CN104459540A - 一种无电网冲击的双馈风力发电机组低电压穿越功能的检测方法 - Google Patents

Abstract

一种无电网冲击的双馈风电机组低电压穿越功能的检测方法，其特征在于：该检测方法在进行双馈风电机组低电压穿越功能检测时，双馈风电机组的定子侧与电网始终处于断开状态，通过阻抗值可调节的电抗器的投入来模拟不同类型和不同电压跌落深度的电网故障，检测双馈风电机组的变流器和发电机各物理量的输出波形，从而判断该双馈风电机组是否满足国家标准要求的低电压穿越功能。该检测方法能有效验证双馈风电机组是否具备低电压穿越功能，并能快速获得双馈风电机组低电压穿越的性能指标，其检测过程对无电网冲击，检测方法简单易行，检测结果直观准确，检测成本低，特别适用于双馈风电机组低电压穿越功能的风电场在线检测领域。

Description

一种无电网冲击的双馈风力发电机组低电压穿越功能的检测方法

技术领域

本发明涉及一种风电机组低电压穿越功能的检测方法，特别是涉及一种无电网冲击的双馈风电机组低电压穿越功能的检测方法。 

背景技术

随着风电装机容量的快速提升，风电机组与电网之间的相互影响日趋突出，由于双馈风电机组的定子侧直接与电网连接，与其它风电机组机型相比，其低电压穿越能力较差。当电网出现短路故障时，双馈发电机的定子电压也会发生突变，发电机定子磁链中将包含暂态直流分量、正序和负序分量，这些磁链分量的共同作用将造成发电机转子出现过电压和过电流。在这种情况下，如果双馈机组不具备低电压穿越功能，双馈机组将会出现切机保护，使风电机组脱网，极有可能造成电网事故的扩大，因此目前接入电网的双馈风电机组均要求具有不脱网运行的低电压穿越功能。我国于2012年颁布了新版国家标准《风电场接入电力系统技术规定》(GB/T 19963-2011)，国家标准对低电压穿越期间，风电机组的有功和无功支撑功能都提出了明确要求。 

基于以上要求，目前亟需寻求一种针对双馈风电机组是否具备低电压穿越功能的在线检测方法。实现对风电机组低电压穿越功能的检测的关键是模拟各类电网故障的产生和消除，使风电机组感知各类电网故障，而现有技术需要采用大量用于模拟电网短路故障的电抗器装置，且检测过程中也会对电网造成冲击。 

针对现有技术的不足，在工程实际运用中，进行双馈风电机组低电压穿越功能检测时，应尽量减小对电网的冲击，降低检测装置的经济成本，亟需一种高效实用的无电网冲击的双馈风电机组低电压穿越功能的检测方法。 

发明内容

本发明的目的是提供一种无电网冲击的双馈风电机组低电压穿越功能的检测方法。该检测方法的原理为：在进行双馈风电机组低电压穿越功能检测时，双馈风电机组的定子侧与电网始终处于断开状态，通过阻抗值可调节的电抗器的投入来模拟不同类型和不同电压跌落深度的电网故障，检测双馈风电机组的 变流器和发电机各物理量的输出波形，从而判断该双馈风电机组是否满足国家标准要求的低电压穿越功能。 

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是通过以下方式来实现的： 

1)首先断开双馈风电机组的定子并网开关，使双馈电机的定子在整个低电压穿越功能检测过程中均与电网脱开，转子侧通过功率变换器(由机侧变换器、直流母线、网侧变换器构成)与电网保持连接。 

2)通过风机主控制器发出风电机组建压指令，双馈风电机组首先运行网侧变换器控制直流母线电压，然后运行机侧变换器进行励磁调节控制，直到发电机定子电压满足并网条件。 

3)电网故障模拟，通过电抗器短路双馈发电机定子绕组，模拟电网电压跌落故障，调节电抗器的阻抗值可模拟不同的电压跌落深度和不同的故障类型。 

4)波形记录，模拟电网电压跌落故障过程中观测并记录定子电压、定子电流、转子电压、转子电流、定子有功功率、无功功率、电磁转矩、发电机转速、网侧电流、直流母线电压的波形，评估不同电网故障对双馈风电机组和电网的冲击。 

5)低电压穿越功能判定，当定子电流进入短路稳态后(定子暂态电流衰减完全后)，断开定子短路电抗器，若此时双馈机组的网侧变换器仍然能够正常建立直流侧电压，机侧变换器仍然能够调节定子电压满足并网条件，则证明此次模拟电网故障过程中该双馈机组具备低电压穿越功能，反之则不具备低电压穿越功能。 

6)低电压穿越功能的性能指标计算，若双馈机组具备低电压穿越功能，根据4)中记录的波形，计算低电压穿越的性能指标，其性能指标包括： 

a)直流链电压的上升幅度； 

b)转子过电压倍数； 

c)转子过电流倍数； 

d)变流器过电流倍数； 

e)电压支撑能力，即电网电压跌落稳态时发无功能力； 

f)频率支撑能力，即电网电压跌落稳态时发有功能力； 

g)电网电压故障消除后的电压恢复时间。 

通过对以上性能指标的检测，可以充分判断该双馈风电机组能否实现低电压穿越和实现低电压穿越的性能。 

7)正常停机，低电压穿越检测试验过程结束。 

本发明的有益效果是： 

本发明提供的一种无电网冲击的双馈风电机组低电压穿越功能的检测方法，无需大量的用于模拟电网短路故障的电抗器装置，整个试验过程中双馈电机定子侧与电网脱开，对电网无冲击，因此该检测方法简单易行、检测结果直观准确、成本低、对电网友好；能有效验证双馈风电机组是否具备低电压穿越功能，并能快速获得双馈风电机组低电压穿越的性能指标。 

附图说明

图1为本发明提供的一种无电网冲击的双馈风电机组低电压穿越功能的检测方法的系统结构图。 

图2为本发明提供的一种无电网冲击的双馈风电机组低电压穿越功能的检测方法的试验流程图。 

具体实施方式

以下结合附图1、附图2对本发明的技术方案作进一步说明。 

本发明通过以下步骤来加以具体实施： 

1)断开附图1中的并网开关，双馈电机(DFIG)的定子侧与电网脱开，转子侧通过附图1中的机侧变换器、直流母线、网侧变换器、升压变压器与电网连接。 

2)接收风电主控制器建压指令，风电机组控制器首先控制附图1中的网侧变换器来稳定直流母线电压，然后控制附图1中的机侧变换器进行励磁调节。 

3)双馈电机(DFIG)的定子电压满足并网条件后，通过接入附图1中的电抗器进行短路故障模拟，调节电抗器的阻抗值来模拟电网不同的电压跌落深度和不同的故障类型。 

4)在接入电抗器进行短路故障模拟的过程中，通过波形记录仪保存定子电压、定子电流、转子电压、转子电流、网侧变换器电流、直流母线电压和发电机转速等波形数据，并计算双馈电机的有功功率、无功功率和电磁转矩数据。 

5)当定子电流进入短路稳态后，断开附图1中的电抗器开关，通过直流母线电压能保持设定值以及定子端电压能满足并网条件等判据来确定双馈机组具备低电压穿越功能，若不满足判据则不具备低电压穿越功能。 

6)判断双馈机组具备低电压穿越功能后，根据4)中记录的数据，所计算 的低电压穿越的性能指标如下： 

a)根据直流母线电压的数据计算直流链电压的上升幅度； 

b)根据转子电压的数据计算转子过电压倍数； 

c)根据转子电流的数据计算转子过电流倍数； 

d)根据网侧电流的数据计算变流器过电流倍数； 

e)根据无功功率的数据计算电压支撑能力； 

f)根据有功功率的数据计算频率支撑能力； 

g)根据定子电压的数据计算电压恢复时间。 

7)接收正常停机指令后，风电机组正常停机，检测过程结束。 

Claims (1)

1.一种无电网冲击的双馈风电机组低电压穿越功能的检测方法，其特征在于，该检测方法包括以下步骤：

1)首先断开双馈风电机组的定子并网开关，使双馈电机的定子在整个低电压穿越功能检测过程中均与电网脱开，转子侧通过功率变换器(由机侧变换器、直流母线、网侧变换器构成)与电网保持连接；

2)通过风机主控制器发出风电机组建压指令，双馈风电机组首先运行网侧变换器控制直流母线电压，然后运行机侧变换器进行励磁调节控制，直到发电机定子端电压满足并网条件；

3)电网故障模拟，通过电抗器短路双馈发电机定子绕组，模拟电网电压跌落故障，调节电抗器的阻抗值可模拟不同的电压跌落深度和不同的故障类型；

4)波形记录，模拟电网电压跌落故障过程中观测并记录定子电压、定子电流、转子电压、转子电流、定子有功功率、无功功率、电磁转矩、发电机转速、网侧电流、直流母线电压的波形，评估不同电网故障对双馈风电机组和电网的冲击；

5)低电压穿越功能判定，当定子电流进入短路稳态后(定子暂态电流衰减完全后)，断开定子短路电抗器，若此时双馈机组的网侧变换器仍然能够正常建立直流侧电压，机侧变换器仍然能够调节定子端电压满足并网条件，则证明此次模拟电网故障过程中该双馈机组具备低电压穿越功能，反之则不具备低电压穿越功能；

6)低电压穿越功能的性能指标计算，若双馈机组具备低电压穿越功能，根据4)中记录的波形，计算低电压穿越的性能指标，其性能指标包括：

a)直流链电压的上升幅度；

b)转子过电压倍数；

c)转子过电流倍数；

d)变流器过电流倍数；

e)电压支撑能力，即电网电压跌落稳态时发无功能力；

f)频率支撑能力，即电网电压跌落稳态时发有功能力；

g)电网电压故障消除后的电压恢复时间。

7)正常停机，低电压穿越检测试验过程结束。