CN107221956A - 一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置及方法，所述辅助装置并联在风电场的风电机组侧，包括控制器、至少两个投切器、以及与每个投切器对应串联的电抗器；所述控制器用于实时监测风电机组的并网点电压，当并网点电压升高至电压阈值时，根据并网点所需补偿的感性无功功率选择投切器投切电抗器，使并网点电压恢复至正常电压范围。能够在风力发电机并网点电压升高到1.1‑1.3倍以上额定电压时，使得风力发电机能够保持并网运行，直至并网点电压恢复。

Description

一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置及方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域的一种电压穿越装置及方法，具体涉及一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置及方法。
背景技术
在历次大规模的风机脱网事故中，多数因为电网扰动发生电压跌落，部分风机脱网，电网扰动消失后电压短时升高，又有部分风机脱网。目前风电机组低电压穿越能力越来越得到重视，相关部门纷纷出台相应标准；各风机厂家和其他科研机构、电气设备制造商也采取相应的技术措施和设备。但高电压穿越目前在国内没有引起足够的重视，仅在关于风电场的反事故措施中提高要求风电机组具备一定的高电压穿越能力。
发明内容
为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置及方法，能够在风力发电机并网点电压升高到1.1-1.3倍以上额定电压时，使得风力发电机能够保持并网运行，直至并网点电压恢复。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明提供一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置，其改进之处在于，所述辅助装置并联在风电场的风电机组侧，包括控制器、至少两个投切器、以及与每个投切器对应串联的电抗器；
所述控制器用于实时监测风电机组的并网点电压，当并网点电压升高至电压阈值时，根据并网点所需补偿的感性无功功率选择投切器投切电抗器，使并网点电压恢复至正常电压范围。
进一步地，所述至少两个投切器依次串联，每个投切器控制一个电抗器，所述电抗器的容量按几何数配置。
进一步地，所述几何数为2n个单位。
进一步地，所述控制器包括：
输入输出接口，用于采集并网点的三相电压和三相电流信号；
数字信号处理器，用于实时监测并网点的三相电压，当需要投切电抗器时，并用于驱动相应的投切器投切电抗器；和
通讯模块，用于与外部控制器或集中监控系统通讯。
进一步地，所述投切器用于接受控制器的投切信号，驱动晶闸管的通断控制电抗器组的投切。
进一步地，所述投切器包括：
可编程逻辑电路，用于接收控制器的投切信号，并向驱动电路发出投切指令；
驱动电路，用于根据可编程逻辑电路的投切指令，驱动晶闸管的通断；
晶闸管，用于根据晶闸管的通断，控制电抗器组的投切。
进一步地，所述数字信号处理器采用具有无功控制模块和异常保护模块的FPGA控制器实现；所述通讯模块采用PLC、Modbus、TCP/IP协议实现快速通讯，通讯延时小于0.2s。
进一步地，所述电压阈值为额定电压的1.1～1.3倍；所述正常电压范围为小于额定电压的1.1倍。
进一步地，所需补偿的感性无功功率为0.3～0.7倍风电场风机容量的电抗。
本发明还提供一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置的实现方法，其改进之处在于：
实时监测并网点电压；
当并网点电压升高至电压阈值时，根据所需补偿的感性无功功率控制投切器投切相应的电抗器组；
当并网点电压恢复至正常电压范围时，控制投切器投切电抗器组退出。
进一步地，所述电压阈值为额定电压的1.1～1.3倍；所述正常电压范围为小于额定电压的1.1倍。
进一步地，所需补偿的感性无功功率为0.3～0.7倍风电场风机容量的电抗。
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的有益效果是：
本发明的辅助风力发电机实现高电压穿越辅助装置，其中的控制器可以实时监测风电机组并网点电压，当并网电电压升高至额定电压的1.1～1.3倍之间，控制器可自动计算所需的投入的感性无功功率，根据计算结果快速投入电抗器组，并在并网点电压变化时切换所投入的电抗器组，稳定并网点电压，辅助风力发电机组实现高电压穿越。
采用晶闸管控制电抗器投切可以实现快速过零投切，一方面提高投切速度；另一方面消除电抗器投切的冲击性。
电抗器组采用角型接线方式，可以分相投切实现三相平衡控制；采用内角型控制可以降低晶闸管的耐压需求，降低成本和提高使用寿命。
附图说明
图1是本发明提供的风力发电机实现高电压穿越辅助装置的结构图；
图2是本发明提供的高电压穿越辅助装置一次接线原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
实施例一、
本发明提供一种风力发电机实现高电压穿越辅助装置，其结构图如图1所示，采用在风电场风机侧并联一个高电压穿越辅助装置，该装置由晶闸管、电抗器和控制器组成。控制器实时监测风电机组并网点电压，当并网电电压升高至额定电压的1.1～1.3倍之间，根据所需的投入的感性无功功率，视无功功率的大小快速投入电抗器组，并在并网点电压变化时切换所投入的电抗器组，稳定并网点电压，辅助风力发电机组实现高电压穿越。
控制器由输入输出接口、数字信号处理器和通讯模块组成。
输入输出接口用于采集并往的电压、电流信号；数字信号处理器用于实时监测并网点电压，当需要投切电抗器时，驱动相应的投切器去投切电抗器组；通讯模块用于和外部控制器或集中监控系统通讯。
投切器的主要功能是接受控制的投切信号，驱动晶闸管的通断来控制电抗器的投切。通讯模块采用PLC、Modbus、TCP/IP协议实现快速通讯，通讯延时小于0.2s。
投切器由晶闸管、驱动电路、风扇和可编程逻辑电路组成；所述风扇与可编程逻辑电路传输风扇控制交互信号；所述可编程逻辑电路控制驱动电路驱动晶闸管的通断。采用晶闸管控制电抗器投切可以实现快速过零投切，一方面提高投切速度；另一方面消除电抗器投切的冲击性。
一个控制器可以驱动多个投切器，每个电抗器的容量根据需要配置，一般按几何数配置，如1个单位，2个单位，4个单位，这样可以通过投切不同电抗器组可以实现投切精度不大于1个单位的无功。
所述辅助装置由三相组成，每相均由电抗器组和投切器串联组成，所述三相采用内角型接线方式，如图2所示，采用内角型接线方式可以分相投切实现三相平衡控制；采用内角型控制可以降低晶闸管的耐压需求，降低成本和提高使用寿命。
控制器采集并网点的电压电流信号，实时监测并网点的电压。当并网电压升高至额定电压的1.1～1.3倍时，计算所需投入的感性无功功率大小，视无功功率大小选择所需投切的电抗器组；并在并网点电压发生变化时切换所需投切的电抗器；当并网点电压恢复至正常水平时(1.1倍以下额定电压时)，退出所有投入的电抗器。所需投入的感性无功功率为0.3～0.7倍风电场风机容量的电抗。
实施例二、
本发明还提供一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置的实现方法，包括：
所述控制器实时监测并网点的电压；
当并网点电压升高至额定电压的N倍时，视所需投入的感性无功功率大小控制器驱动相应的投切器，投入电抗器组；
当并网点电压恢复至正常水平时，控制器驱动相应的投切器将投入的电抗器组退出。
所述N的取值为1.1～1.3；所述正常水平为1.1倍以下额定电压。所需投入的感性无功功率为0.3～0.7倍风电场风机容量的电抗。
本发明提供的一种辅助风力发电机实现高电压穿越功能的装置和方法，使得在风力发电机并网点电压升高到1.1-1.3倍以上额定电压的高电压穿越(HVRT)时，风力发电机能够保持并网运行，直至并网点电压恢复。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员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 (12)

1.一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置，其特征在于，所述辅助装置并联在风电场的风电机组侧，包括控制器、至少两个投切器、以及与每个投切器对应串联的电抗器；
所述控制器用于实时监测风电机组的并网点电压，当并网点电压升高至电压阈值时，根据并网点所需补偿的感性无功功率选择投切器投切电抗器，使并网点电压恢复至正常电压范围。
2.如权利要求1所述的风电机组高电压穿越辅助装置，其特征在于，所述至少两个投切器依次串联，每个投切器控制一个电抗器，所述电抗器的容量按几何数配置。
3.如权利要求2所述的风电机组高电压穿越辅助装置，其特征在于，所述几何数为2n个单位。
4.如权利要求1所述的风电机组高电压穿越辅助装置，其特征在于，所述控制器包括：
输入输出接口，用于采集并网点的三相电压和三相电流信号；
数字信号处理器，用于实时监测并网点的三相电压，当需要投切电抗器时，并用于驱动相应的投切器投切电抗器；和
通讯模块，用于与外部控制器或集中监控系统通讯。
5.如权利要求4所述的风电机组高电压穿越辅助装置，其特征在于，所述投切器用于接受控制器的投切信号，驱动晶闸管的通断控制电抗器组的投切。
6.如权利要求5所述的风电机组高电压穿越辅助装置，其特征在于，所述投切器包括：
可编程逻辑电路，用于接收控制器的投切信号，并向驱动电路发出投切指令；
驱动电路，用于根据可编程逻辑电路的投切指令，驱动晶闸管的通断；
晶闸管，用于根据晶闸管的通断，控制电抗器组的投切。
7.如权利要求4所述的风电机组高电压穿越辅助装置，其特征在于，所述数字信号处理器采用具有无功控制模块和异常保护模块的FPGA控制器实现；所述通讯模块采用PLC、Modbus、TCP/IP协议实现快速通讯，通讯延时小于0.2s。
8.如权利要求1所述的风电机组高电压穿越辅助装置，其特征在于，所述电压阈值为额定电压的1.1～1.3倍；所述正常电压范围为小于额定电压的1.1倍。
9.如权利要求1所述的风电机组高电压穿越辅助装置，其特征在于，所需补偿的感性无功功率为0.3～0.7倍风电场风机容量的电抗。
10.一种适应孤岛系统的风电机组高电压穿越辅助装置的实现方法，其特征在于：
实时监测并网点电压；
当并网点电压升高至电压阈值时，根据所需补偿的感性无功功率控制投切器投切相应的电抗器组；
当并网点电压恢复至正常电压范围时，控制投切器投切电抗器组退出。
11.如权利要求10所述的实现方法，其特征在于，所述电压阈值为额定电压的1.1～1.3倍；所述正常电压范围为小于额定电压的1.1倍。
12.如权利要求10所述的实现方法，其特征在于，所需补偿的感性无功功率为0.3～0.7倍风电场风机容量的电抗。
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