CN108206535B - 风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法和装置，其中，该方法包括：在检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值；若确定风力发电机组进入低电压穿越模式，则根据无功电流的电流值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值。从而根据电压故障发生前一时刻单台风机发出的无功电流的电流值，去调整低电压穿越的过程中向电网发送的容性无功电流的电流值，进而可以在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输出更加适合的容性无功电流，更好地帮助电网电压恢复，提升永磁直驱式机组的并网友好性，尤其是电压小范围波动较大的弱电网。

Description

风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法和装置

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法和装置。

背景技术

随着新能源技术的发展，风能已经成为新能源的重要技术，风力发电机机组是采集风能，将风能转换为电能的重要工具。风力发电机机组的运行过程中，会出现低电压穿越的过程。

现有技术中，风力发电机机组进入低电压穿越模式后，根据电网额定电压、电网电压正序分量的实时检测值、额定电流，确定出需要向电网发送的容性无功电流。

但是，而一些电网较弱的国家，如南非等，电网存在某些特殊的状况，例如电网输送距离较长，负荷较低，电网波动频繁等等。根据现有技术的控制方法，发生低电压穿越故障时，风力发电机机组只根据当前风机端口电压的跌落值向电网发送容性无功电流，这样导致发送的无功电流不能实时跟随电网的状态变化。

图1为现有技术中使用某永磁直驱风力发电机组的风电场在PowerFactoryDigSILENT软件平台上的低电压穿越仿真结果，如图1所示，纵坐标为风电场并网点电压，横坐标为并网点在低电压穿越期间及低电压穿越前一时刻发出的无功电流差值的标幺值，两条曲线为目标曲线，两条曲线之间的区域为可允许范围，5个△形状的点分别代表在并网点电压1pu、功率因数为1时发生85％、70％、50％、20％、0％低电压穿越时风电场发出无功电流差值的仿真结果，5个×形状的点分别代表在并网点电压1.1pu、功率因数为0.95容性时发生各电压等级的低电压穿越时风场发出无功电流差值的仿真结果，5个*形状的点分别代表在并网点电压1.1pu，功率因数为1时发生各电压等级的低电压穿越时风场发出无功电流差值的仿真结果。标准规定所有工况的仿真结果点都需要落在两条曲线内。从图1中可以看出，使用现有技术的控制方法进行的模型仿真结果未满足要求，由于风力发电机组只根据风机端口电压的跌落值发送容性无功电流，由于电网波动频繁，因此结果未能满足要求，有4个点落在了允许范围之外。

因此，亟需一种向电网提供准确的容性无功电流的控制方法，尤其是针对在电压波动较频繁的弱电网环境下提供准确的容性无功电流。

发明内容

本发明提供一种风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法和装置，用以解决现有技术中无法向电网提供准确的容性无功电流，尤其是在电压波动较频繁的弱电网环境下容性无功电流更为不准确的问题。

本发明的一方面是提供一种风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法，包括：

在检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值；

确定所述风力发电机组是否进入低电压穿越模式；

若确定所述风力发电机组进入低电压穿越模式，则根据所述无功电流的电流值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值。

本发明的另一方面是提供一种风力发电机组低电压穿越的无功电流控制装置，包括：

获取模块，用于在检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值；

判断模块，用于确定所述风力发电机组是否进入低电压穿越模式；

确定模块，用于若确定所述风力发电机组进入低电压穿越模式，则根据所述无功电流的电流值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值。

本发明的实施例提供出一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越控制策略，即一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越期间无功支撑策略，考虑到了电压故障发生前一时刻风电场发出的无功电流，根据电压故障发生前一时刻风电场发出的无功电流的电流值，去调整低电压穿越的过程中单台风力发电机组向电网发送的容性无功电流的电流值，可以准确确定出在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输送的容性无功电流的电流值，进而可以跟随电网波动，在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输出更加适合的容性无功电流，更好地帮助电网电压恢复，提升永磁直驱式机组的并网友好性，尤其是电压小范围波动较大的弱电网。

附图说明

图1为现有技术中使用某永磁直驱风力发电机组的风电场在PowerFactoryDigSILENT软件平台上的低电压穿越仿真结果总结；

图2为本发明实施例一提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法中进行低电压穿越时，单台风机需要提供的无功电流控制方法的流程图；

图3为本发明实施例二提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法的流程图；

图4为采用本发明实施例二提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法使用某永磁直驱风力发电机组的风电场在PowerFactory DigSILENT软件平台上的低电压穿越仿真结果；

图5为本发明实施例三提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制装置的结构示意图；

图6为本发明实施例四提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例一提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法中进行低电压穿越时，单台风机需要提供的无功电流控制方法的流程图，如图2所示，本实施例的方法，包括：

步骤101、在检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取前一时刻单台风力发电机组发出的无功电流的电流值。

在本实施例中，具体的，可以去获取风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值，当风力发电机组检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，此时，风力发电机机组即将要发生低电压穿越故障，此时需要记录前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值i_(pre_hold)。

其中，风力发电机组端口是指单台风机变流器连接至风场内部汇集线路的接口，例如，风力发电机组变流器连接风场内部汇集线路的端口。

步骤102、确定风力发电机组是否进入低电压穿越模式。

在本实施例中，具体的，风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值之后，风力发电机组是否进入到低电压穿越模式。

步骤103、若确定风力发电机组进入低电压穿越模式，则根据无功电流的电流值，确定单台风力发电机组当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值。

在本实施例中，具体的，若风力发电机组根据电网电压确定了风力发电机组进入到了低电压穿越模式，风力发电机组就可以根据低电压穿越故障发生的前一时刻下风力发电机组发出的无功电流的电流值i_(pre_hold)，计算出需要向电网发送的待发送的容性无功电流的电流值i_q。

本实施例通过提供出一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越控制策略，即一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越期间无功支撑策略，考虑到了电压故障发生前一时刻风电场发出的无功电流，根据电压故障发生前一时刻风电场发出的无功电流的电流值，去调整低电压穿越的过程中向电网发送的容性无功电流的电流值，可以确定出在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输送的容性无功电流的电流值，进而可以在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输出更加适合的容性无功电流，更好地帮助电网电压恢复，提升永磁直驱式机组的并网友好性，尤其是电压小范围波动较大的弱电网。

图3为本发明实施例二提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法的流程图，在实施例一的基础上，如图3所示，本实施例的方法，步骤103，具体包括：

获取风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值；

根据无功电流的电流值、电网电压正序分量的实时检测值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值。

其中，当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值为i_q＝i_(pre_hold)+x×(U_n-U_pos)/U_n×I_n；i_(pre_hold)为前一时刻某一台风力发电机组发出的无功电流的的电流值，U_pos为电网电压正序分量的实时检测值，U_n为电网额定电压，I_n为所述风力发电机组的额定电流，其中x为调节参数。当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值的最大值小于等于1pu。在本实施例中，具体的，风力发电机组首先检测获取到的风力发电机组端口电网电压正序分量的实时检测值U_pos，并与参考值对比判断，若风力发电机组根据电网电压确定了风力发电机组进入到了低电压穿越模式，此时风力发电机组已经获取到了风力发电机组端口电网电压正序分量的实时检测值U_pos；然后，风力发电机组根据低电压穿越故障发生的前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值i_(pre_hold)，以及获取到的风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值U_pos，确定出当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值i_q＝i_(pre_hold)+x×(U_n-U_pos)/U_n×I_n，其中，U_n为电网额定电压，I_n为风力发电机组的额定电流，x为调节参数，x可以取值为2或者1.5。

并且，在风力发电机组检测到风力发电机组进入低电压穿越模式时，当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值i_q的最大值小于等于1pu。

需要说明的是，x的数值大小可以根据当地电网的实际情况设定。与现有技术不同的是，本发明实施例提供的容性无功电流值的确定方法，一是可以跟踪前一时刻容性无功电流的数值，二是提供根据某地区电网特性可调节的无功电流值确定方法。

现有技术中通常测试风场并网点的电压，根据并网点实时电压与电网调度电压的差值，采用SVC(Static Var Compensator，静态无功补偿装置)或者SVG(Static VarGenerator，静态无功发生器)计算整个风场需要发出的无功功率，然后再分配每台风机和SVC/SVG分别需要提供的无功电流。由于这种无功电流分配方式需要由SVC/SVG完成，需要处理整场的数据，计算过程有一定的滞后。这样在电网波动频繁的特定地区不能确定适应电网状态的准确的容性无功电流。本发明的实施例从软件控制的策略上直接计算单个风机端口需要提供的无功电流。

在步骤103之后，还包括：

步骤201、依据当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值，单台风机向电网发送容性无功电流。

在本实施例中，具体的，在计算出了当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值i_q之后，单台风机就可以将具有该当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值i_q的容性无功电流，发送给电网。

从而提供了一种优化后的用于单台风力发电机组的低电压穿越控制算法，使用优化后的低电压穿越控制算法之后，风力发电机组在发生低电压穿越故障时，可以根据故障发生前一时刻所发出的无功电流的电流值i_(pre_hold)和风力发电机组端口电压跌落值U_pos，向电网发容性无功电流，可以考虑低电压故障前电网电压的状态和风力发电机组的无功输出状态，从而在故障期间向电网输出更加适合的容性无功电流，更好地帮助电网电压恢复，提升永磁直驱式机组在一些特殊需求地区的并网友好性，尤其是电压小范围波动较大的弱电网。

使用优化后的低电压穿越控制算法进行仿真，仿真结果总结如下图，图4为采用本发明实施例二提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法使用某永磁直驱风力发电机组的风电场在PowerFactory DigSILENT软件平台上的低电压穿越仿真结果总结，如图4所示，各个工况结果基本均能按要求落在允许范围内。

此外，由于海外风场的标准一般考察整个风电场的并网点，要求并网点记忆低穿期间的无功电流。然而风场级的无功控制器响应时间一般为秒级，而故障发生时需要极快的毫秒级的相应，因此现有的SVC/SVG设备无法做到这一点。因此本发明的实施例对单机变流器在低电压穿越期间的控制策略进行优化。

本实施例通过在检测到与风力发电机端口电网电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值；确定风力发电机组是否进入低电压穿越模式；若确定风力发电机组进入低电压穿越模式，则获取风力发电机组端口电网电压正序分量的实时检测值；根据无功电流的电流值、风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值。从而提供出一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越控制策略，即一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越期间无功支撑策略，考虑到了电压故障发生前一时刻风电场发出的无功电流，根据电压故障发生前一时刻风电场发出的无功电流的电流值，去调整低电压穿越的过程中向电网发送的容性无功电流的电流值，可以确定出在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输送的容性无功电流的电流值，进而可以在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输出更加适合的容性无功电流，更好地帮助电网电压恢复，提升永磁直驱式机组的并网友好性，尤其是电压小范围波动较大的弱电网。

图5为本发明实施例三提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制装置的结构示意图，如图5所示，本实施例的装置，包括：

获取模块31，用于在检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值；

判断模块32，用于确定风力发电机组是否进入低电压穿越模式；

确定模块33，用于若确定风力发电机组进入低电压穿越模式，则根据无功电流的电流值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值。

本实施例提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制装置可执行本发明实施例一提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法，其实现原理相类似，此处不再赘述。

本实施例通过在检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值；确定风力发电机组是否进入低电压穿越模式；若确定风力发电机组进入低电压穿越模式，则根据无功电流的电流值，确定单台风机向电网发送的容性无功电流的电流值。从而提供出一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越控制策略，即一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越期间无功支撑策略，考虑到了电压故障发生前一时刻风电场发出的无功电流，根据电压故障发生前一时刻风电场发出的无功电流的电流值，去调整低电压穿越的过程中向电网发送的容性无功电流的电流值，可以确定出在风力发电机组单机在低电压穿越期间向电网输送的容性无功电流的电流值，进而可以在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输出更加适合的容性无功电流，更好地帮助电网电压恢复，提升永磁直驱式机组的并网友好性，尤其是电压小范围波动较大的弱电网。

图6为本发明实施例四提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制装置的结构示意图，在实施例三的基础上，如图6所示，本实施例的装置，确定模块33，具体用于：

获取风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值；

根据所述无功电流的电流值、所述电网电压正序分量的实时检测值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值。

其中，当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值为i_q＝i_(pre_hold)+x×(U_n-U_pos)/U_n×I_n；i_(pre_hold)为无功电流的电流值，U_pos为电压正序分量的实时检测值，U_n为电网额定电压，I_n为风力发电机组的电网额定电流，x为调节参数。

当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值的最大值小于等于1pu。

该装置，还包括：

发送模块41，用于在确定模块33确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值之后，依据当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值向电网发送容性无功电流。

本实施例提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制装置可执行本发明实施例二提供的风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法，其实现原理相类似，此处不再赘述。

本实施例通过在检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取当前时刻下风力发电机组发出的无功电流的电流值；确定风力发电机组是否进入低电压穿越模式；若确定风力发电机组进入低电压穿越模式，则获取单台风机端口电压正序分量的实时检测值；根据无功电流的电流值、电压正序分量的实时检测值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值之后。从而提供出一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越控制策略，即一种优化永磁直驱风力发电机组低电压穿越期间无功支撑策略，考虑到了电压故障发生前一时刻风机发出的无功电流，根据电压故障发生前一时刻风机发出的无功电流的电流值，去调整低电压穿越的过程中向电网发送的容性无功电流的电流值，可以确定出在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输送的容性无功电流的电流值，进而可以在风力发电机组的低电压穿越期间向电网输出更加适合的容性无功电流，更好地帮助电网电压恢复，提升永磁直驱式机组的并网友好性，尤其是电压小范围波动较大的弱电网。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种弱电网环境下风力发电机组低电压穿越的无功电流控制方法，其特征在于，包括：

在检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值；

确定所述风力发电机组是否进入低电压穿越模式；

若确定所述风力发电机组进入低电压穿越模式，则根据所述无功电流的电流值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值；

其中，所述根据所述无功电流的电流值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值，包括：

获取风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值；

根据所述前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值、所述风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值，确定当前时刻向电网发送的根据某地区电网特性可调节的容性无功电流的电流值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值的步骤之后，还包括：

依据当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值向电网发送容性无功电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值为i_q＝i_(pre_hold)+x×(U_n-U_pos)/U_n×I_n；

其中，i_(pre_hold)为前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值，U_pos为所述风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值，U_n为电网额定电压，I_n为所述风力发电机组的额定电流，x为调节参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值的最大值小于等于1pu。

5.一种弱电网环境下风力发电机组低电压穿越的无功电流控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于在检测到风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值跌落至参考值时，获取前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值；

判断模块，用于确定所述风力发电机组是否进入低电压穿越模式；

确定模块，用于若确定所述风力发电机组进入低电压穿越模式，则根据所述无功电流的电流值，确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值；

其中，所述确定模块，具体用于：

获取风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值；

根据所述前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值、所述风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值，确定当前时刻向电网发送的根据某地区电网特性可调节的容性无功电流的电流值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

发送模块，用于在所述确定模块确定当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值之后，依据当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值向电网发送容性无功电流。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值为i_q＝i_(pre_hold)+x×(U_n-U_pos)/U_n×I_n；

其中，i_(pre_hold)为前一时刻风力发电机组发出的无功电流的电流值，U_pos为所述风力发电机组端口电压正序分量的实时检测值，U_n为电网额定电压，I_n为所述风力发电机组的额定电流，x为调节参数。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述当前时刻向电网发送的容性无功电流的电流值的最大值小于等于1pu。

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