[發明專利]一種基于多種風電機組共濟的風電場無功電壓集群控制方法

有效

• 申請號: 201310454989.9
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103715696A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 李吉晨;徐海波;常康;宋曉芳;周玲;方勇杰;薛峰;孟昭軍
• 申請（專利權）人: 南京南瑞集團公司
• 主分類號: H02J3/16
• 分類號: H02J3/16;H02J3/50
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于電力系統及其自動化技術領域，具體涉及一種基于多種風電機組共濟的風電場無功電壓集群控制方法。

背景技術

目前，常見的風電機組主要包括：鼠籠式異步電機、雙饋異步電機及永磁同步電機。其中，鼠籠異步電機由于在運行過程中需要從外部吸收無功電流而逐漸被后兩種風力發電機所取代；雙饋異步電機由于其控制技術成熟，是目前國內廣泛時候的風力發電機，但在低電壓穿越過程中撬棒電路（crowbar）保護接入時機組也會從電網吸收無功；由于全功率變換器的價格昂貴，永磁同步電機容量很難做到與雙饋異步電機相當，且目前國內同步風電機組一般采用單位功率因素控制方式，在低電壓穿越過程中只發少量甚至不發無功，沒用充分利用電機全功率變換器的無功調節能力。因此，現有的風電場在并網時必須安裝無功補償裝置（SVC、SVG等）來彌補低電壓穿越時的無功缺口，在分多期建造的大型風力發電場中往往存在多個（種）無功補償裝置并存的現象，由于其控制策略的不盡相同很難做到快速、連續平滑的協同調節，這樣就會造成故障恢復后并網點無功過剩，部分機組由于高電壓保護引起脫網，帶來不必要的經濟損失。

根據國標《風電場接入電力系統技術規定》（GB/T19963-2011）中對無功電壓方面最新要求：（1）風電場并網點電壓跌落至20%標稱電壓時，風電場內的風電機組應保證不脫網連續運行625ms；（2）總裝機容量在百萬千瓦級規模及以上的風電場群，在電力系統發生三相短路故障引起電壓跌落時，各風電場在低電壓穿越過程中應具有相應的無功支撐能力，風電場注入電力系統的動態無功電流IT≥15.×(0.9-V_out-pu)I_N（0.2≤V_out-pu≤0.9）,其中：V_out-pu為風電場并網點電壓標幺值；I_N為風電場額定電流。也就是說，今后風電場并網的發展趨勢是在低電壓穿越時不僅不從電網吸收無功，相反的，需要向電網注入無功以維持并網點電壓，這從經濟成本上而言，無疑對目前廣泛采用無功補償裝置的風電場無功電壓控制策略是一個不小的沖擊。

中國大力發展風電多年，已建造多個大型風力發電廠并投入使用，此時重建符合最新國標要求的風電場又將花費大量財力人力。因此，本發明提出的基于多種風電機組共濟的風電場無功電壓集群控制方法是有現實意義的。

發明內容

本發明的目的是：提出一種基于多種風電機組共濟的風電場無功協調控制方法，根據監測風電場并網點的電壓，按照《風電場接入電力系統技術規定》（GB/T19963-2011）規定，在由不同風電機組構成的風電場低電壓穿越過程中以風電場不從電網吸收無功為目標，協調控制風電場不同風電機組運行方式，保證風電場無功平衡。

具體地說，本發明是采用以下的技術方案來實現的，包括下列步驟：

1）實時監測風電場并網點電壓標幺值其中V_out為并網點電壓觀測值，V_out-ref為并網點參考電壓基準值；

2）當0.9≤V_out-pu≤1.1時，采用現有的風機組常態控制策略使雙饋異步發電機群和永磁同步發電機群中的各發電機組工作在單位功率因素模式，返回步驟1），否則進入步驟3）；

3）當V_out-pu＜0.2時,切除風電機群，結束本方法，否則對雙饋異步發電機群仍采用現有的低電壓穿越控制策略，并實時監測雙饋異步發電機群中風電機組撬棒電路（crowbar）投入信號；

當雙饋異步發電機群中各風電機組撬棒電路未投入時，對永磁同步發電機群采取無功維持控制策略，進入步驟5），否則進入步驟4）；

4）對永磁同步發電機群則采取無功支援控制策略，然后進入步驟5）；

5）監測風電場并網點電壓在步驟1）所監測到V_out-pu的值上的維持時間T，當T超過國家標準《風電場接入電力系統技術規定》（GB/T19963-2011）中要求時，切除風電機群，結束本方法，否則返回步驟1）進行下一輪控制。

上述技術方案的進一步特征在于：在所述步驟3）中，無功維持控制策略分為機側和網側變流器控制策略，其中：

所述機側變流器控制策略為，在控制過程中，變流器不消耗有功功率，而通過提高發電機轉子轉速ω，將風機發出的多余功率全部由風電機轉子動能來儲存以保持變流器直流環節功率平衡；