CN106549410A - 一种促进风电低电压消纳的方法 - Google Patents

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李甜甜
刘永民
田春筝
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杨萌
李文峰
刘军会
金曼
李宗�
宋大为
尹硕
马任远
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Abstract

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种促进风电低电压消纳的方法。该方法包括建立双馈风电机组的低压消纳功能模型；根据所述低压消纳功能模型仿真分析风电场外部系统发生短路对双馈风电机组端电压的影响；根据仿真结果确定所述双馈风电机组低压消纳能力的低电压限值要求；根据所述低电压限值要求，在所述双馈风电机组风电场出口升压变压器的低压侧加入串联制动电阻进行仿真，以提高双馈风电机组的端电压；提高了风电场的低电压消纳能力，从而可以节省一定的工程投资，在一定程度上降低风电上网电价，促进风力发电的发展。

Description

一种促进风电低电压消纳的方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种促进风电低电压消纳的方法。
背景技术
目前，在我国新兴产业发展政策的鼓励下，风能和太阳能发电技术发展迅速，特别是风电装机容量在电力系统中所占的比例越来越高，所以风电场的运行对统稳定性的影响越来越受到人们的重视，并对风电并网提出了具体的要求，其中风电机组的低电压消纳能力就是其中一项。
通常，若电网出现故障风机就实施被动式自我保护而立即解列，在风力发电的电网穿透率(即风力发电占电网的比重)较低时是可以接受的。然而，当风电在电网中占有较大比重时，若风机在电压跌落时仍采取被动的保护式解列，则会增加整个系统的故障恢复难度，甚至可能加剧故障，最终导致系统其它机组全部解列，因此必须采取有效的消纳控制措施，以维护风场电网的稳定。
因此，针对以上不足，需要提供一种促进风电低电压消纳的方法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种促进风电低电压消纳的方法以提高双馈风电机组的端电压而促进风电低电压消纳能力。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种促进风电低电压消纳的方法，包括以下步骤：
S1、建立双馈风电机组的低压消纳功能模型；
S2、根据所述低压消纳功能模型仿真分析风电场外部系统发生短路对双馈风电机组端电压的影响；
S3、根据仿真结果确定所述双馈风电机组低压消纳能力的低电压限值要求；
S4、根据所述低电压限值要求，在所述双馈风电机组风电场出口升压变压器的低压侧加入串联制动电阻进行仿真，以提高双馈风电机组的端电压。
其中，在步骤S1中，在电力系统仿真分析软件中建立双馈风电机组的低压消纳功能模型。
其中，在步骤S1中，所述双馈风电机组的双馈感应电机定子绕组通过变压器与电网相连，其转子绕组通过背靠背式的变流器与电网相连。
其中，所述双馈风电机组为额定功率为1.5MW的双馈变速风电机组，其定子出口电压为690V。
其中，所述变流器与一个转子撬棒电路连接。
其中，步骤S2中，仿真在风电场刚开始并网发电时风电场外部系统各条母线分别发生三相短路的情况下的所述双馈风电机组端电压值。
其中，步骤S2中，还包括仿真在风电场处于满发状态时风电场外部系统各条母线发生三相短路的情况下的所述双馈风电机组端电压值。
其中，所述串联制动电阻包括电阻器、旁路开关和控制器，所述电阻器串联于所述双馈风电机组风电场出口升压变压器的低压侧，所述旁路开关与所述电阻器并联，且与控制器连接。
其中，所述电阻器的标幺值为0.5pu。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的促进风电低电压消纳的方法中，通过在电力系统仿真分析软件中对一确定地区的电网进行风电接入仿真，研究风电场外部系统故障，特别是发生短路的情况对风电机组端电压的影响，然后根据不同接入方式下仿真结果给出风电机组低电压消纳能力的低电压限值要求，最后根据低电压限值要求在风电场出口处加入串联制动电阻进行仿真，可提高双馈风电机组的端电压，即提高了风电场的低电压消纳能力，从而可以节省一定的工程投资，在一定程度上降低风电上网电价，促进风力发电的发展。
附图说明
图1是本发明实施例促进风电低电压消纳的方法中转子撬棒电路的连接关系原理图；
图2是本发明实施例促进风电低电压消纳的方法中串联制动电阻的连接关系原理图。
图中，1：双馈感应电机；2：转子撬棒电路；3：电阻器；4：旁路开关。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明提供的一种促进风电低电压消纳的方法包括以下步骤：
S1、在电力系统仿真分析软件中建立双馈风电机组的低压消纳功能模型；
S2、根据所述低压消纳功能模型仿真分析风电场外部系统发生短路对双馈风电机组端电压的影响；
S3、根据仿真结果确定所述双馈风电机组低压消纳能力的低电压限值要求；
S4、根据所述低电压限值要求，在所述双馈风电机组风电场出口升压变压器的低压侧加入串联制动电阻进行仿真，以提高双馈风电机组的端电压。
上述实施例中，通过在电力系统仿真分析软件中对我国一确定地区的电网进行风电接入仿真，研究风电场外部系统故障，特别是发生短路的情况对风电机组端电压的影响，然后根据不同接入方式下仿真结果给出风电机组低电压消纳能力的低电压限值要求，最后根据低电压限值要求在风电场出口处加入串联制动电阻进行仿真，可提高双馈风电机组的端电压，即提高了风电场的低电压消纳能力，从而可以节省一定的工程投资，在一定程度上降低风电上网电价，促进风力发电的发展。其中，所述双馈风电机组包括多个并联的风电机组单元。
具体地，在步骤S1中，所述双馈风电机组的双馈感应电机定子绕组通过变压器与电网相连，其转子绕组通过背靠背式的变流器与电网相连；采用双馈感应发电机的变速风电机组可以通过定子和转子与系统进行功率交换，而一般情况下转子与系统之间不交换无功功率。如果双馈电机运行在次同步转速，则转子吸收有功功率，此时一部分定子功率进入到转子回路；相反，如果双馈电机运行在超同步转速，转子也输出有功功率，此时定子和转子同时向系统提供功率输出；其中，所述双馈风电机组为额定功率为1.5MW的双馈变速风电机组，其定子出口电压为690V。
对于不同类型的风电机组，其低电压消纳功能的实现原理也不同。在外部系统发生短路故障时，双馈电机定子电流增加，定子电压和磁通突降，在转子侧感应出高电流，其幅值可以达到额定电流值的2到3倍。如果不能有效地抑制这种暂态电流，则与转子相连的变流器就会因为过电流而退出运行，从而风力发电机无法控制励磁电流而失去对电磁转矩的控制，风力发电机的转速会在短时间内快速加大，当转速达到一定极限值时风力发电机组就会退出运行，这对电网的稳定运行将产生不利影响。因此，可以在原有的变流器中增加一个转子撬棒电路，也就是说，如图1所示，在双馈感应电机与变流器之间设置一个转子撬棒电路，用来限制转子过电流和直流过电压，以免对转子侧变流器造成损坏。
进一步地，步骤S2中，仿真在风电场刚开始并网发电时风电场外部系统各条母线分别发生三相短路的情况下，所述双馈风电机组端电压值；步骤S2中，还包括仿真在风电场处于满发状态时风电场外部系统各条母线发生三相短路的情况下，所述双馈风电机组端电压值。
一般地，在仿真过程中考虑以下两种情况：第一种情况为风电场刚开始并网发电时外部系统各条母线分别发生三相短路故障；第二种情况为风电场处于满发状态即所有风电机组都在额定运行时外部系统各条母线发生三相短路故障；而风电场的其他运行状况都会介于这两种情况之间，因此外部系统故障对风电场的影响也介于这两种情况之间。
当仿真结果对风电机组的低电压消纳能力要求很高时，就会增加风电机组的成本，从而增加投资成本，对风电的上网电价产生不利影响；所以为了提高风电机组的电压消纳能力，可以在风电场出口升压变压器的低压侧加入串联制动电阻；一般地，如2所示，前文所述串联制动电阻包括电阻器、旁路开关和控制器，所述电阻器串联于所述双馈风电机组风电场出口升压变压器的低压侧，所述旁路开关与所述电阻器并联，且与控制器连接。
在正常运行条件下旁路开关处于闭合状态，将电阻短接，故障情况下旁路开关断开，使电阻器接入回路中，吸收一部分有功功率，减小风力发电机组的机械功率与电磁功率的不平衡，另外一方面利用短路时很大的短路电流在制动电阻上产生的压降来提升机端电压。
具体地，所述电阻器的标幺值为0.3-0.6pu，优选为0.5pu。串联电阻大小的选择是个难点，如果电阻选取过大，风电场接入线路的功率传输极限受到限制；如果选的过小，则对机端电压的提升不明显，很难满足风电机组LVRT能力的要求，本发明串联电阻器标幺值为0.3-0.6pu，为经过仿真测试获取的合适值。
综上所述，本发明提供的中，通过在电力系统仿真分析软件中对一确定地区的电网进行风电接入仿真，研究风电场外部系统故障，特别是发生短路的情况对风电机组端电压的影响，然后根据不同接入方式下仿真结果给出风电机组低电压消纳能力的低电压限值要求，最后根据低电压限值要求在风电场出口处加入串联制动电阻进行仿真，可提高双馈风电机组的端电压，即提高了风电场的低电压消纳能力，从而可以节省一定的工程投资，在一定程度上降低风电上网电价，促进风力发电的发展。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种促进风电低电压消纳的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、建立双馈风电机组的低压消纳功能模型；
S2、根据所述低压消纳功能模型仿真分析风电场外部系统发生短路对双馈风电机组端电压的影响；
S3、根据仿真结果确定所述双馈风电机组低压消纳能力的低电压限值要求；
S4、根据所述低电压限值要求，在所述双馈风电机组风电场出口升压变压器的低压侧加入串联制动电阻进行仿真，以提高双馈风电机组的端电压。
2.根据权利要求1所述的促进风电低电压消纳的方法，其特征在于：在步骤S1中，在电力系统仿真分析软件中建立双馈风电机组的低压消纳功能模型。
3.根据权利要求2所述的促进风电低电压消纳的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述双馈风电机组的双馈感应电机定子绕组通过变压器与电网相连，其转子绕组通过背靠背式的变流器与电网相连。
4.根据权利要求3所述的促进风电低电压消纳的方法，其特征在于：所述双馈风电机组为额定功率为1.5MW的双馈变速风电机组，其定子出口电压为690V。
5.根据权利要求3所述的促进风电低电压消纳的方法，其特征在于：所述变流器与一个转子撬棒电路连接。
6.根据权利要求1所述的促进风电低电压消纳的方法，其特征在于：步骤S2中，仿真在风电场刚开始并网发电时风电场外部系统各条母线分别发生三相短路的情况下的所述双馈风电机组端电压值。
7.根据权利要求6所述的促进风电低电压消纳的方法，其特征在于：步骤S2中，还包括仿真在风电场处于满发状态时风电场外部系统各条母线发生三相短路的情况下的所述双馈风电机组端电压值。
8.根据权利要求1所述的促进风电低电压消纳的方法，其特征在于：所述串联制动电阻包括电阻器、旁路开关和控制器，所述电阻器串联于所述双馈风电机组风电场出口升压变压器的低压侧，所述旁路开关与所述电阻器并联，且与控制器连接。
9.根据权利要求8所述的促进风电低电压消纳的方法，其特征在于：所述电阻器的标幺值为0.5pu。
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