CN106130074A - 一种基于svg设备的提高风电场低电压穿越能力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法，在新能源发电站的送出线路端并联静止型动态无功补偿装置SVG；所述静止型动态无功补偿装置SVG根据系统调度员下发的控制模式，以及根据监视到的发电站内运行工况实时动态调节末端的无功输出，补偿线路传输无功功率和发电站内主变压器的无功损耗。本发明可以改善电网系统的运行性能，提高风电场的发电利用率。

Description

一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法

技术领域

本发明涉及风电场的发电利用率领域，特别是一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法。

背景技术

为了保证电网故障时双馈感应式发电机(DFIG)能安全运行不脱网，适应风电并网的低电压穿越(LVRT)标准，国内外学者对电网电压跌落时风电机组的控制策略和保护原理进行了大量研究。目前，常规的技术方案大致可以分为2大类：一类是在控制策略上进行研究，另一类是增加硬件电路方法。说明书附图1为LVRT技术方案分类树状图。

其中，基于控制策略的方法，不需要增加额外的硬件装置，该类方法仅适用于电网电压轻微电压跌落(小值跌落)情况，但对于严重故障导致的较大幅度的电网电压跌落(大值跌落)，仅依靠改进控制策略很难满足要求。基于增加硬件电路的方法，由于额外硬件电路的加入，加大了机组的设计难度和制造成本，使风电的上网电价升高，降低了经济性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法，可以改善电网系统的运行性能，提高风电场的发电利用率。

本发明采用以下方案实现：一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：在新能源发电站的送出线路端并联静止型动态无功补偿装置SVG；

步骤S2：所述静止型动态无功补偿装置SVG根据系统调度员下发的控制模式，以及根据监视到的发电站内运行工况实时动态调节末端的无功输出，补偿线路传输无功功率和发电站内主变压器的无功损耗。

进一步地，所述控制模式包括恒电压控制、恒功率因数控制以及恒无功控制。

进一步地，步骤S2中，所述动态调节末端的无功输出具体包括：

通过电网电压矢量定向控制实现有功和无功的解耦控制；

通过控制i_q ^*的大小控制静止型动态无功补偿装置SVG工作在容性或者感性状态；

通过控制i_d和i_q的大小控制静止型动态无功补偿装置SVG传递的有功功率和无功功率的大小。

进一步地，所述新能源发电站为风力发电站。

进一步地，风力发电站的风机组并网正常运行时，风电机组出口的压降为：

$d=\frac{R_L{\mathrm{\ΔP}}_i+X_L{\mathrm{\ΔQ}}_i}{U_N^2}\×100\%;$

$d\≈\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_i}{s_{sc}}\×100\%$

R＝R_L+R_l+R_t；

X＝X_L+X_l+X_t；

其中，R_l与X_l分别为线路电阻和电抗，R_L与X_L分别为系统等值电阻和电抗，R_t与X_t分别为风电场内部的等值电阻和电抗，d为考察点处电压波动大小，ΔP_i表示负荷有功变化量，ΔQ_i表示负荷无功变化量，s_sc表示考察点在正常较小方式下的短路容量，U_N表示额定电压。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明通过在新能源发电站的送出线路端并联接入SVG的方式可以有效抑制起送端电网电压的波动。通过SVG的快速动态调节来补偿末端的无功功率，使得线路传输无功功率和站内主变压器无功损耗得以补偿，从而起到稳定接入点电压的作用。本发明采用SVG，具备无功响应速度快、输出谐波较低以及占地面积小和无需无源滤波器配合的优点，可以对接入点电力系统起到稳定控制目标侧母线电压的作用。对于并网型风电场，SVG可满足电网对无功的动态调节需要，可在多种控制模式下协调控制和平滑切换，因此具备提升风电场LVRT能力的作用，从而提高电力系统可靠性和安全性，提高风电场发电利用效率。

附图说明

图1为本发明的背景技术中LVRT技术方案分类树状图。

图2为本发明实施例中风电机组的并网等值电路图。

图3为本发明实施例中风电机组并网有功电流引起的电压降落矢量示意图。

图4为本发明实施例中风电机组并网无功电流引起的电压降落矢量示意图。

图5为本发明实施例中SVG控制原理示意图。

图6为本发明实施例中SVG控制策略示意图。

图7为本发明实施例中投入FC的冲击电流(A相与C相)波形图。

图8为本发明实施例中SVG的输出无功功率波形图。

图9为本发明实施例中110kV控制侧母线电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

本实施例提供了一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：在新能源发电站的送出线路端并联静止型动态无功补偿装置SVG；

步骤S2：所述静止型动态无功补偿装置SVG根据系统调度员下发的控制模式，以及根据监视到的发电站内运行工况实时动态调节末端的无功输出，补偿线路传输无功功率和发电站内主变压器的无功损耗。

在本实施例中，所述控制模式包括恒电压控制、恒功率因数控制以及恒无功控制。

在本实施例中，步骤S2中，所述动态调节末端的无功输出具体包括：

通过电网电压矢量定向控制实现有功和无功的解耦控制；

通过控制i_q ^*的大小控制静止型动态无功补偿装置SVG工作在容性或者感性状态；

通过控制i_d和i_q的大小控制静止型动态无功补偿装置SVG传递的有功功率和无功功率的大小。

在本实施例中，所述新能源发电站为风力发电站。

在本实施例中，风力发电站的风机组并网正常运行时，风电机组出口的压降为：

$d=\frac{R_L{\mathrm{\ΔP}}_i+X_L{\mathrm{\ΔQ}}_i}{U_N^2}\×100\%;$

$d\≈\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_i}{s_{sc}}\×100\%$

R＝R_L+R_l+R_t；

X＝X_L+X_l+X_t；

其中，R_l与X_l分别为线路电阻和电抗，R_L与X_L分别为系统等值电阻和电抗，R_t与X_t分别为风电场内部的等值电阻和电抗，d为考察点处电压波动大小，ΔP_i表示负荷有功变化量，ΔQ_i表示负荷无功变化量，s_sc表示考察点在正常较小方式下的短路容量，U_N表示额定电压。

较佳的，如图2至图4所示，图2至图4为风电机组的并网示意图。其中E为电网电压相量，U为风电机组出口电压相量，R_L、X_L分别为系统等值电阻和电抗，R_l、X_l分别为线路电阻和电抗，R_t、X_t分别为风电场内部的等值电阻和电抗，I_a、I_r分别为线路上流动的有功电流和无功电流相量。一般而言，有功电流要远大于无功电流。以下公式中，设定R＝R_L+R_l+R_t，X＝X_L+X_l+X_t。

系统正常运行时，电压降落的横分量对电压幅值的影响小，化简后的公式如下：从上式可以看出，如果输电线路传输的无功功率变化较大，将引起末端电网电压的波动，同时也会引起送端电网电压的波动。本实施例通过在新能源发电站的送出线路端并联接入SVG的方式可以有效抑制上述问题。通过SVG的快速动态调节来补偿末端的无功功率，使得线路传输无功功率和站内主变压器无功损耗得以补偿，从而起到稳定接入点电压的作用。

其中，SVG控制原理如图5所示。图5中，U_dc表示直流侧电容电压，v_d、v_q表示电网电压的dq分量，i_a、i_b、i_c分别表示ABC相电流，i_d、i_q表示为SVG输出电流的dq分量。

在本实施例中，通过电网电压矢量定向控制可以方便地实现有功和无功的解耦控制；通过控制的大小则可以控制SVG运行在容性或感性状态；通过控制i_d与i_q可以控制SVG传递的有功与无功大小。

在本实施例中，SVG控制策略有恒电压控制、恒功率因数控制以及恒无功控制等。根据风电场值班员或者上级调度员下发的控制模式以及控制指令，SVG控制保护系统将自动解析指令信息，并根据监视到的站内运行工况实时调节无功输出以实现控制目标。风电场加装SVG设备，可以提升风电场LVRT能力。

其中，SVG控制策略表示如图6所示。图6中，P_M表示风电机组有功出力，Z(ω,t)表示第i台风机内抗等值函数，δ表示相位角，u_t表示机端电压，i_s表示SVG输出电流实际值，i_qref表示SVG输出电流参考值，u_T表示测量电压，u_REF表示参考电压，u_rc表示附加控制参考电压，

为验证本实施例所提出方法的可行性及应用效果，以下为相关算例的验证结果。算例中，SVG工作于恒定该风电场站内110kV高压侧电压模式，SVG通过10kV/35kV升压变后接入站内35kV低压侧母线。测试时，通过投切站内10MVAR的FC回路造成冲击效应来模拟电网电压异常，测试得到的录波如图7、图8、图9所示。

从图7至图9的测试波形可见，FC的投切使得110kV母线电压上升，运行于恒压模式的SVG快速实现无功控制，从容性4MVAR输出迅速调节至感性6MVAR输出，使得被控制侧母线电压得以快速稳定，整个暂态过程响应时间不超过30ms。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤S1：在新能源发电站的送出线路端并联静止型动态无功补偿装置SVG；

步骤S2：所述静止型动态无功补偿装置SVG根据系统调度员下发的控制模式，以及根据监视到的发电站内运行工况实时动态调节末端的无功输出，补偿线路传输无功功率和发电站内主变压器的无功损耗。

2.根据权利要求1所述的一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法，其特征在于：所述控制模式包括恒电压控制、恒功率因数控制以及恒无功控制。

3.根据权利要求1所述的一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法，其特征在于：步骤S2中，所述动态调节末端的无功输出具体包括：

通过电网电压矢量定向控制实现有功和无功的解耦控制；

通过控制i_q ^*的大小控制静止型动态无功补偿装置SVG工作在容性或者感性状态；

通过控制i_d和i_q的大小控制静止型动态无功补偿装置SVG传递的有功功率和无功功率的大小。

4.根据权利要求1所述的一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法，其特征在于：所述新能源发电站为风力发电站。

5.根据权利要求4所述的一种基于SVG设备的提高风电场低电压穿越能力的方法，其特征在于：风力发电站的风机组并网正常运行时，风电机组出口的压降为：

$d=\frac{R_L{\mathrm{\ΔP}}_i+X_L{\mathrm{\ΔQ}}_i}{U_N^2}\×100\%;$

$d\≈\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_i}{s_{sc}}\×100\%$

R＝R_L+R_l+R_t；

X＝X_L+X_l+X_t；

其中，R_l与X_l分别为线路电阻和电抗，R_L与X_L分别为系统等值电阻和电抗，R_t与X_t分别为风电场内部的等值电阻和电抗，d为考察点处电压波动大小，ΔP_i表示负荷有功变化量，ΔQ_i表示负荷无功变化量，s_sc表示考察点在正常较小方式下的短路容量，U_N表示额定电压。