CN102157943B - 一种稳定风力发电机组网侧电压的方法 - Google Patents

Abstract

一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，包括如下步骤：1.构建满足调节风力发电机组网侧电压实现机组稳定运行要求的无功调节电抗网络；2.控制主体检测风力发电机组网侧电压；3.当风力发电机组网侧电压偏离机组稳定运行电压范围时，控制主体确定电压调节所需无功电流并由变流器输出或输入该电流以调节机组网侧电压。本发明利用风力发电机组变流器的无功能力实现网侧电压调节，具有调节成本低、电网建设投资少、系统可靠性高、调节效率高等优点，易于实现电压调节的有效性与经济性的统一。

Description

一种稳定风力发电机组网侧电压的方法

技术领域

本发明涉及一种稳定电压的方法，具体涉及一种稳定风力发电机组网侧电压的方法。

背景技术

目前，兆瓦级风力发电机组普遍采用变速恒频技术，即通过变流器的适配作用，将变速运行的发电机与固定频率的电网连接起来，根据实际风速，通过发电机的速度调节，来实现风力发电机组的最大风能捕获。

双馈风力发电机组和全功率风力发电机组的基本构成分别如图1、图2所示，通常，在每个风力发电机组的前端，配置有箱式变压器30，将风场的高压电（如35KV）变换为适合目前主流变流器20和双馈发电机101、全功率发电机102的中等电压（如690V），以获得整个系统较好的经济性。变流器20和发电机101、102存在一定的工作电压范围，如额定电压的80%至110%，超出工作电压范围时，机组将停止工作。

由于我国的风电场一般处于偏远地区，电网条件薄弱，电网电压偏差或波动较大，甚至在某些风电场，受电网偏差或波动影响，机组的网侧电压频繁超出设备工作电压范围，导致风力发电机组频繁停机或长时间不可用，造成很大的经济损失。

为了提升风电场的电压稳定性，保证风力发电机组正常运行，如图3所示，目前比较流行的技术是在风电场主变压器50的副边或其他位置配置集中的静态同步补偿器60（STATCOM--Static Synchronous Compensator）等设备。静态同步补偿器60的基本工作原理是：利用并联至电网上的电抗器或变压器的阻抗特性，调节并输出所需的无功电流和无功功率，实现电网电压的实时调整，保证风力发电机组网侧电压的稳定性。

但是，采用静态同步补偿器稳定风力发电机组的网侧电压存在如下缺陷：

1、静态同步补偿器容量大、造价昂贵，使用静态同步补偿器大大增加了电网建设的投资；

2、静态同步补偿器发生故障时，风力发电机组网侧电压将无法调节，因此静态同步补偿器成为风力发电系统引入的额外故障源，其可靠性直接影响风力发电系统的工作可靠性；

3、由于静态同步补偿器对电网的调整点和风力发电机组的接入点之间还存在高、中压线路、箱变等阻抗，二者的电压存在一定差异，且该差异还受风电机组的发电功率影响，因此，为保障风力发电机组的正常运行，静态同步补偿器调整电网电压的有效性和经济性往往难以兼顾。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，克服现有技术投资大、影响风力发电系统工作可靠性和难以兼顾调整电网电压的有效性和经济性的缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

SP1、构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，使该电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求；

SP2、控制主体检测风力发电机组网侧电压；

SP3、当风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is；

当风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入所述变流器；

所述风力发电机组网侧电压为所述无功调节电抗网络与电网变压器连接端电压Vs，所述步骤SP3包括：当风力发电机组网侧电压大于等于机组稳定运行最小电压、小于等于机组稳定运行最大电压时，返回步骤SP2；

在所述步骤SP3中，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流的具体实现方式如下：

当风力发电机组网侧电压小于风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin时，计算变流器需要在无功调节电抗网络上产生的与风力发电机组网侧电压同相的叠加电压Vdelta=Vinmin–Vs，计算变流器在无功调节电抗网络上产生所述叠加电压所需输出的无功电流Is=Vdelta/2πfL，f为电网频率，L为无功调节电抗网络的等效阻抗；

当风力发电机组网侧电压大于风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax时，计算变流器需要在无功调节电抗网络上产生的与风力发电机组网侧电压反相的叠加电压Vdelta=Vinmax–Vs，计算变流器在无功调节电抗网络上产生所述叠加电压所需输入的无功电流Is=Vdelta/2πfL，f为电网频率，L为无功调节电抗网络的等效阻抗。

在上述稳定风力发电机组网侧电压的方法中，包括步骤SP4、当控制主体检测风力发电机组网侧电压恢复到其稳定运行电压范围内的预期电压时，所述变流器停止输出或输入无功电流，返回步骤SP2。

在上述稳定风力发电机组网侧电压的方法中，所述风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络为：

所述风力发电机组变流器的内部电抗网络，该内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器的内部电抗网络和设置在所述变流器与电网变压器之间的外部电抗网络的集合，所述电网变压器与所述变流器连接，所述内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络与该外部电抗网络的集合的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器与电网变压器之间的外部电抗网络，该外部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求，所述电网变压器与所述变流器连接，所述变流器输出或输入的无功电流所流经的变流器内部元件中无对网侧电压产生调整作用的电抗元件。

在上述稳定风力发电机组网侧电压的方法中，步骤SP1中构建风力发电机组网测电压无功调节电抗网络具体包括如下步骤：

A1、确定风场电网在风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络与电网变压器连接端可能出现和需要考虑的最大电压Vsmax和最小电压Vsmin；确定风力发电机组可以稳定运行的最大电压Vinmax和最小电压Vinmin；

A2、计算电网最大电压Vsmax与风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax的电压差Vdelta1和电网最小电压Vsmin与风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin的电压差Vdelta2，当Vsmax>Vinmax时，Vdelta1＝Vsmax－Vinmax，当Vsmax≤Vinmax时，取Vdelta1＝0；当Vsmin<Vinmin时，Vdelta2＝Vinmin－Vsmin，当Vsmin≥Vinmin时，取Vdelta2＝0；

A3、取Vdelta1与Vdelta2中的较大值作为风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络上需要产生的叠加电压最大值Vdeltamax；审核风力发电机组变流器可用于产生上述叠加电压最大值的无功电流最大值Ismax；

A4、计算利用所述无功电流最大值Ismax产生所述叠加电压最大值Vdeltamax所需阻抗的最小值Lmin=Vdeltamax/2πf Ismax，f为电网频率；

A5、构建满足等效阻抗L≥Lmin的风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络。

提供一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

SP1、构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，使该电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求；

SP2、控制主体检测风力发电机组网侧电压；

SP3、当风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is；

当风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入所述变流器；

所述风力发电机组网侧电压为电网与风力发电机组网侧变流器连接端电压Vin，在风力发电机组网侧设置比例－积分调节器，在所述步骤SP3中，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流的实施步骤如下：

B1、确定电网调节目标电压Vinref，该电网调节目标电压满足Vinmin≤Vinref≤Vinmax；

B2、计算电网调节目标电压Vinref与变流器的电网连接端电压Vin的偏差Verr=Vinref–Vin；

B3、对所述偏差进行比例－积分调节，获得变流器的无功电流给定的原始值Is0=PI（Verr）；

B4、对所述无功电流给定的原始值Is0进行限幅，获得变流器的无功电流给定的最终值Is=Limit（Is0）。

在上述稳定风力发电机组网侧电压的方法中，所述电网调节目标电压Vinref的确定方法为：根据风力发电机组变流器的电网连接端电压Vin偏离风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin至最大电压Vinmax的电压范围的方向，当所述电压Vin小于稳定运行最小电压Vinmin时，电网调节目标电压Vinref在最小电压Vinmin至最大电压Vinmax范围内靠近最小电压Vinmin取值；当所述电压Vin大于最大电压Vinmax时，电网调节目标电压Vinref在最小电压Vinmin至最大电压Vinmax范围内靠近最大电压Vinmax取值。

在上述稳定风力发电机组网侧电压的方法中，所述风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络为：

所述风力发电机组变流器的内部电抗网络，该内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器的内部电抗网络和设置在所述变流器与电网变压器之间的外部电抗网络的集合，所述电网变压器与所述变流器连接，所述内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络与该外部电抗网络的集合的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器与电网变压器之间的外部电抗网络，该外部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求，所述电网变压器与所述变流器连接，所述变流器输出或输入的无功电流所流经的变流器内部元件中无对网侧电压产生调整作用的电抗元件。

在上述稳定风力发电机组网侧电压的方法中，步骤SP1中构建风力发电机组网测电压无功调节电抗网络具体包括如下步骤：

A1、确定风场电网在风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络与电网变压器连接端可能出现和需要考虑的最大电压Vsmax和最小电压Vsmin；确定风力发电机组可以稳定运行的最大电压Vinmax和最小电压Vinmin；

A2、计算电网最大电压Vsmax与风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax的电压差Vdelta1和电网最小电压Vsmin与风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin的电压差Vdelta2，当Vsmax>Vinmax时，Vdelta1＝Vsmax－Vinmax，当Vsmax≤Vinmax时，取Vdelta1＝0；当Vsmin<Vinmin时，Vdelta2＝Vinmin－Vsmin，当Vsmin≥Vinmin时，取Vdelta2＝0；

A3、取Vdelta1与Vdelta2中的较大值作为风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络上需要产生的叠加电压最大值Vdeltamax；审核风力发电机组变流器可用于产生上述叠加电压最大值的无功电流最大值Ismax；

A4、计算利用所述无功电流最大值Ismax产生所述叠加电压最大值Vdeltamax所需阻抗的最小值Lmin=Vdeltamax/2πf Ismax，f为电网频率；

A5、构建满足等效阻抗L≥Lmin的风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络。

提供一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

SP1、构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，使该电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求；

SP2、控制主体检测风力发电机组网侧电压；

SP3、当风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is；

当风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入所述变流器；

所述控制主体为所述风力发电机组的变流器或所述风力发电机组的控制器；

所述风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络为：

所述风力发电机组变流器的内部电抗网络，该内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器的内部电抗网络和设置在所述变流器与电网变压器之间的外部电抗网络的集合，所述电网变压器与所述变流器连接，所述内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络与该外部电抗网络的集合的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器与电网变压器之间的外部电抗网络，该外部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求，所述电网变压器与所述变流器连接，所述变流器输出或输入的无功电流所流经的变流器内部元件中无对网侧电压产生调整作用的电抗元件。

提供一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

SP1、构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，使该电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求；

SP2、控制主体检测风力发电机组网侧电压；

SP3、当风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is；

当风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入所述变流器；

所述控制主体为所述风力发电机组的变流器或所述风力发电机组的控制器；

步骤SP1中构建风力发电机组网测电压无功调节电抗网络具体包括如下步骤：

A1、确定风场电网在风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络与电网变压器连接端可能出现和需要考虑的最大电压Vsmax和最小电压Vsmin；确定风力发电机组可以稳定运行的最大电压Vinmax和最小电压Vinmin；

A2、计算电网最大电压Vsmax与风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax的电压差Vdelta1和电网最小电压Vsmin与风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin的电压差Vdelta2，当Vsmax>Vinmax时，Vdelta1＝Vsmax－Vinmax，当Vsmax≤Vinmax时，取Vdelta1＝0；当Vsmin<Vinmin时，Vdelta2＝Vinmin－Vsmin，当Vsmin≥Vinmin时，取Vdelta2＝0；

A3、取Vdelta1与Vdelta2中的较大值作为风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络上需要产生的叠加电压最大值Vdeltamax；审核风力发电机组变流器可用于产生上述叠加电压最大值的无功电流最大值Ismax；

A4、计算利用所述无功电流最大值Ismax产生所述叠加电压最大值Vdeltamax所需阻抗的最小值Lmin=Vdeltamax/2πf Ismax，f为电网频率；

A5、构建满足等效阻抗L≥Lmin的风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络。

实施本发明的稳定风力发电机组网侧电压的方法，与现有技术比较，其有益效果是：

1．充分利用风力发电机组变流器的无功能力，以较小的成本，朝工作范围调整风力发电机组的网侧电压，提升风力发电机组的电网适应能力和工作时间，增加风电场的产出；

2．利用风力发电机组的设备能力实现网侧电压调节，无须采用专用的网侧电压调节设备，不仅降低了电网建设的投资成本，同时减少了风力发电系统的设备数量，减少了系统故障源，提高了系统的可靠性。

3．本方法的电压调整点即为风力发电机组的接入点，本方法实现了直接对风力发电机组的接入点电压进行调节，易于实现电压调节有效性与经济性的统一，调节效率高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有双馈风力发电机组的基本组成示意图。

图2是现有全功率风力发电机组的基本组成示意图。

图3是现有技术采用静态同步补偿器调整电网电压保证风力发电机组稳定运行的示意图。

图4是本发明稳定风力发电机组网侧电压的方法流程图。

图5是本发明稳定风力发电机组网侧电压的方法中构建无功调节电抗网络的流程图。

图6是本发明稳定风力发电机组网侧电压的方法中无功调节电抗网络一种实施例的示意图。

图7、图8、图9分别是本发明稳定风力发电机组网侧电压的方法中无功调节电抗网络需增加的电抗器的三种实施方式。

图10是本发明稳定风力发电机组网侧电压的方法中风力发电机组网侧电压偏低时的调节原理示意图。

图11是本发明稳定风力发电机组网侧电压的方法中风力发电机组网侧电压偏高时的调节原理示意图。

图12是本发明稳定风力发电机组网侧电压的方法中确定风力发电机组变流器调节网侧电压所需无功电流方法的一种实施方式。

具体实施方式

实施例一

如图4所示，本发明稳定风力发电机组网侧电压的方法包括如下步骤：

第一步，构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，保证电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求。无功调节电抗网络的具体构建方法见下述。

第二步，控制主体检测风力发电机组网侧电压。控制主体包括但不限于风力发电机组的变流器或风力发电机组的控制器，这两种方式的控制主体均可采用自动控制或人为控制。

第三步，当检测到风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压Vinmin时，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流Is，并控制变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is（该无功电流的相位滞后网侧电压相位90度，其调节原理见图10所示）；否则，返回步骤二。

当检测到风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压Vinmax时，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入变流器（该无功电流的相位超前网侧电压相位90度，其调节原理见图11所示）；否则，返回步骤二。

控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流Is的方式见下述。

第四步，当控制主体检测到风力发电机组网侧电压恢复到其稳定运行电压范围内的预期电压时，变流器停止输出或输入无功电流Is，返回步骤二。预期电压在风力发电机组稳定运行电压范围内预先选取。

在其他实施例中，不执行第四步也能够实现本发明目的。

如图5所示，在上述步骤一中，构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络的具体步骤如下：

I、确定风场电网在电网与风力发电机组连接端可能出现和需要考虑的最大电压Vsmax和最小电压Vsmin，确定风力发电机组可以稳定运行的最大电压Vinmax和最小电压Vinmin。

II、计算电网最大电压Vsmax与风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax的电压差Vdelta1和电网最小电压Vsmin与风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin的电压差Vdelta2：

当Vsmax>Vinmax时，Vdelta1＝Vsmax－Vinmax

当Vsmax≤Vinmax时，取Vdelta1＝0

当Vsmin<Vinmin时，Vdelta2＝Vinmin－Vsmin

当Vsmin≥Vinmin时，取Vdelta2＝0

III、在Vdelta1、Vdelta2两者之中取较大的电压差值作为风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络上需要产生的叠加电压最大值Vdeltamax；并审核风力发电机组变流器可用于产生上述叠加电压最大值的无功电流最大值Ismax。

IV、计算利用无功电流最大值Ismax产生叠加电压最大值Vdeltamax所需阻抗的最小值Lmin=Vdeltamax/2πf Ismax，其中，f为电网频率。

V、构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，该电抗网络的等效阻抗L满足L≥Lmin。

在风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络的实际构建中，无功调节电抗网络包括但不限于如下方式：

1、风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络为风力发电机组变流器的内部电抗网络，该内部电抗网络为变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，即变流器用于无功电压调节的变流器电抗网络。此时，变流器内部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求，即L≥Lmin。

2、风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络为设置在风力发电机组变流器的内部电抗网络和设置在变流器与电网变压器（即电网与风力发电机组连接的箱式变压器30，下同）之间的外部电抗网络的集合，电网变压器与变流器连接，内部电抗网络为变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络与该外部电抗网络的集合的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求，即L≥Lmin。

3、风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络为设置在风力发电机组变流器与电网变压器之间的外部电抗网络，该外部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求，即L≥Lmin。电网变压器与变流器连接，变流器输出或输入的无功电流所流经的变流器内部元件没有对网侧电压产生调整作用的电抗元件。图6所示的无功调节电抗网络70即为本方式。

如图7、图8、图9所示，单独构成风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络的外部电抗网络、或与变流器用于无功电压调节的内部电抗网络集合构成风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络的外部电抗网络、或增加设置在变流器内部用于无功电压调节的电抗网络的结构形式包括但不限于：

1、采用电感71构成无功调节电抗网络，电感71可以是一个，也可以是多个串联、多个并联或多个串、并联。

2、采用电感71与电容72构成无功调节电抗网络，电容72的一端连接在电感71的后端。

3、采用电感71与电容72构成无功调节电抗网络，电容72的一端连接在电感71的前端。

在本实施例中，采用风力发电机组网侧无功调节电抗网络与箱式变压器30连接端电压Vs作为风力发电机组网侧电压。在本实施例步骤三中，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流Is的具体实现方式如下：

当风力发电机组网侧电压小于风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin时，计算变流器需要在无功调节电抗网络上产生的与风力发电机组网侧电压同相的叠加电压Vdelta=Vinmin–Vs，计算变流器在无功调节电抗网络上产生叠加电压所需输出的无功电流Is=Vdelta/2πfL，其中，f为电网频率，L为无功调节电抗网络的等效阻抗，此时Is为正数，表明所需无功电流为变流器输出至电网的无功电流。

当风力发电机组网侧电压大于风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax时，计算变流器需要在无功调节电抗网络上产生的与风力发电机组网侧电压反相的叠加电压Vdelta=Vinmax–Vs，计算变流器在无功调节电抗网络上产生叠加电压所需输入的无功电流=Vdelta/2πfL，f为电网频率，L为无功调节电抗网络的等效阻抗，此时Is为负数，表明所需无功电流为电网输入至变流器的无功电流。

实施例二

本发明稳定风力发电机组网侧电压的方法包括如下步骤：

第一步，构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，保证电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求。无功调节电抗网络的具体构建方法见实施例一所述。

第二步，控制主体检测风力发电机组网侧电压。控制主体包括但不限于风力发电机组的变流器或风力发电机组的控制器，这两种方式的控制主体均可采用自动控制或人为控制。

第三步，当检测到风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压Vinmin时，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流Is，并控制变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is（该无功电流的相位滞后网侧电压相位90度，其调节原理见图10所示）。

当检测到风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压Vinmax时，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入变流器（该无功电流的相位超前网侧电压相位90度，其调节原理见图11所示）。

在本实施例中，采用电网与风力发电机组网侧变流器连接端电压Vin作为风力发电机组网侧电压。在本实施例的步骤三中，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流Is的具体实现方式如下：

如图12所示，在风力发电机组网侧设置比例－积分调节器（PI调节器），控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流Is的方法如下：

1、确定电网调节目标电压Vinref，该电网调节目标电压满足Vinmin≤Vinref≤Vinmax；

2、计算电网调节目标电压Vinref与变流器的电网连接端电压Vin的偏差Verr=Vinref–Vin；

3、对上述偏差Verr进行比例－积分调节（即PI调节），获得变流器的无功电流给定的原始值Is0=PI（Verr）；

4、对无功电流给定的原始值Is0进行限幅，获得变流器的无功电流给定的最终值Is=Limit（Is0）。如Is为正数，表明所需无功电流为变流器输出至电网的无功电流；如Is为负数，则表明所需无功电流为电网输入至变流器的无功电流。

当控制主体通过比例－积分调节器将风力发电机组网侧电压（即电网与风力发电机组网侧变流器连接端电压Vin）调整到机组稳定运行最小电压Vinmin与机组稳定运行最大电压Vinmax之间后，即调整到Vinmin≤Vin≤Vinmax后，由比例－积分调节器继续控制Vin稳定在Vinmin≤Vin≤Vinmax的范围内，保证风力发电机组稳定运行。

本发明控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流Is的具体实现方式包括但不限于上述方式。

本实施例构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络的方法、无功调节电抗网络的结构等与实施例一相同。

Claims (10)

1.一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

SP1、构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，使该电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求；

SP2、控制主体检测风力发电机组网侧电压；

SP3、当风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is；

当风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入所述变流器；

所述风力发电机组网侧电压为所述无功调节电抗网络与电网变压器连接端电压Vs，所述步骤SP3包括：当风力发电机组网侧电压大于等于机组稳定运行最小电压、小于等于机组稳定运行最大电压时，返回步骤SP2；

在所述步骤SP3中，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流的具体实现方式如下：

当风力发电机组网侧电压小于风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin时，计算变流器需要在无功调节电抗网络上产生的与风力发电机组网侧电压同相的叠加电压Vdelta=Vinmin–Vs，计算变流器在无功调节电抗网络上产生所述叠加电压所需输出的无功电流Is=Vdelta/2πfL，f为电网频率，L为无功调节电抗网络的等效阻抗；

当风力发电机组网侧电压大于风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax时，计算变流器需要在无功调节电抗网络上产生的与风力发电机组网侧电压反相的叠加电压Vdelta=Vinmax–Vs，计算变流器在无功调节电抗网络上产生所述叠加电压所需输入的无功电流Is=Vdelta/2πfL，f为电网频率，L为无功调节电抗网络的等效阻抗。

2.如权利要求1所述的稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，包括步骤SP4、当控制主体检测风力发电机组网侧电压恢复到其稳定运行电压范围内的预期电压时，所述变流器停止输出或输入无功电流，返回步骤SP2。

3.如权利要求1或2所述的稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，所述风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络为：

所述风力发电机组变流器的内部电抗网络，该内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器的内部电抗网络和设置在所述变流器与电网变压器之间的外部电抗网络的集合，所述电网变压器与所述变流器连接，所述内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络与该外部电抗网络的集合的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器与电网变压器之间的外部电抗网络，该外部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求，所述电网变压器与所述变流器连接，所述变流器输出或输入的无功电流所流经的变流器内部元件中无对网侧电压产生调整作用的电抗元件。

4.如权利要求1或2所述的稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，步骤SP1中构建风力发电机组网测电压无功调节电抗网络具体包括如下步骤：

A1、确定风场电网在风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络与电网变压器连接端可能出现和需要考虑的最大电压Vsmax和最小电压Vsmin；确定风力发电机组可以稳定运行的最大电压Vinmax和最小电压Vinmin；

A2、计算电网最大电压Vsmax与风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax的电压差Vdelta1和电网最小电压Vsmin与风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin的电压差Vdelta2，当Vsmax>Vinmax时，Vdelta1＝Vsmax－Vinmax，当Vsmax≤Vinmax时，取Vdelta1＝0；当Vsmin<Vinmin时，Vdelta2＝Vinmin－Vsmin，当Vsmin≥Vinmin时，取Vdelta2＝0；

A3、取Vdelta1与Vdelta2中的较大值作为风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络上需要产生的叠加电压最大值Vdeltamax；审核风力发电机组变流器可用于产生上述叠加电压最大值的无功电流最大值Ismax；

A4、计算利用所述无功电流最大值Ismax产生所述叠加电压最大值Vdeltamax所需阻抗的最小值Lmin=Vdeltamax/2πf Ismax，f为电网频率；

A5、构建满足等效阻抗L≥Lmin的风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络。

5.一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

SP1、构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，使该电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求；

SP2、控制主体检测风力发电机组网侧电压；

SP3、当风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is；

当风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入所述变流器；

所述风力发电机组网侧电压为电网与风力发电机组网侧变流器连接端电压Vin，在风力发电机组网侧设置比例－积分调节器，在所述步骤SP3中，控制主体控制风力发电机组变流器确定电压调节所需无功电流的实施步骤如下：

B1、确定电网调节目标电压Vinref，该电网调节目标电压满足Vinmin≤Vinref≤Vinmax；

B2、计算电网调节目标电压Vinref与变流器的电网连接端电压Vin的偏差Verr=Vinref–Vin；

B3、对所述偏差进行比例－积分调节，获得变流器的无功电流给定的原始值Is0=PI（Verr）；

B4、对所述无功电流给定的原始值Is0进行限幅，获得变流器的无功电流给定的最终值Is=Limit（Is0）。

6.如权利要求5所述的稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，所述电网调节目标电压Vinref的确定方法为：根据风力发电机组变流器的电网连接端电压Vin偏离风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin至最大电压Vinmax的电压范围的方向，当所述电压Vin小于稳定运行最小电压Vinmin时，电网调节目标电压Vinref在最小电压Vinmin至最大电压Vinmax范围内靠近最小电压Vinmin取值；当所述电压Vin大于最大电压Vinmax时，电网调节目标电压Vinref在最小电压Vinmin至最大电压Vinmax范围内靠近最大电压Vinmax取值。

7.如权利要求5或6所述的稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，所述风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络为：

所述风力发电机组变流器的内部电抗网络，该内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器的内部电抗网络和设置在所述变流器与电网变压器之间的外部电抗网络的集合，所述电网变压器与所述变流器连接，所述内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络与该外部电抗网络的集合的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器与电网变压器之间的外部电抗网络，该外部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求，所述电网变压器与所述变流器连接，所述变流器输出或输入的无功电流所流经的变流器内部元件中无对网侧电压产生调整作用的电抗元件。

8.如权利要求5或6所述的稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，步骤SP1中构建风力发电机组网测电压无功调节电抗网络具体包括如下步骤：

A1、确定风场电网在风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络与电网变压器连接端可能出现和需要考虑的最大电压Vsmax和最小电压Vsmin；确定风力发电机组可以稳定运行的最大电压Vinmax和最小电压Vinmin；

A2、计算电网最大电压Vsmax与风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax的电压差Vdelta1和电网最小电压Vsmin与风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin的电压差Vdelta2，当Vsmax>Vinmax时，Vdelta1＝Vsmax－Vinmax，当Vsmax≤Vinmax时，取Vdelta1＝0；当Vsmin<Vinmin时，Vdelta2＝Vinmin－Vsmin，当Vsmin≥Vinmin时，取Vdelta2＝0；

A3、取Vdelta1与Vdelta2中的较大值作为风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络上需要产生的叠加电压最大值Vdeltamax；审核风力发电机组变流器可用于产生上述叠加电压最大值的无功电流最大值Ismax；

A4、计算利用所述无功电流最大值Ismax产生所述叠加电压最大值Vdeltamax所需阻抗的最小值Lmin=Vdeltamax/2πf Ismax，f为电网频率；

A5、构建满足等效阻抗L≥Lmin的风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络。

9.一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

SP1、构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，使该电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求；

SP2、控制主体检测风力发电机组网侧电压；

SP3、当风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is；

当风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入所述变流器；

所述控制主体为所述风力发电机组的变流器或所述风力发电机组的控制器；

所述风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络为：

所述风力发电机组变流器的内部电抗网络，该内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器的内部电抗网络和设置在所述变流器与电网变压器之间的外部电抗网络的集合，所述电网变压器与所述变流器连接，所述内部电抗网络为所述变流器输出或输入无功电流所流经的变流器电抗网络，该内部电抗网络与该外部电抗网络的集合的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求；

或设置在所述风力发电机组变流器与电网变压器之间的外部电抗网络，该外部电抗网络的等效阻抗满足稳定风力发电机组网侧电压调节要求，所述电网变压器与所述变流器连接，所述变流器输出或输入的无功电流所流经的变流器内部元件中无对网侧电压产生调整作用的电抗元件。

10.一种稳定风力发电机组网侧电压的方法，其特征在于，包括如下步骤：

SP1、构建风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络，使该电抗网络满足调节风力发电机组网侧电压实现稳定运行的要求；

SP2、控制主体检测风力发电机组网侧电压；

SP3、当风力发电机组网侧电压小于机组稳定运行最小电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使变流器向无功调节电抗网络输出该无功电流Is；

当风力发电机组网侧电压大于机组稳定运行最大电压时，控制主体确定电压调节所需无功电流Is，并使该无功电流Is经无功调节电抗网络输入所述变流器；

所述控制主体为所述风力发电机组的变流器或所述风力发电机组的控制器；

步骤SP1中构建风力发电机组网测电压无功调节电抗网络具体包括如下步骤：

A1、确定风场电网在风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络与电网变压器连接端可能出现和需要考虑的最大电压Vsmax和最小电压Vsmin；确定风力发电机组可以稳定运行的最大电压Vinmax和最小电压Vinmin；

A2、计算电网最大电压Vsmax与风力发电机组稳定运行最大电压Vinmax的电压差Vdelta1和电网最小电压Vsmin与风力发电机组稳定运行最小电压Vinmin的电压差Vdelta2，当Vsmax>Vinmax时，Vdelta1＝Vsmax－Vinmax，当Vsmax≤Vinmax时，取Vdelta1＝0；当Vsmin<Vinmin时，Vdelta2＝Vinmin－Vsmin，当Vsmin≥Vinmin时，取Vdelta2＝0；

A3、取Vdelta1与Vdelta2中的较大值作为风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络上需要产生的叠加电压最大值Vdeltamax；审核风力发电机组变流器可用于产生上述叠加电压最大值的无功电流最大值Ismax；

A4、计算利用所述无功电流最大值Ismax产生所述叠加电压最大值Vdeltamax所需阻抗的最小值Lmin=Vdeltamax/2πf Ismax，f为电网频率；

A5、构建满足等效阻抗L≥Lmin的风力发电机组网侧电压无功调节电抗网络。

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