控制的難點(diǎn)，對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在故障恢復(fù)中快速補(bǔ)償電壓跌落幅值與相位改善控制效果、實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組的LVRT具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。

KAU?RA，BLASKO在題為Ope?ration?of?a?phase?locked?loop?system?under?distorted?utility?conditions論文中(IEEE?Transactions?on?Industrial?Applications，1997，33(1)：58-63)提出單相鎖相環(huán)采用硬件鎖相方式，通過過零檢測實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)相位的跟蹤，難以作用于諧波污染較為嚴(yán)重的場合；目前三相軟件鎖相方法得到推廣和應(yīng)用，并把對幅值的檢測提高到與相位跟蹤同等重要的地位。但是，三相軟件鎖相環(huán)路面臨的主要問題是：受電網(wǎng)負(fù)序分量和諧波分量的影響，鎖相系統(tǒng)要獲得良好的穩(wěn)態(tài)精度必須降低環(huán)路濾波器的截止頻率，這極大影響了系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。

李彥棟等在“新型軟件鎖相環(huán)在動態(tài)電壓恢復(fù)器中的應(yīng)用”論文中(電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(8)：42-45.)對傳統(tǒng)三相鎖相環(huán)路進(jìn)行了改進(jìn)，其對電網(wǎng)不平衡擾動的動態(tài)響應(yīng)時間仍然大于1.5個頻率周期。