CN105548741B - 一种用于风电场无功补偿装置低电压运行能力的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于风电场无功补偿装置低电压运行能力的检测方法，包括：将电压跌落发生装置接入风电场无功补偿装置所在发电线路中；设置电压跟踪控制点，调整无功补偿装置参数设置；通过限制无功补偿装置运行功率，调整所在线路和无功补偿装置保护定值的方式，使电压跌落发生装置与无功补偿装置容量相匹配，满足在安全的情况下开展测试；根据测试结果分析无功补偿装置低电压运行能力。该方法通过整定风电场无功补偿装置的特性参数，为电力调度部门、风电场运营商和相关检测机构提供技术支撑；可有效验证无功补偿装置是否具备低电压运行能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测方法，具体涉及一种用于风电场无功补偿装置低电压运行能力的检测方法。
背景技术
随着风电装机容量在电网中所占比例越来越高，其对电网的影响将不可忽视。为了有效降低风电接入电网带来的负面影响，在依靠风电机组无法满足系统电压调节要求的情况下，就需要在风电场配置无功补偿装置。2011年以来，我国“三北”地区发生多起风电大规模脱网事故，其中风电场无功装置配置不合理、不具备低电压穿越能力，是导致故障进一步扩大的主要原因。为提高风电场无功补偿装置运行可靠性，满足电网安全稳定的要求，加强风电场及电网的安全稳定运行能力，国家电网公司企业标准《Q/GDW 11064-2013风电场无功补偿装置技术性能和测试规范》对风电场无功补偿装置的性能提出了要求，并提出风电场无功补偿装置应具备欠压和过压运行能力，应与风电机组的低电压和高电压穿越能力相配合。
当风电场接入地区电网较弱时，无功补偿装置响应调节指令会产生快速大功率输出，易导致风电场并网点电压及输出功率的大幅振荡，进而引起电网运行电压骤降，如果此时无功补偿装置不具备低电压穿越能力，则会危及电网的安全稳定运行。理论分析及实践证明，有必要进行风电场无功补偿装置低电压穿越能力检测，并依据当地电网运行条件对无功补偿装置特性参数进行整定，达到优化无功补偿装置输出能力的目的。国家电网公司企业标准《Q/GDW 11064-2013风电场无功补偿装置技术性能和测试规范》中明确提出风电场无功补偿装置应具备欠压和过压运行能力，应与风电机组的低电压和高电压穿越能力相配合，但并未提出针对无功补偿装置的低电压穿越能力测试方法。
无功补偿装置是否具备低电压穿越能力在一定程度上也决定着风电场是否具备低电压穿越能力，故提出一种切实可行的风电场无功补偿装置低电压穿越能力测试方法就显得尤为重要。当前，风电场无功补偿装置单机最大容量已经达到20MW以上，且随着市场需求及技术的发展，该容量正在进一步增大。受设计及集成技术的限制，目前移动式电压跌落发生装置最大容量仅为6MW，需要提出一种利用小容量电压跌落发生装置测量大容量无功补偿装置的试验方法。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种用于风电场无功补偿装置低电压运行能力的检测方法，确定低电压测试的各项参数，通过设备限功率运行和保护定值的调整，解决了测试设备与无功补偿装置容量不匹配问题。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
一种用于风电场无功补偿装置低电压运行能力的检测方法，所述方法包括下述步骤：
(1)将电压跌落发生装置接入风电场无功补偿装置所在发电线路中；
(2)设置电压跟踪控制点，调整无功补偿装置参数设置；
(3)通过限制无功补偿装置运行功率，调整所在线路和无功补偿装置保护定值的方式，使电压跌落发生装置与无功补偿装置容量相匹配，满足在安全的情况下开展测试；
(4)根据测试结果分析无功补偿装置低电压运行能力。
优选的，所述步骤(1)具体包括，将电压跌落发生装置串接在无功补偿装置上一电压等级发电线路中，依据电压跌落发生装置接入位置的不同，接入方式分为内环接入和外环接入方式；其中，
所述内环接入方式包括：电压跌落发生装置接入无功补偿装置所在线路与35kV母线间，装置输出的无功电流通过低电压穿越测试装置注入35kV母线，并通过风电场主变注入外部电网；
所述外环接入方式包括：电压跌落发生装置接入35kV母线出线端，无功补偿装置输出的无功电流首先注入35kV母线，并在流过电压跌落装置后经主变注入外部电网。
优选的，所述步骤(1)的电压跌落发生装置，用于获取无功补偿装置运行点/电压控制点的低电压，包括限流电抗器Xsr、短路电抗器Xsc和若干组合开关柜；
通过调节所述限流电抗器Xsr和短路电抗器Xsc之间的阻抗比例，获取断路器CB2闭合时不同幅度的电压跌落。
优选的，所述步骤(2)具体包括，参照国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》的要求确定不同跌落方式下电压跌落的幅值和时间，同时设置电压跟踪控制点，在外环接入方式下，定义风电场内35kV母线电压为无功补偿装置跟踪目标值。
优选的，所述步骤(2)中，对无功补偿装置低电压测试参数进行调整包括：
参照标准要求确定测试参数，根据测试点电压阻抗值及电压跌落的深度，确定不同的电抗器组合；
在不同电抗器组合下，修改无功补偿装置设置参数，调整动态响应时间；
接入电压跌落发生装置后，将无功补偿装置响应时间调整为原响应时间的K倍，K＝X/Xs；其中，Xs为电压跌落发生装置接入点35kV系统阻抗，X＝Xs+Xsr，Xsr为限流电抗器阻抗。
优选的，所述步骤(3)将电压跌落发生装置与无功补偿装置容量相匹配的方法包括：
3-1首先利用低电压穿越检测设备进行空载测试；根据测试获得的短路电流计算短路容量和电网阻抗值；
其次根据无功补偿装置额定容量和实际运行情况分别设置无功补偿装置保护定值、电压跌落发生装置保护定值和无功补偿装置所在发电线路的保护定值；
3-2验证保护定值；
3-3根据测试要求完成检测项目，并计算无功补偿装置是否具备低电压运行能力。
进一步地，所述步骤3-2中，验证保护定值包括：
1)将无功补偿装置运行模式设定为恒无功模式；
2)调整无功补偿装置保护定值；
3)通过后台软件将无功补偿装置出力设定为验证值，验证其保护性能；
4)根据现场运行参数，调整电压跌落发生装置保护定值；
5)通过后台软件将电压跌落发生装置出力设定为验证值，验证电压跌落发生装置输入侧和输出侧的保护定值；
6)根据测试和计算结果调整风电场无功补偿装置所在集电线路过流保护定值；
7)无功补偿装置的集电线路停电，通过继电保护测试仪向集电线路过流保护二次施加测试电流，验证集电线路过流保护定值。
优选的，所述步骤(4)分析无功补偿装置低电压运行能力步骤包括：
a)根据空载测试结果计算电网阻抗值，调整电压跌落发生装置中限流电抗器Xsr和短路电抗器Xsc的电抗值；
b)闭合断路器CB_GRID、CB1和CB_WT，将电压跌落发生装置接入测试系统，无功补偿装置正常并网运行；
c)断开断路器CB1，投入限流电抗器Xsr；
d)闭合断路器CB2，短路电抗器Xsc接入，产生三相或两相短路，以实现电网电压跌落；断路器CB2闭合的同时，输出一个同步触发信号分别至电压跌落发生装置入口侧和出口侧的数据采集装置，触发数据采集装置开始记录数据，获得准确的测试指令开始时间。
与现有技术相比，本发明达到的有益效果是：
(1)本申请提出的测试方法提高了检测无功补偿装置低电压运行能力的可靠性，便于现场操作，把对电网的影响程度降至最低，同时能够真实反映无功补偿装置的低电压运行能力。在风电场和无功补偿装置符合安全要求的情况下，一个完整测试周期可由测试系统自动完成，不需要人工干预；
(2)具备良好的通用性。风电场无功补偿装置额定容量不同，可能大于电压跌落发生装置的额定容量，使用本专利提出的方法解决了电压跌落发生装置与风电场无功补偿装置额定容量不匹配的问题。
附图说明
图1为无功补偿装置接入风电场正常运行原理图；
图2为风电场无功补偿装置低电压运行能力测试示意图；
图3为无功补偿装置以内环方式接入风电场的测试示意图；
图4为无功补偿装置以外环方式接入风电场的测试原理图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
风电场无功补偿装置通常接入独立的馈线支路，通过向风电场注入或吸收无功电流，保证风电场并网点电压在合格运行范围，同时可以优化场内的无功潮流，减少损耗，无功补偿装置接入风电场方案如图1所示。
一种用于风电场无功补偿装置低电压运行能力的检测方法：
(1)将电压跌落发生装置接入风电场无功补偿装置所在发电线路中；所述电压跌落发生装置，用于获取无功补偿装置运行点/电压控制点的低电压，包括限流电抗器Xsr、短路电抗器Xsc和若干组合开关柜；通过调节所述限流电抗器Xsr和短路电抗器Xsc之间的阻抗比例，获取断路器CB2闭合时不同幅度的电压跌落。具体测试原理如图2所示。
将电压跌落发生装置串接在无功补偿装置上一电压等级发电线路中，依据电压跌落发生装置接入位置的不同，接入方式分为内环接入和外环接入方式；其中，
如图3所示，所述内环接入方式包括：电压跌落发生装置接入无功补偿装置所在线路与35kV母线间，装置输出的无功电流通过低电压穿越测试装置注入35kV母线，并通过风电场主变注入外部电网；
所述外环接入方式包括：电压跌落发生装置接入35kV母线出线端，无功补偿装置输出的无功电流首先注入35kV母线，并在流过电压跌落装置后经主变注入外部电网，如图4所示。
(2)设置电压跟踪控制点，调整无功补偿装置参数设置；电压跌落发生装置通过在主电路中并联或串联电阻/电抗实现电压跌落，该装置结构简单，实现方便，且电压跌落特性最接近实际电网故障时的电压跌落特性。图2方框中是阻抗分压式电压跌落发生装置结构图，通过限流电抗器Xsr和短路电抗器Xsc以及风电机组阻抗的适当匹配产生预期的电压跌落。低电压运行能力测试分别在0.90p.u.、0.50p.u.、0.20p.u.三个电压点进行，包括三相短路和两相短路工况，具体测试项目见表1。
表1低电压运行能力测试参数
正常运行时，无功补偿装置通过注入无功电流跟踪并网点电压变化。电压跟踪目标可以是风电场并网点220kV(110kV)母线，也可以是风电场内35kV母线。电压跌落发生装置接入后，由于装置响应时间与系统阻抗不匹配，可能会导致风电场电压及无功功率的大幅振荡，需要采取相应的措施来解决。在内环接入方式中，由于电压跌落发生装置始终接入无功补偿装置的电压/无功跟踪控制回路，电压跌落发生装置接入及测试过程存在着较大的振荡风险，所以此方案不适合现场开展。而外环接入方式则需要解决电压跟踪控制点设定、无功补偿装置动态响应时间参数的调整和电压跌落发生装置与无功补偿装置容量的匹配方法等问题，本专利针对这些问题提出了解决方法。
参照国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》的要求确定不同跌落方式下，电压跌落的幅值和时间，同时设置电压跟踪控制点，在外环接入方式下，定义风电场内35kV母线电压为无功补偿装置跟踪目标值。
对无功补偿装置低电压测试参数进行调整包括：
参照标准要求确定测试参数，根据测试点电压阻抗值及电压跌落的深度，确定不同的电抗器组合；
在不同电抗器组合下，修改无功补偿装置设置参数，调整动态响应时间；
接入电压跌落发生装置后，将无功补偿装置响应时间调整为原响应时间的K倍，K＝X/Xs；其中，Xs为电压跌落发生装置接入点35kV系统阻抗，X＝Xs+Xsr，Xsr为限流电抗器阻抗。
(3)通过限制无功补偿装置运行功率，调整所在线路和无功补偿装置保护定值的方式，使电压跌落发生装置与无功补偿装置容量相匹配，满足在安全的情况下开展测试；
3-1首先利用低电压穿越检测设备进行空载测试；根据测试获得的短路电流计算短路容量和电网阻抗值；
其次根据无功补偿装置额定容量和实际运行情况分别设置无功补偿装置保护定值、电压跌落发生装置保护定值和无功补偿装置所在发电线路的保护定值；
3-2验证保护定值；
3-3根据测试要求完成检测项目，并计算无功补偿装置是否具备低电压运行能力。
步骤3-2中，验证保护定值包括：
1)将无功补偿装置运行模式设定为恒无功模式；
2)调整无功补偿装置保护定值；
3)通过后台软件将无功补偿装置出力设定为验证值，验证其保护性能；
4)根据现场运行参数，调整电压跌落发生装置保护定值；
5)通过后台软件将电压跌落发生装置出力设定为验证值，验证电压跌落发生装置输入侧和输出侧的保护定值；
6)根据测试和计算结果调整风电场无功补偿装置所在集电线路过流保护定值；
7)无功补偿装置的集电线路停电，通过继电保护测试仪向集电线路过流保护二次施加测试电流，验证集电线路过流保护定值。
(4)根据测试结果分析无功补偿装置低电压运行能力。
a)根据空载测试结果计算电网阻抗值，调整电压跌落发生装置中限流电抗器Xsr和短路电抗器Xsc的电抗值；
b)闭合断路器CB_GRID、CB1和CB_WT，将电压跌落发生装置接入测试系统，无功补偿装置正常并网运行；
c)断开断路器CB1，投入限流电抗器Xsr；
d)闭合断路器CB2，短路电抗器Xsc接入，产生三相或两相短路，以实现电网电压跌落；断路器CB2闭合的同时，输出一个同步触发信号分别至电压跌落发生装置入口侧和出口侧的数据采集装置，触发数据采集装置开始记录数据，获得准确的测试指令开始时间。
通过将风电场无功补偿装置输出功率限制在电压跌落发生装置的有效检测功率范围内进行检测的方法，解决了电压跌落发生装置与风电场无功补偿装置额定容量不匹配的问题。值得注意的是，通过限功率方式进行风电场无功补偿装置低电压运行能力检测，需要调整电压跌落发生装置、无功补偿装置和所在线路的保护方案及保护定值，同时需要制定一系列的安全措施，保障测试过程安全，测试结果有效。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用于风电场无功补偿装置低电压运行能力的检测方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
(1)将电压跌落发生装置接入风电场无功补偿装置所在发电线路中；
(2)设置电压跟踪控制点，调整无功补偿装置参数设置；
(3)通过限制无功补偿装置运行功率，调整所在线路和无功补偿装置保护定值的方式，使电压跌落发生装置与无功补偿装置容量相匹配，满足在安全的情况下开展测试；
(4)根据测试结果分析无功补偿装置低电压运行能力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括，将电压跌落发生装置串接在无功补偿装置上一电压等级发电线路中，依据电压跌落发生装置接入位置的不同，接入方式分为内环接入和外环接入方式；其中，
所述内环接入方式包括：电压跌落发生装置接入无功补偿装置所在线路与35kV母线间，无功补偿装置输出的无功电流通过低电压穿越测试装置注入35kV母线，并通过风电场主变注入外部电网；
所述外环接入方式包括：电压跌落发生装置接入35kV母线出线端，无功补偿装置输出的无功电流首先注入35kV母线，并在流过电压跌落装置后经主变注入外部电网。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的电压跌落发生装置，用于获取无功补偿装置运行点和电压跟踪控制点的低电压，包括限流电抗器Xsr、短路电抗器Xsc和若干组合开关柜；
通过调节所述限流电抗器Xsr和短路电抗器Xsc之间的阻抗比例，获取断路器CB2闭合时不同幅度的电压跌落。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括，参照国家标准GB/T19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》的要求确定不同跌落方式下电压跌落的幅值和时间，同时设置电压跟踪控制点，在外环接入方式下，定义风电场内35kV母线电压为无功补偿装置跟踪目标值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对无功补偿装置低电压测试参数进行调整包括：
参照标准要求确定测试参数，根据测试点电压阻抗值及电压跌落的深度，确定不同的电抗器组合；
在不同电抗器组合下，修改无功补偿装置设置参数，调整动态响应时间；
接入电压跌落发生装置后，将无功补偿装置响应时间调整为原响应时间的K倍，K＝X/Xs；其中，Xs为电压跌落发生装置接入点35kV系统阻抗，X＝Xs+Xsr，Xsr为限流电抗器阻抗。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)将电压跌落发生装置与无功补偿装置容量相匹配的方法包括：
3-1首先利用低电压穿越检测设备进行空载测试；根据测试获得的短路电流计算短路容量和电网阻抗值；
其次根据无功补偿装置额定容量和实际运行情况分别设置无功补偿装置保护定值、电压跌落发生装置保护定值和无功补偿装置所在发电线路的保护定值；
3-2验证保护定值；
3-3根据测试要求完成检测项目，并计算无功补偿装置是否具备低电压运行能力。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3-2中，验证保护定值包括：
1)将无功补偿装置运行模式设定为恒无功模式；
2)调整无功补偿装置保护定值；
3)通过后台软件将无功补偿装置出力设定为验证值，验证其保护性能；
4)根据现场运行参数，调整电压跌落发生装置保护定值；
5)通过后台软件将电压跌落发生装置出力设定为验证值，验证电压跌落发生装置输入侧和输出侧的保护定值；
6)根据测试和计算结果调整风电场无功补偿装置所在集电线路过流保护定值；
7)无功补偿装置的集电线路停电，通过继电保护测试仪向集电线路过流保护二次施加测试电流，验证集电线路过流保护定值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)分析无功补偿装置低电压运行能力步骤包括：
a)根据空载测试结果计算电网阻抗值，调整电压跌落发生装置中限流电抗器Xsr和短路电抗器Xsc的电抗值；
b)闭合断路器CB_GRID、CB1和CB_WT，将电压跌落发生装置接入测试系统，无功补偿装置正常并网运行；
c)断开断路器CB1，投入限流电抗器Xsr；
d)闭合断路器CB2，短路电抗器Xsc接入，产生三相或两相短路，以实现电网电压跌落；断路器CB2闭合的同时，输出一个同步触发信号分别至电压跌落发生装置入口侧和出口侧的数据采集装置，触发数据采集装置开始记录数据，获得准确的测试指令开始时间。
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