[發明專利]提高集群風電場聯絡線重合閘成功率的方法

有效

• 申請號: 201410382787.2
• 申請日: 2014-08-05
• 公開（公告）號: CN104362579B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發明（設計）人: 李鳳婷;何世恩;柴海濤;路亮;王婷;周強;馬明
• 申請（專利權）人: 新疆大學;國家電網公司;甘肅省電力公司風電技術中心;國網甘肅省電力公司
• 主分類號: H02H3/06
• 分類號: H02H3/06;H02H7/26
• 代理公司: 烏魯木齊合縱專利商標事務所65105
• 代理人: 湯建武,周星瑩

技術領域

本發明涉及風力發電技術領域，是一種提高集群風電場聯絡線重合閘成功率的方法。

背景技術

大規模風電集中接入電網，對繼電保護整定及重合閘策略提出了新的要求。按照我國千萬千瓦級風電基地的開發模式來看，風電場以集群方式逐級接入系統，風電出力在電網中占得比重越來越大，原系統中用來調峰的電源容量很難滿足集群風電場所需調峰能力的要求。電網故障時，若大規模風電場同時退出運行，將造成系統有功缺額，影響系統穩定運行。

目前集群風電場聯絡線重合閘配置如下：

目前集群風電場聯絡線重合閘配置不考慮風電的運行特性及其影響，按以下2種方式配置：①按常規雙端電源線路的重合閘進行配置（綜合重合閘），當風電場聯絡線發生兩相短路故障、兩相接地故障或三相故障時，斷路器跳三相，系統側采用檢無壓先重合，0.7s后風電場側采用檢同期重合；也有專家提出系統側采用“檢線路無壓”、風電場側采用“檢線路有壓母線無壓”的重合方式。②不投重合閘或采用單相重合閘。當風電場聯絡線發生兩相短路故障、兩相接地故障或三相故障時，斷路器跳三相，不重合，待故障消除后，再按風電并網規程將風機并網。

目前集群風電場聯絡線重合閘配置存在的不足：

若采用第一種重合方式，如圖1所示，當集群風電場聯絡線f點發生兩相故障，縱聯保護動作，聯絡線兩側的斷路器跳三相后，將集群風電場與電網完全隔離，集群風電場失去背側電源。對于雙饋風電機組，目前主要控制方式為采用矢量控制，通過控制風電機組的雙向變頻器與系統交換的轉差功率，實現變頻器對整個雙饋風電機組的有功、無功功率的解耦控制；對于直驅風電機組，通過網側變流器調節網側的d軸和q軸電流，以保持直流側電壓穩定，實現有功功率和無功功率的解耦控制；不論是雙饋風電機組還是直驅風電機組采用的控制方式，風電機組的轉子轉速與系統頻率完全解耦，不參與系統調峰。當集群風電場與電網完全隔離時，集群風電場將帶負荷孤島運行，風電出力的波動性及負荷的波動性極易導致風電機組的高、低頻保護動作切機。只有當集群風電場出力正好與負荷匹配，才有可能維持孤島運行，而這顯然是一個極不穩定的平衡點。當集群風電場機組類型為具備低電壓穿越能力的雙饋風電機組時，當風電場聯絡線f點發生兩相故障時，由于撬棒保護動作時間很短(μs級)，撬棒保護先動作，然后風電場聯絡線的縱聯差動保護再動作，斷路器跳三相，將集群風電場與電網完全隔離。撬棒保護動作后的DFIG進入異步運行狀態。根據異步電動機運行特性，要維持當前運行狀態，需電網向機組提供無功功率（為機端電壓，為機端電壓超前機組等值電路阻抗的角度，為DFIG等值電路阻抗），由于此時集群風電場與電網已完全隔離，電網不能向集群風電場提供無功功率，所以當集群風電場與電網已完全隔離后，具備低電壓穿越能力風電場也不能帶負荷孤島運行。綜上所述，集群風電場聯絡線發生兩相故障時，無論集群風電場采用何種風電機組類、是否具備低電壓穿越能力，集群風電場都很難保持帶負荷穩定運行。若采用第一種重合方式，由于風電場失去了背側電源，風電場側重合閘無法滿足“檢同期”條件，導致重合不成功。

若采用第二種重合方式，如圖1所示，當集群風電場聯絡f點發生兩相故障，斷路器跳三相、不重合，待故障排除，調度發出合閘命令后，才能重合。這種斷路器跳三相、不重合的方法，故障排除時間長，同樣會出現集群風電場帶負荷孤島運行的情況，最終導致風電場群整體退出運行，既降低了風電場的效益，還會對系統造成有功缺額，導致系統頻率下降。集群接入的風電規模越大、故障排除時間越長，情況會越嚴重，甚至會導致系統崩潰。

據調查，一個一類風區裝機容量為50MW的單個風電場，年發電量大約為一億五千萬千瓦·時，當風電場聯絡線發生兩相短路故障、兩相接地故障時，若采用以上兩種重合閘配置方式，風電場解列轉入熱備用狀態。在確定故障位置、進行故障處理后24小時內匯報調度，檢查無誤后方可送電。對于風電送出線較長的線路，故障定位、故障處理、檢查核實、送電整個過程需要的時間較長，至少需要48小時，風電場將損失大約820000千瓦·時的送出電量。集群風電場的損失電量更大，同時還會導致系統有功缺額，造成系統頻率下降，增加系統其他電源的調峰深度，大規模風電脫網還會導致系統崩潰。