CN104734165A - 一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是有关于一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法，在机组进入低电压穿越瞬间，将全功率变流器接收到的无功功率指令Qref冻结，求取对应的无功电流值Id’：当Qref是感性无功功率指令时，计算得到无功电流值Id，变流器实际执行无功电流Ireactive＝Id；当Qref是容性无功功率指令时，计算得到无功电流值Id，得到变流器实际执行无功电流Ireactive＝-MAX(Id’,Id)。本发明可以在机组已经发出无功功率条件下，实现机组稳态运行至电网电压跌落机组低穿和机组低穿至电网电压恢复稳态运行的无缝切换。

Description

一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法
技术领域
本发明涉及风电控制领域，特别是涉及一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法。
背景技术
随着能源危机的日趋严重，可再生能源技术的飞速发展，全球风电装机容量以平均每年高于20％的速度增长，风力发电已经成为具有相当规模的产业。截止2013年底，全球风力发电累计装机容量已达到3.18亿千瓦，共安装有三百多个风电场。风电场开发和运维成本中有很大一部分用于自动无功功率补偿装置上，以宁夏某风电场为例，MCR型SVC单月耗电量可达20万千瓦。考虑到自动无功功率补偿装置高额的用电成本，越来越多的业主要求风电机组作分散式无功功率补偿，优先控制机组发出无功功率补偿系统电压，这样，在调度风电机组发出无功功率的情况下，如果发生电网电压跌落，机组在进入低电压穿越前就已经处于发出无功功率状态。因此，在调度风电机组发出无功功率期间发生电网电压跌落则需做到稳态运行至电网电压跌落机组低穿和机组低穿至电网电压恢复稳态运行的无缝切换，否则存在的许多未知风险会导致机组故障停机脱网，如过压、长时间欠压等。但目前机组的低穿方法均是基于机组未发出无功功率的初始状态，未考虑机组在低穿前已发出无功功率的情况。
专利CN 103187734 A全功率风电机组并网变流器低电压穿越控制方法,包括：1)检测中间直流电压，得到中间直流电压反馈值，与中间直流电压指令值比较，其差值输入电压调节器，电压调节器控制中间直流电压跟随中间直流电压指令值；2)电压调节器的输出是电网侧变流器有功电流指令值，在低电压穿越阶段需要限制有功电流的指令值，确保网侧变流器能够按照最大能力向电网输出能量而不出现过流故障；3)低电压穿越期间，改变发电机磁场给定值，通过磁场调节器迅速减小风力发电机的磁场，使发电机的输出功率减小，保证变流器的输入和输出功率平衡；4)在低电压穿越的过程中可以认为风速不变，发电机的机械输入功率近似不变；在发电机磁场减小后，发电机的输出电功率降低，会导致发电机的输入输出功率不平衡，发电机升速；由于风力发电机组的转动惯量很大，可以保证发电机转速始终处于正常范围内；电网电压恢复后，并网功率会迅速上升，造成中间直流电压下降：1)检测到中间直流电压下降，得到中间直流电压反馈值，与中间直流电压指令值比较，其差值输入电压调节器，电压调节器控制中间直流电压跟随中间直流电压指令值；2)电压调节器的输出是电网侧变流器有功功率指令值，在正常工作的条件下能够稳定控制风电机组并网变流器有功功率，确保变流器的功率平衡；3)随着电网侧电压的慢慢恢复，逐步将发电机磁场给定值恢复至正常，发电机的输出功率增加；根据发电机的转矩平衡方程，电机的输入输出功率逐渐恢复平衡，电机转速不再升高；至此，低电压期间的一个调节过程结束。
该专利中所提到的方法未明确说明低穿期间变流器无功功率的控制方法，亦不能做到风电机组发出无功功率期间，电网电压跌落时稳态运行至电网电压跌落机组低穿和机组低穿至电网电压恢复稳态运行的无缝切换。
由此可见，上述现有的全功率风电机组并网变流器低电压穿越控制方法在使用上，显然存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种基于机组在低穿前已经处于发出无功功率状态，可以实现稳态运行与低电压穿越无缝切换的新的一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法,实属当前重要研发课题之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法，使其基于机组在低穿前已经处于发出无功功率状态，可以实现稳态运行与低电压穿越无缝切换，从而克服现有技术的不足。
为解决上述技术问题，本发明一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法，在机组进入低电压穿越瞬间，将全功率变流器接收到的无功功率指令Qref冻结，求取对应的无功电流值Id’，并判断Qref是感性无功功率指令还是容性无功功率指令：当Qref是感性无功功率指令时，计算{-[K*Iconverter*(V-V1)/Vn]+Id1}得到无功电流值Id，在低穿期间，全功率变流器会屏蔽主控给出的感性无功指令，变流器实际执行无功电流Ireactive＝Id，直至电压恢复后再接收并执行主控给出的感性无功指令；当Qref是容性无功功率指令时，计算{-[K*Iconverter*(V-V1)/Vn]+Id1}得到无功电流值Id，在低穿期间，全功率变流器屏蔽主控给出的容性无功功率指令，变流器比较Id’与Id，得到变流器实际执行无功电流Ireactive＝-MAX(Id’,Id)，直至电压恢复后再接收并执行主控给出的容性无功指令；上述V为实时采集的并网点额定正序电压标幺值，各标幺值的基准值为并网点额定线电压，V1取0.9p.u，V2取0.5p.u，Vn取值为1p.u，Iconverter为变流器的额定电流，Iconverter_max为变流器允许的短时间最大电流，K＝(Id2-Id1)/(V2-V1)，Id2＝100％*Iconverter_max，Id1＝a*Iconverter，a为0％-20％。
作为本发明的一种改进，所述Id’＝Qref/Us，其中，Us取0.9p.u，所述a取20％，所述K取2。
采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：
本发明提出的无功功率控制方法可以在风电机组已经发出无功功率条件下，实现机组稳态运行至电网电压跌落机组低穿和机组低穿至电网电压恢复后稳态运行的无缝切换，可以降低已经发出无功功率的机组在过压、长时间欠压等条件下无法做到低穿无缝切换而报出故障的概率，同时提高了机组的并网适应性。
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是主控给出感性无功功率指令时低穿无功功率控制方法示意图。
图2是主控给出容性无功功率指令时低穿无功功率控制方法示意图。
具体实施方式
本发明主要针对风电机组的全功率变流器，提供一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法。
风电机组在低电压穿越下的控制过程为：1、电网发生电压跌落；2、全功率变流器检测到电网电压跌落；3、执行低电压穿越并根据本发明发出无功电流。
本发明一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法，在机组进入低电压穿越瞬间，将全功率变流器接收到的无功功率指令Qref冻结，求取对应的无功电流值Id’，Id’的计算公式为Id’＝Qref/Us，其中，Us取值为0.9p.u，并判断Qref是感性无功功率指令还是容性无功功率指令：
当Qref是感性无功功率指令时，计算{-[K*Iconverter*(V-V1)/Vn]+Id1}得到无功电流值Id，在低穿期间，全功率变流器会屏蔽主控给出的感性无功指令，变流器实际执行无功电流Ireactive＝Id，直至电压恢复后再接收并执行主控给出的感性无功指令，按照图1中曲线发出感性无功功率以支撑电网电压。
当Qref是容性无功功率指令时，计算{-[K*Iconverter*(V-V1)/Vn]+Id1}得到无功电流值Id，在低穿期间，全功率变流器屏蔽主控给出的容性无功功率指令，变流器比较Id’与Id，得到变流器实际执行无功电流Ireact ive＝-MAX(Id’,Id)，直至电压恢复后再接收并执行主控给出的容性无功指令，按照图2中曲线发出容性无功功率以支撑电网电压。
上述V为电网正序电压标幺值，V1取0.9p.u，V2取0.5p.u，Vn取值为1p.u，Iconverter为变流器的额定电流，Iconverter_max为变流器允许的短时间最大电流，Id2＝100％*Iconverter_max，Id1＝a*Iconverter，a为0％-20％，a优选为20％。
K按照K＝(Id2-Id1)/(V2-V1)取值，K的取值需要保证风电场注入电力系统的动态无功电流Id满足Id≥1.5×(0.9-V)Iconverter，优选为2。V为实时采集的并网点额定正序电压标幺值，各标幺值的基准值为并网点额定线电压。V3与变流器硬件设备本身保护有关，各变流器设备选型不同会导致V3取值的不同，根据各变流器最大欠压运行能力可得到V3取值在0p.u至O.2p.u之间。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法，其特征在于，在机组进入低电压穿越瞬间，将全功率变流器接收到的无功功率指令Qref冻结，求取对应的无功电流值Id’，并判断Qref是感性无功功率指令还是容性无功功率指令：
当Qref是感性无功功率指令时，计算{-[K*Iconverter*(V-V1)/Vn]+Id1}得到无功电流值Id，在低穿期间，全功率变流器会屏蔽主控给出的感性无功指令，变流器实际执行无功电流Ireactive＝Id，直至电压恢复后再接收并执行主控给出的感性无功指令；
当Qref是容性无功功率指令时，计算{-[K*Iconverter*(V-V1)/Vn]+Id1}得到无功电流值Id，在低穿期间，全功率变流器屏蔽主控给出的容性无功功率指令，变流器比较Id’与Id，得到变流器实际执行无功电流Ireactive＝-MAX(Id’,Id)，直至电压恢复后再接收并执行主控给出的容性无功指令；
上述V为实时采集的并网点额定正序电压标幺值，各标幺值的基准值为并网点额定线电压，V1取0.9p.u，V2取0.5p.u，Vn取值为1p.u，Iconverter为变流器的额定电流，Iconverter_max为变流器允许的短时间最大电流，K＝(Id2-Id1)/(V2-V1)，Id2＝100％*Iconverter_max，Id1＝a*Iconverter，a为0％-20％。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法，其特征在于所述Id’＝Qref/Us，其中，Us取0.9p.u。
3.根据权利要求1所述的一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法，其特征在于所述a取20％。
4.根据权利要求1所述的一种风电机组全功率变流器低电压穿越无功功率控制方法，其特征在于所述K取2。
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