CN103138277B - 一种风电场无功补偿控制方法 - Google Patents

一种风电场无功补偿控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103138277B
CN103138277B CN201310058744.4A CN201310058744A CN103138277B CN 103138277 B CN103138277 B CN 103138277B CN 201310058744 A CN201310058744 A CN 201310058744A CN 103138277 B CN103138277 B CN 103138277B
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
rotor
fed fan
double
side converter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310058744.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103138277A (zh
Inventor
李东东
王晶明
皮显松
何向刚
钟以林
王凯凯
边晓燕
符杨
李雪凌
唐学用
洪丽俊
叶辰升
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GRID PLANNING RESEARCH CENTER OF GUIZHOU GRID Co
Shanghai University of Electric Power
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
GRID PLANNING RESEARCH CENTER OF GUIZHOU GRID Co
Shanghai University of Electric Power
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GRID PLANNING RESEARCH CENTER OF GUIZHOU GRID Co, Shanghai University of Electric Power filed Critical GRID PLANNING RESEARCH CENTER OF GUIZHOU GRID Co
Priority to CN201310058744.4A priority Critical patent/CN103138277B/zh
Publication of CN103138277A publication Critical patent/CN103138277A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103138277B publication Critical patent/CN103138277B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种风电场无功补偿控制方法，它包括：1、在风电并网母线处安装电压互感器检测其实时电压；2、将风电场并网点检测到的实时电压测量值与并网点电压的给定参考值进行比较，其差值信号通过PI控制器处理后得到电网所需的总无功值；3、在双馈风机转子绕组处安装电流测量元件检测转子电流，将转子电流值与转子侧变流器的极限电流值做减法运算，结果大于0，双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为1，反之双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为0；4、无功功率分配等步骤；解决了目前采用外部设备设备，增加了风电场的投资成本；或利用双馈风机定子侧自身的无功调节能力，有一定的局限性等问题。

Description

一种风电场无功补偿控制方法
技术领域
本发明属于风力发电无功补偿控制技术领域，尤其涉及一种风电场无功补偿控制方法。
背景技术
当今，风力发电技术呈现出快速发展的势头，装机容量越来越大，在电网中所占的比例也随之上升。在为电网带来清洁能源的同时，也出现了不少的问题，其中急需解决就是风电场并入电网所带来的稳定性问题，无功调节不足是导致这一问题的重要原因，解决风电接入系统电压无功调节问题，目前比较流行的措施是采用外部补偿设备或利用双馈风机定子侧的无功调节能力，但是采用外部设备，比如静止无功补偿器或超级电容器储能，虽然能够向电网提供一定的无功支持，但是无疑增加了风电场的投资成本；或利用双馈风机定子侧自身的无功调节能力，但只能在故障较轻转子侧变流器不退出的情况下才能发挥作用，有一定的局限性，因此急需一种即能够充分利用各无功源的无功调节能力，保证风电系统的暂态稳定性，又能够减少无功补偿设备的配置容量，尽可能减少风电场的投资成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题：提供一种风电场无功补偿控制方法，以解决目前采用外部设备设备，如采用静止无功补偿器或超级电容器储能，增加了风电场的投资成本；或利用双馈风机定子侧自身的无功调节能力，但只能在故障较轻转子侧变流器不退出的情况下才能发挥作用，有一定的局限性等问题。
本发明技术方案：
一种风电场无功补偿控制方法，其特征在于它包括下述步骤：
步骤1、在风电并网母线处安装电压互感器检测其实时电压；
步骤2、将风电场并网点检测到的实时电压测量值                                               与并网点电压的给定参考值进行比较，两者的差值信号通过PI控制器处理后得到电网所需的总无功值；
步骤3、在双馈风机转子绕组处安装电流测量元件检测转子电流，将转子电流值与转子侧变流器的极限电流值做减法运算，结果大于0，双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为1，反之双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为0；
步骤4、无功功率分配：双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为0，则将电网所需的总的无功值在网侧变流器和双馈风机定子侧之间分配；双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为1，则将电网所需的总的无功值在网侧变流器和静止同步补偿器之间分配。
步骤4所述的无功功率分配，双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为0时，当电网所需的总无功值小于等于网侧变流器无功极限值时，则将电网所需的总无功值分配给网侧变流器；当电网所需的总无功值大于网侧变流器无功极限值时，则网侧变流器分配到的无功值为自身的无功极限值，双馈风机定子侧分配到的无功值为电网所需的总无功值减去网侧变流器的无功极限值。
步骤4所述的无功功率分配，当双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为1时，网侧变流器分配到的无功值为其自身的无功极限值，静止无功补偿器分配到的无功值为电网所需的总无功值减去网侧变流器的无功极限值。
本发明有益效果：
本发明通过实时检测风电场并网点电压值并经过与比较后，其差值经过PI控制器常规计算后得到电网所需的总的无功值，通过采集双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar信号，通过信号判断实现在网侧变流器、双馈风机定子侧和静止同步补偿器(STATCOM)）之间进行无功功率分配，保证了风电场在面临不同严重程度的各项故障时，都能够得到足够的无功补偿，维持了自身的暂态电压稳定性，并减少近41%的静止同步补偿器(STATCOM)的配置容量，为了风电场的投资节约了成本，本发明针对风电场面临的暂态稳定性问题，提出一种新的控制方法，既能够充分利用各无功源的无功调节能力，保证风电系统的暂态稳定性，又能够减少无功补偿设备的配置容量，尽可能减少风电场的投资成本；解决了目前采用外部设备设备，如采用静止同步补偿器(STATCOM)或超级电容器储能，增加了风电场的投资成本；或利用双馈风机定子侧自身的无功调节能力，但只能在故障较轻转子侧变流器不退出的情况下才能发挥作用，有一定的局限性等问题。
附图说明：
图1为电压跌落30%时无功补偿控制前后并网电压曲线对比图；
图2为电压跌落30%时无功补偿控制前后双馈风机定子侧有功曲线对比图；
图3为电压跌落30%时无功补偿控制前后网侧变流器有功曲线对比图；
图4为电压跌落30%时无功补偿控制前后网侧变流器无功曲线对比图；
图5为电压跌落30%时无功补偿控制之后静止同步补偿器的无功曲线图；
图6为电压跌落50%无功补偿控制前后并网电压曲线对比图；
图7为电压跌落50%无功补偿控制前后双馈风机定子侧有功曲线对比；
图8为电压跌落50%无功补偿控制前后网侧变流器有功曲线对比图；
图9为电压跌落50%无功补偿控制前后网侧变流器无功曲线对比图；
图10为电压跌落50%无功补偿控制之后静止同步补偿器的无功曲线图；
图11为电压跌落100%无功补偿控制前后并网电压曲线对比图；
图12为电压跌落100%无功补偿控制前后双馈风机定子侧有功曲线对比图；
图13为电压跌落100%无功补偿控制前后网侧变流器有功曲线对比图；
图14为电压跌落100%无功补偿控制前后网侧变流器无功曲线对比图；
图15为电压跌落100%无功补偿控制之后静止同步补偿器的无功曲线对比。
具体实施方式：
一种风电场无功补偿控制方法，它包括下述步骤：
步骤1、在风电并网母线处安装电压互感器来时刻检测其实时电压；
步骤2、将风电场并网点检测到的实时电压测量值与并网点电压的给定参考值进行比较，两者的差值信号通过PI控制器进行常规控制计算后得到电网所需的总无功值；
步骤3、在双馈风机转子绕组处安装电流测量元件来时刻检测转子电流，并与转子侧变流器的极限电流值做差值，如果比较结果大于0，则得出转子保护动作信号Crowbar为1，否则得出Crowbar为0；
步骤4、无功功率分配：双馈风机转子侧转子保护动作信号为0，则将电网所需的总的无功值在网侧变流器和双馈风机定子侧之间分配；双馈风机转子侧转子保护动作信号为1，则将电网所需的总的无功值在网侧变流器和静止同步补偿器之间分配。
步骤4所述的无功功率分配，当双馈风机转子侧转子保护动作信号为0时，电网所需的总无功值小于网侧变流器无功极限值，则将电网所需的总无功值分配给网侧变流器；电网所需的总无功值大于网侧变流器无功极限值，则网侧变流器分配到的无功值为自身的无功极限值，双馈风机定子侧分配到的无功值为电网所需的总无功值减去网侧变流器的无功极限值。
步骤4所述的无功功率分配，当双馈风机转子侧转子保护动作信号为1，网侧变流器分配到的无功值为其自身的无功极限值，静止同步补偿器(STATCOM)）分配到的无功值为电网所需的总无功值减去网侧变流器的无功极限值。
双馈风机定子侧的无功调节能力
双馈风电场作为一个电源，它完全有能力来向电网提供无功，在转子侧变流器的控制下，可以很好的调节电网所输送的无功，对风电接入系统的电压稳定性提供良性的支撑，在故障较轻，Crowbar装置未动作时，双馈风机定子侧可以根据指令值来发出不超出其极限的无功功率；但当故障严重到致使Crowbar装置的动作，转子侧变流器退出运行，双馈风力发电机按异步风力发电机运行，不但不能向外发送无功，而且还要吸收无功，此时就需要借助其他的无功源，来向电网提供必要的无功支撑。因此，可以看出双馈风机定子侧不是一个稳定的无功源，只有在故障较轻时，才能体现出它的无功调节能力
网侧变流器的无功调节能力
网侧变流器的功率一般按风电系统的最大转差有功功率设计，一般约为风机容量的30%-50%。在实际的运行状况下，当风速波动或者发生轻微故障时，网侧变流器与电网交换的有功功率不可能达到其额定容量，尤其在发生故障时，交换的有功功率更少，因此可考虑让网侧变流器在满足有功要求的前提下尽量的输出无功功率。假设网侧变流器的最大功率为，实际发出的有功功率为，则可发出的无功功率为[12]：
                                    (1) 
当电网发生故障时，电网电压严重跌落，网侧变流器与电网的有功交换接近零，此时可以充分利用网侧变流器的无功调节能力，能够产生接近于其容量的无功功率。
因此网侧变流器所产生的无功会受到有功功率的影响，其无功极限值为：
                                         (2) 
静止同步补偿器(STATCOM))的无功调节能力
静止同步补偿器(STATCOM)由于其采用了先进的电力电子开关，因此它可以实现与电网的快速无功交换，控制目标是调节与电网交换的无功，其中静止同步补偿器(STATCOM)的无功控制是实现无功控制的重要部分。它的工作原理是给定的无功参考值与实际的无功测量值比较，其误差信号经过 PI 控制器常规处理，确定静止同步补偿器(STATCOM)所需要发出的无功电流参考值，再通过电流内环控制来使自身发出系统所需要的无功，从而达到稳定系统的目的。
本发明在软件DIgSILENT/Power Factory中搭建了包含双馈风电场和静止同步补偿器(STATCOM)的3机9节点系统，设置了三种典型的故障类型，与传统的风电场恒定功率因数控制相比，以此来验证本发明所提出的风电场无功补偿控制方法的有效性和准确性。
算例 1： 30%-2s电压跌落特性仿真
首先分析电压跌落30%持续2s时的动态特性，对比图1-5中的实虚电压曲线，可以得出，相比传统双馈风电场的恒功率因数控制，本发明对电压有更好的支撑作用，由原来的0.7pu上升至0.78pu，增加了11.4%。
由于电压跌落程度较轻，Crowbar设备没有动作，因此无功补偿设备无需出力，图中的无功值大约为0；网侧变流器此时的有功功率值接近10MW，因此其可产生的无功极限值为34MW，而图中的无功曲线数值大约为29MW，网侧变流器没有在极限状态运行，因此双馈风机定子侧所产生的无功应该维持在其故障前的水平，故障前无功值为4.2Mvar，故障后约为7Mvar，相差不大。所以此故障期间，电网所需要的无功由网侧变流器独自承担，来保证风电接入系统的暂态电压稳定性。
算例2 ：50%-0.5s电压跌落特性仿真
再分析电压跌落50%时的动态特新，相比上节的故障，程度有所加重，时间有所减少。对比图6-10中的实虚电压曲线，同样可以得出，本发明对电压有很好的支撑作用，电压由原来的0.5pu上升至0.59pu，增加了18%。
由于此等程度的电压跌落，Crowbar设备没有动作，因此无功补偿设备无需出力，图中的无功值大约为0；网侧变流器此时的有功功率值大约为9MW，因此其可产生的无功极限值为34MW，而图中的无功曲线很接近这一数值，网侧变流器运行在极限状态，根据协调控制的原则，此时双馈风机定子侧应该产生所超出的无功，图中无功曲线值大约为11Mvar， 此故障期间电网所需要的无功由网侧变流器和双馈风机定子侧协调承担，共同保证风电接入系统的暂态电压稳定性。
算例3 ：100%-0.2s电压跌落特性仿真
最后分析电压跌落100%-0.2s时的动态特性，对比图11-15中的电压曲线可以得出，在故障切除后的恢复期间，实线比虚线的整体水平要高，电压值由0.88pu提升至0.98，增加了11.4%，因此，与配置的静止同步补偿器(STATCOM)的单位功率因数控制下的风电场相比，风电场在加入本发明控制方法之后，并网点电压能够更快的恢复到原先的水平。
风电场在加入本发明之后，虽然故障期间电压降至为0，双馈风机当作异步风机运行，并一直吸收无功，但是首要无功源网侧变流器接近于满发状态，产生无功达36Mvar，此时静止同步补偿器(STATCOM)仅发出无功16Mvar，此时只起辅助作用。而单位功率因数控制的风电场配置的静止同步补偿器(STATCOM)则需要满发，产生无功达27Mvar。
因此，风电场在加入本发明控制方法之后，不但对风电系统的暂态电压稳定性能起到更好的稳定作用，而且使得静止同步补偿器(STATCOM)的配置容量从27Mvar降至16Mvar，减少静止同步补偿器(STATCOM)的容量达41%，减少了风电场的投资成本。

Claims (2)

1.一种风电场无功补偿控制方法，它包括下述步骤：
步骤1、在风电并网母线处安装电压互感器检测其实时电压；
步骤2、将风电场并网点检测到的实时电压测量值                                               与并网点电压的给定参考值进行比较，两者的差值信号通过PI控制器处理后得到电网所需的总无功值；
步骤3、在双馈风机转子绕组处安装电流测量元件检测转子电流，将转子电流值与转子侧变流器的极限电流值做减法运算，结果大于0，双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为1，反之双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为0；
步骤4、无功功率分配：双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为0，则将电网所需的总的无功值在网侧变流器和双馈风机定子侧之间分配；双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为1，则将电网所需的总的无功值在网侧变流器和静止同步补偿器之间分配；双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为0时，当电网所需的总无功值小于等于网侧变流器无功极限值时，则将电网所需的总无功值分配给网侧变流器；当电网所需的总无功值大于网侧变流器无功极限值时，则网侧变流器分配到的无功值为自身的无功极限值，双馈风机定子侧分配到的无功值为电网所需的总无功值减去网侧变流器的无功极限值。
2.根据权利要求1所述的一种风电场无功补偿控制方法，其特征在于：步骤4所述的无功功率分配，当双馈风机转子侧转子保护动作信号Crowbar为1时，网侧变流器分配到的无功值为其自身的无功极限值，静止无功补偿器分配到的无功值为电网所需的总无功值减去网侧变流器的无功极限值。
CN201310058744.4A 2013-02-26 2013-02-26 一种风电场无功补偿控制方法 Active CN103138277B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310058744.4A CN103138277B (zh) 2013-02-26 2013-02-26 一种风电场无功补偿控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310058744.4A CN103138277B (zh) 2013-02-26 2013-02-26 一种风电场无功补偿控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103138277A CN103138277A (zh) 2013-06-05
CN103138277B true CN103138277B (zh) 2015-02-18

Family

ID=48497752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310058744.4A Active CN103138277B (zh) 2013-02-26 2013-02-26 一种风电场无功补偿控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103138277B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103489137B (zh) * 2013-10-17 2016-08-31 东南大学 一种风电系统无功补偿装置动作序列确定方法
CN104362640B (zh) * 2014-10-10 2017-10-31 国家电网公司 风电场场内无功功率控制方法
CN105098834B (zh) * 2015-08-12 2018-02-13 国网山东省电力公司潍坊供电公司 一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法
CN105356520A (zh) * 2015-11-24 2016-02-24 上海电力学院 一种改善风电场低电压穿越能力的控制方法
US10756658B2 (en) * 2017-07-06 2020-08-25 General Electric Company Allocating reactive power production for doubly fed induction generator wind turbine system
CN108418243B (zh) * 2018-03-06 2021-06-08 湖南工业大学 电网电压故障下阻抗源直驱永磁风力发电系统的分段式无功补偿方法
CN111431217B (zh) * 2020-03-24 2023-09-01 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种应用于控制母线电压的无功补偿方法、装置及系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102005765B (zh) * 2010-11-18 2013-07-31 西北电网有限公司 一种适用于大型风电场并网运行无功功率可控可调方法
CN102354992B (zh) * 2011-09-30 2013-09-25 华北电力大学 风电场无功功率控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103138277A (zh) 2013-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103138277B (zh) 一种风电场无功补偿控制方法
Li et al. Coordinated control of wind farm and VSC–HVDC system using capacitor energy and kinetic energy to improve inertia level of power systems
CN102280879B (zh) 风电场大规模储能电站功率调节方法及系统
Alharbi et al. Application of UPFC to improve the LVRT capability of wind turbine generator
CN107026470A (zh) 用于光伏系统的自动电压调节
CN107994588A (zh) 提升风电接入弱电网暂态稳定性的风电场无功控制策略
CN102904266B (zh) 一种确立风电场无功补偿容量适网性的方法
CN104333008B (zh) 一种提高风电场电压合格率的无功电压控制方法
CN104242347A (zh) 一种风电变流器的高电压穿越方法
Meegahapola et al. Capability constraints to mitigate voltage fluctuations from DFIG wind farms when delivering ancillary services to the network
Li et al. Research on capacity planning of renewable energy grid integration based on effective short circuit ratio
US9871382B2 (en) Method and controller for continuously operating a plurality of electric energy generating machines during a high voltage condition
Shukla et al. Low voltage ride through (LVRT) ability of DFIG based wind energy conversion system II
JP2006042458A (ja) 周波数制御装置及び系統周波数制御方法
Song et al. Stability and control of a grid integrated DFIM based variable speed pumped storage system
Montazeri et al. Improved low voltage ride thorough capability of wind farm using STATCOM
CN102496938A (zh) 风电机组运行过程中无功调节容量的确定方法及装置
Sadeghfam et al. Influence of PMSG‐based wind turbine on transient stability of synchronous generators—a comparative study
Wang et al. Coordinated droop and virtual inertia control of wind farm for frequency regulation
CN104362643A (zh) 风电场无功补偿配置容量计算方法
Fernandez et al. Contribution of wind farms to the network stability
Sarrias‐Mena et al. Dynamic evaluation of two configurations for a hybrid DFIG‐based wind turbine integrating battery energy storage system
Shen et al. Characteristic analysis of primary frequency modulation in power system under different types of active disturbance
Lin et al. Comparison of reactive power compensation strategy of wind farm based on optislip wind turbines
Mohamed et al. Improvement of the performance stability of power grid with wind farms using static synchronous compensator

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant