CN102324747A - 双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法 - Google Patents

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潘磊
原美琳
徐佳园
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Abstract

本发明是有关于一种双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法包括：判断双馈风力发电机是否并网；未并网时，若Qref＞Qgmax则设置为Qgref＝Qgmax，若Qref＞Qgmax不成立则Qgref＝Qref；若并网，当Qref＜Qsmax时取Qsref＝Qref、Qgref＝0，当Qref＞Qsmax时取Qsref＝Qsmax、Qgref＝Qref-Qsref，并保证网侧变流的参考值不大于其该运行状况下的无功功率极限。本发明可使双馈风电机组在发电机未并网条件下起到支持风电场无功功率调节的作用，可实现机组无功功率指令在发电机和网侧变流器之间进行分配，保证系统的安全运行，充分提高风电机组设备的利用率，降低风电场无功设备的投资成本。

Description

双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法
技术领域
本发明涉及一种发电技术领域的无功功率调节方法，特别是涉及一种双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法。
背景技术
风电场需要配置无功电源，以提高输出电压的稳定。目前风电场主要采用集中式无功补偿设备，如SVC、并联电容器等。由双馈发电机组组成的风电场，可通过调节发电机组本身的无功特性，使风电场具备一定的无功功率吸收和发出能力，降低风电场配置的集中式无功补偿设备容量，减少风电场的投资成本。
双馈发电机组向电网吸收或输出的无功功率是由发电机定子绕组和网侧变流器产生的，转子绕组吸收或输出的无功功率由于存在交直交变流器，并不能传递到电网中。目前已有文献给出了双馈风力发电机组无功功率极限能力的计算方法，如严干贵等在《电工技术学报》(2008年，第7期，98-104页)上发表了“双馈异步风力发电机组联网运行建模及其无功静态调节能力研究”，但尚未发现介绍如何利用双馈发电机组支持风电场无功功率调节的具体方法的文献。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法，使其可充分利用双馈发电机组的无功功率调节能力，从而减少风电场集中式无功补偿装置的容量，降低风电场的投资成本。
为解决上述技术问题，本发明一种双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法，包括以下步骤：
a、判断双馈风力发电机是否并网，若并网则发电机运行状态给定Sw＝1，若未并网则发电机运行状态给定Sw＝0；
b、若Sw＝0，设Qref为风电场给双馈风力发电机组下发的无功功率输出指令值，Qgmax为网侧变流器无功功率极限值，Qgref为网侧变流器输出无功功率的指令值，若Qref＞Qgmax则设置为Qgref＝Qgmax，若Qref＞Qgmax不成立则Qgref＝Qref；
c、若Sw＝1，设Qsref为定子输出无功功率指令值，Qsmax为发电机定子绕组无功功率极限值，当Qref＜Qsmax时取Qsref＝Qref、Qgref＝0，当Qref＞Qsmax时取Qsref＝Qsmax、Qgref＝Qref-Qsref。
作为本发明的一种改进，所述的步骤a、b、c均在双馈发电机组的主控系统中完成。
采用这样的设计后，本发明一种针对双馈发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法，其至少具有以下优点：
1、提高了双馈发电机组在未并网条件下参与风电场无功功率调节的能力，充分体现了网侧变流器作为动态无功补偿器的作用，提高了设备的利用率；
2、通过本发明的方法可实现机组无功功率在定子侧和网侧变流器间的分配，保证了发电机和网侧变流器的运行安全。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本发明双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法的发电机组电气结构示意图。
图2是本发明双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，双馈发电机的定子绕组同电网连接，转子绕组同变流器连接，其中连接在发电机侧的称为转子侧变流器，连接在电网侧的称为网侧变流器。
双馈发电机组向电网吸收或输出的无功功率是由发电机定子绕组和网侧变流器产生的。本发明的发电机定子绕组遵循发电机惯例，网侧变流器遵循逆变器惯例，并设定Qref为风电场AVC给双馈机组下发的无功功率输出指令值，Qsref为定子输出无功功率指令值，Qgref为网侧变流器输出无功功率指令值，Qsmax为发电机定子绕组无功功率极限值，Qgmax为网侧变流器无功功率极限值。其中，Qref由风电场的AVC系统根据并网点的电压、功率因数情况给出，Qsmax、Qgmax分别同发电机、变流器的设计参数相关。
请配合参阅图2所示，本发明种双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法，主要包括以下步骤a-c。
步骤a，在接收到风电场AVC下发的无功功率输出指令后，首先判断双馈风力发电机的并网状态，若并网则发电机运行状态给定Sw＝1，若未并网则发电机运行状态给定Sw＝0。
步骤b，若Sw＝0，即在双馈发电机定子侧未并网条件下，则将网侧变流器作为动态无功补偿器进行运行，接受风电场AVC的无功指令，参与风电场无功功率调节。
具体来说，若Qref＞Qgmax，则网侧变流器输出无功功率的指令值设置为：Qgref＝Qgmax；若Qref＞Qgmax不成立，则网侧变流器无功功率指令值设置为：Qgref＝Qref。
步骤c，若Sw＝1，即在双馈发电机定子侧并网条件下，则优先由双馈发电机的定子侧输出无功功率，不足部分由网侧变流器输出。
具体方法为：当无功功率参考值小于定子侧无功发生极限，即Qref＜Qsmax时，可以取定子无功功率参考值等于机组无功功率参考值，即Qsref＝Qref，而网侧变流器工作在单位功率因数模式，Qgref＝0；
当机组无功功率的参考值超出了定子侧无功发生极限，即Qref＞Qsmax时，则定子侧无功参考可以取其极限值，Qsref＝Qsmax，而网侧变流器的无功参考值则取机组无功功率参考值与发电机定子无功功率指令值之差，Qgref＝Qref-Qsref，且网侧变流的参考值不能大于其该运行状况下的无功功率极限。
较佳的，上述各步骤的具体实现均在双馈发电机组的主控系统中完成。
下面以1.5MW双馈风电机组为例进行具体说明，发电机定子侧的有功功率设计为1384kW，功率因数在-0.95～+0.95可调，则可计算出发电机定子侧的无功功率范围为：-454kVar～+454kVar，即Qsmax＝454kVar；双馈发电机组的网侧变流器设计容量为480kVA，考虑到输出或吸收无功功率时IGBT温度受到影响较大，可选择75％的额定容量为其无功功率极限值，即Qgmax＝360kVA。
设风电场AVC给双馈风电机组下达的无功输出指令为Qref。若Sw＝0，则机组只能由网侧变流器参与风电场的无功功率调节；若Sw＝1，则机组的发电机和网侧变流器均可参与风电场的无功功率调节。
在Sw＝0时，若Qref＞Qgmax，则网侧变流器输出无功功率的指令值设置为：Qgref＝Qgmax；若Qref＞Qgmax不成立，则网侧变流器无功功率指令值设置为：Qgref＝Qref。
在Sw＝1时，当无功功率参考值小于定子侧无功发生极限，即Qref＜Qsmax时，可以取定子无功功率参考值等于机组无功功率参考值，即Qsref＝Qref，而网侧变流器工作在单位功率因数模式，Qgref＝0；
当机组无功功率的参考值超出了定子侧无功发生极限，即Qref＞Qsmax时，则定子侧无功参考可以取其极限值，Qsref＝Qsmax，而网侧变流器的无功参考值则取机组无功功率参考值与发电机定子无功功率指令值之差，Qgref＝Qref-Qsref，且网侧变流的参考值不能大于其该运行状况下的无功功率极限。
本发明的双馈发电机组的无功功率调节方法可与风电场的AVC系统配合使用，充分发挥双馈发电机组的网侧变流器和发电机无功吸收或输出能力。
本发明双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法，具体包括了：发电机未并网条件下，网侧变流器输出无功功率的指令值给定方法；发电机并网条件下发电机定子侧输出无功功率的指令值给定方法；发电机并网条件下网侧变流器输出无功功率的指令值给定方法。本发明可使双馈风电机组在发电机未并网条件下起到支持风电场无功功率调节的作用，可实现机组无功功率指令在发电机和网侧变流器之间进行分配，保证系统的安全运行，充分提高风电机组设备的利用率，降低风电场无功设备的投资成本。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非对本发明做任何形式上限值，对于本领域的技术人员来说，其可以对前述实施例所记载的发明方法进行修改，或者对其中部分方法进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
a、判断双馈风力发电机是否并网，若并网则发电机运行状态给定Sw＝1，若未并网则发电机运行状态给定Sw＝0；
b、若Sw＝0，设Qref为风电场给双馈风力发电机组下发的无功功率输出指令值，Qgmax为网侧变流器无功功率极限值，Qgref为网侧变流器输出无功功率的指令值，若Qref＞Qgmax则设置为Qgref＝Qgmax，若Qref＞Qgmax不成立则Qgref＝Qref；
c、若Sw＝1，设Qsref为定子输出无功功率指令值，Qsmax为发电机定子绕组无功功率极限值，当Qref＜Qsmax时取Qsref＝Qref、Qgref＝0，当Qref＞Qsmax时取Qsref＝Qsmax、Qgref＝Qref-Qsref，并保证网侧变流的参考值不大于其该运行状况下的无功功率极限。
2.根据权利要求1所述的双馈风力发电机组支持风电场无功功率调节的控制方法，其特征在于所述的步骤a、b、c均在双馈发电机组的主控系统中完成。
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