CN107508291A - 一种暂态电压协调控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种暂态电压协调控制方法及系统，包括：当检测到电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置均切换为无功功率输出模式；当检测到故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置启动暂态电压协调控制模式。本发明提供的技术方案采用电网电压恢复的风机与无功补偿动态电压协调控制技术，保证了经串补送出大规模风电基地的安全稳定运行。

Description

一种暂态电压协调控制方法及系统

技术领域

本发明涉及暂态电压控制领域，具体涉及一种暂态电压协调控制方法及系统。

背景技术

新能源发展迅猛，目前已成为重点利用的能源，但风/光资源分布不均，使得大容量、远距离新能源外送势在必行。风电采用大规模集中送出的方式接入高压电网，大规模风电远距离输送将成为风电消纳的主要形式，尤其是已经建立了多个百万千瓦级风电基地。大规模风电基地升压至500kV电压等级后，通过500kV交流输电线路接入电网，由于高压交流线路远距离输送风电时，会产生大量的无功损耗，为了缩短新能源发电接入电网的电气距离，采用串联电容补偿技术是一种十分经济有效的方法。

因此，部分风电基地外送线路安装了串补装置，补偿输电线路感抗，提高风电基地送出能力。但是，由于串补的接入，在风电基地故障穿越后的电压恢复过程中，极易出现过电压问题，导致风电机组高电压穿越失败，触发过电压保护，造成大规模风电离网问题。经串补送出大规模风电基地的风电机组和无功补偿装置的暂态电压协调控制问题成为需要解决的问题。

现有故障穿越过程中的无功电压控制技术为风电机组和无功补偿装置在故障期间提供动态无功支撑，以支持故障过程中和故障后的电压恢复。但是考虑到风电经串补送出，在电压恢复过程中随着电压升高串补输出的无功功率也会逐渐增大，同时风电机组和无功补偿装置也在发出大量无功功率，因此极易出现过电压问题，导致风电机组因过电压保护离网。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种暂态电压协调控制方法及系统。

本发明提供的技术方案是一种暂态电压协调控制方法，包括：

当检测到电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置均切换为无功功率输出模式；

当检测到故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置退出无功功率输出模式，启动暂态电压协调控制模式。

优选的，所述当检测到电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置均切换为无功功率输出模式，包括：

当检测到电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置检测到电压跌落，风电机组由正常运行模式进入动态无功支撑控制模式，完成无功功率输出模式的切换；

动态无功补偿装置由电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式，完成无功功率输出模式的切换。

优选的，所述当检测到故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置退出无功功率输出模式，启动暂态电压协调控制，包括：

故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置检测到电压恢复，退出无功功率输出模式；

当风电机组持续并网运行时，风电机组启动并网暂态电压协调控制；

当风电机组离网运行时，风电机组启动离网暂态电压协调控制。

优选的，当风电机组持续并网运行时，风电机组启动并网暂态电压协调控制，包括：

风电机组退出动态无功支撑模式，风电机组进入正常运行模式；动态无功补偿装置退出最大无功功率控制模式，切入电压控制模式。

优选的，当风电机组离网运行时，风电机组启动离网暂态电压协调控制，包括：

风电机组向动态无功补偿装置发出信号，动态无功补偿装置立即切入电压控制模式。

一种暂态电压协调控制系统，所述系统包括：

切换模块，用于电网发生故障，风电机组和动态无功补偿装置感知故障发生，切换为无功功率输出模式；

协调控制模块，用于故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置退出无功功率输出模式，启动暂态电压协调控制模式。

优选的，所述切换模块包括：风电机组切换子单元和动态无功补偿装置切换子单元；

所述风电机组切换子单元，用于当电网发生故障时，将风电机组由正常运行模式进入无功支撑控制模式；

所述动态无功补偿装置子单元，用于将电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式。

优选的，协调控制模块包括并网协调控制子模块和离网协调控制子模块；

所述并网协调控制子模块，用于当风电机组持续并网运行时，风电机组退出动态无功支撑模式，风电机组进入正常运行模式，并快速恢复有功功率；

所述离网协调控制子模块，用于当风电机组离网时，动态无功补偿装置退出最大无功功率控制模式，切入电压控制模式。

一种具有暂态电压协调控制功能的风电场，包括动态无功补偿装置和风电机组；

所述动态无功补偿装置和所述风电机组分别与风电场升压站主变压器的低压侧母线连接；

所述风电机组包括：第一控制系统和控制开关；

所述第一控制系统，用于当电网发生故障时，将所述风电机组由正常运行模式通过控制开关切换为无功支撑控制模式；当故障清除后，第一控制系统通过控制开关将风电机组由无功支撑控制模式，切换为暂态电压协调控制模式。

所述动态无功补偿装置包括第二控制系统和开关阀；

所述第二控制系统，用于当电网发生故障时，通过控制开关阀将电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式；当故障清除后，又通过控制开关阀将最大无功补偿模式切换为暂态电压协调控制模式。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的技术方案，在电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置均切换为无功功率输出模式，故障清除后，采用暂态电压协调控制技术，从而保证了经串补送出大规模风电基地的安全稳定运行；

本发明提供的技术方案，采用考虑电网电压恢复的风电机组与无功补偿动态电压协调控制技术，避免了由于风电机组和动态无功补偿装置控制策略无法及时切换、串补持续发出容性无功功率导致的过电压问题，实现经串补送出大规模风电基地的风电机组的故障穿越。

附图说明

图1为本发明的暂态电压协调控制方法流程图；

图2为本发明的暂态电压协调控制方法具体应用流程图；

图3为本发明的不同阻抗和电阻下的功率-电压曲线图；

图4为未考虑协调控制时的风电场并网点电压示意图；

图5为本发明的风电送出等值系统示意图；

图6为本发明的考虑协调控制时的风电场并网点电压示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

图3为风电场送出等值系统模型，Z＝R+jX是等值线路的阻抗，加装串补相当于减小了X。通过改变新能源送出系统的阻抗特性，可提高新能源并网系统的送出能力。

应用P-V曲线分析风电场送出系统的静态电压稳定性。图3为不同X/R下的PV曲线。横坐标P代表风电场注入有功功率，纵坐标V代表并网点电压，随着串补度提高，X/R值减小，风电接入电网的电压稳定裕度逐渐提高，说明改善了风电并网系统的电压稳定性，提高了风电场的可接入容量。

当系统发生故障时，风电机组进入动态无功支撑控制模式，动态无功补偿装置由电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式，将无功电流目标值设定为最大无功电流输出值，风电机组和动态无功补偿装置发出无功功率，支撑故障期间的电压。

故障清除后，电网电压恢复，可能出现电压骤升现象，且在电压恢复过程中，风电机组和动态无功补偿装置持续保持动态无功支撑控制模式，当电网电压恢复到0.9pu时，风电机组和动态无功补偿装置切换控制模式，但是由于风电机组动态无功支撑和动态无功补偿装置控制响应的延时特性，一般约30ms的动态响应延时，因此风电机组和动态无功补偿装置持续提供容性无功，同时由于串补的存在，可能导致电压过高，引起风电机组过电压保护。图5为未考虑风电机组和动态无功补偿装置暂态电压协调控制时的风电场并网点电压仿真曲线，风电场220kV母线高电压值约为1.18pu，会触发风电机组高电压保护。

本发明中采用考虑电网电压恢复的风电机组与无功补偿动态电压协调控制技术，解决经串补送出大规模风电基地在故障后电压恢复过程中可能出现的过电压问题。

具体实施例一：

本发明提出的一种暂态电压协调控制策略流程如图1和图2所示，所述方法包括以下步骤：

I、当检测到电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置切换控制模式；

在步骤I中，电网发生故障，风电机组和动态无功补偿装置检测故障发生，分别向控制装置发出信号，进行控制模式的切换。

电网故障期间，风电机组和动态无功补偿装置检测到电压跌落，风电机组和动态无功补偿装置分别向控制装置发出信号，进行控制模式的切换，控制装置接收到风电机组发出的信号，将风电机组由正常运行模式切换为动态无功支撑控制模式，控制装置接收到动态无功补偿装置发出的信号，将动态无功补偿装置由电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式，将无功电流目标值设定为最大无功电流输出值。

风电机组进入动态无功支撑控制模式，动态无功补偿装置切换为最大无功补偿模式，将无功电流目标值设定为最大无功电流输出值。风电机组和动态无功补偿装置持续发出容性无功功率，支撑故障期间的电网电压。

II、当检测到故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置启动暂态电压协调控制：

故障清除后，电压恢复，风电机组和动态无功补偿装置检测到电压恢复时，分别向控制装置发出信号，控制装置将风电机组和动态无功补偿装置切入考虑电压恢复的暂态电压协调控制模式。针对故障清除后，电网电压需要20-40ms恢复正常运行水平。

当风电机组持续并网运行时，控制装置将风电机组的动态无功支撑模式切换为正常运行模式，并快速恢复有功功率；控制装置将动态无功补偿装置的最大无功功率控制模式，切换为电压控制模式，且控制目标为故障前电压水平，考虑到风电机组和动态无功补偿装置需要30ms的响应时间，此阶段正好是电压恢复时间，故障清除时立即切换控制模式，可以保证在电网电压达到较高电压水平前，进入正常控制模式，从而避免风电机组和动态无功补偿装置持续发出容性无功功率而导致电网电压过高，避免因为电网电压过高引起风电机组过电压保护而离网。实现了大规模风电基地接入后的稳定运行。

当风电机组离网时，风电机组向控制装置发出信号，动态无功补偿装置立即切入电压控制模式，实现动态无功补偿装置的电压控制，避免持续的发出大量容性无功功率。实现电网电压稳定运行。

图4为未考虑协调控制时的风电场并网点电压示意图，而图6为采用考虑电协调控制时的风电场并网点电压示意图，风电场并网点电压仿真曲线。二者对比可以看出本专利提出的风电机组和动态无功补偿装置暂态电压协调控制策略可以有效解决过电压问题。实现大规模风电基地的可靠并网。

具体实施例二：

I、当检测到电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置切换控制模式：

电网故障期间，风电机组和动态无功补偿装置检测到电压跌落，风电机组和动态无功补偿装置分别进行切换控制模式。风电机组由正常运行模式切换为动态无功支撑控制模式，动态无功补偿装置由电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式，将无功电流目标值设定为最大无功电流输出值。风电机组和动态无功补偿装置持续发出容性无功功率，支撑故障期间的电网电压。

II、当检测到故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置启动暂态电压协调控制：

故障清除后，电压恢复，风电机组和动态无功补偿装置检测到电压恢复时，切入考虑电压恢复的暂态电压协调控制模式。针对故障清除后，电网电压需要20-40ms恢复正常运行水平。

当风电机组持续并网运行时，风电机组的动态无功支撑模式切换为正常运行模式，并快速恢复有功功率；动态无功补偿装置的最大无功功率控制模式，切换为电压控制模式，且控制目标为故障前电压水平，考虑到风电机组和动态无功补偿装置需要30ms的响应时间，此阶段正好是电压恢复时间，故障清除时立即切换控制模式，可以保证在电网电压达到较高电压水平前，进入正常控制模式，从而避免风电机组和动态无功补偿装置持续发出容性无功功率而导致电网电压过高，避免因为电网电压过高引起风电机组过电压保护而离网。实现了大规模风电基地接入后的稳定运行。

当风电机组离网时，风电机组向动态无功补偿装置发出信号，动态无功补偿装置立即切入电压控制模式，实现动态无功补偿装置的电压控制，避免持续的发出大量容性无功功率。实现电网电压稳定运行。

一种具有暂态电压协调控制功能的风电场，包括动态无功补偿装置和风电机组；

动态无功补偿装置和所述风电机组分别与风电场升压站主变压器的低压侧母线连接；

风电机组包括：第一控制系统和控制开关；

第一控制系统，用于当电网发生故障时，将风电机组由正常运行模式通过控制开关切换为无功支撑控制模式；当故障清除后，第一控制系统通过控制开关将风电机组由无功支撑控制模式，切换为暂态电压协调控制模式。

动态无功补偿装置包括第二控制系统和开关阀；

第二控制系统，用于当电网发生故障时，通过控制开关阀将电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式；当故障清除后，又通过控制开关阀将最大无功补偿模式切换为暂态电压协调控制模式。

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。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种暂态电压协调控制方法，其特征在于，包括：

当检测到电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置均切换为无功功率输出模式；

当检测到故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置启动暂态电压协调控制模式。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当检测到电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置均切换为无功功率输出模式，包括：

当检测到电网发生故障时，风电机组和动态无功补偿装置检测到电压跌落，风电机组由正常运行模式进入动态无功支撑控制模式，完成无功功率输出模式的切换；

动态无功补偿装置由电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式，完成无功功率输出模式的切换。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当检测到故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置退出无功功率输出模式，启动暂态电压协调控制，包括：

故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置检测到电压恢复，退出无功功率输出模式；

当风电机组持续并网运行时，风电机组启动并网暂态电压协调控制；

当风电机组离网运行时，风电机组启动离网暂态电压协调控制。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当风电机组持续并网运行时，风电机组启动并网暂态电压协调控制，包括：

风电机组退出动态无功支撑模式，风电机组进入正常运行模式；动态无功补偿装置退出最大无功功率控制模式，切入电压控制模式。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，当风电机组离网运行时，风电机组启动离网暂态电压协调控制，包括：

所述风电机组向动态无功补偿装置发出信号，动态无功补偿装置立即切入电压控制模式。

6.一种暂态电压协调控制系统，其特征在于，所述系统包括：

切换模块，用于电网发生故障，风电机组和动态无功补偿装置感知故障发生，切换为无功功率输出模式；

协调控制模块，用于故障清除后，风电机组和动态无功补偿装置退出无功功率输出模式，启动暂态电压协调控制模式。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述切换模块包括：风电机组切换子单元和动态无功补偿装置切换子单元；

所述风电机组切换子单元，用于当电网发生故障时，将风电机组由正常运行模式进入无功支撑控制模式；

所述动态无功补偿装置子单元，用于将电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式。

8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，协调控制模块包括并网协调控制子模块和离网协调控制子模块；

所述并网协调控制子模块，用于当风电机组持续并网运行时，风电机组退出动态无功支撑模式，风电机组进入正常运行模式，并快速恢复有功功率；

所述离网协调控制子模块，用于当风电机组离网时，动态无功补偿装置退出最大无功功率控制模式，切入电压控制模式。

9.一种具有暂态电压协调控制功能的风电场，其特征在于，包括动态无功补偿装置和风电机组；

所述动态无功补偿装置和所述风电机组分别与风电场升压站主变压器的低压侧母线连接；

所述风电机组包括：第一控制系统和控制开关；

所述第一控制系统，用于当电网发生故障时，将所述风电机组由正常运行模式通过控制开关切换为无功支撑控制模式；当故障清除后，第一控制系统通过控制开关将风电机组由无功支撑控制模式，切换为暂态电压协调控制模式。

所述动态无功补偿装置包括第二控制系统和开关阀；

所述第二控制系统，用于当电网发生故障时，通过控制开关阀将电压跟踪补偿模式切换为最大无功补偿模式；当故障清除后，又通过控制开关阀将最大无功补偿模式切换为暂态电压协调控制模式。