CN109842144A - 一种解决风电机组高电压穿越的联合控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种解决风电机组高电压穿越的联合控制方法及系统，该法包括：实时监测风力发电机组端口电压；根据风力发电机组端口电压，快速控制风电场主变压器低压侧的静止型无功发生器SVG、低压电抗器系统和风力发电机组变流器从而抑制风电机组端口的高电压。本发明提供的针对由于电网扰动故障引起风电机组端口电压骤升进而造成大规模风电机组脱网问题的技术方案，能在电网发生扰动事故过程中有效降低风电机组的端口电压，防止了风电场大面积脱网。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，具体涉及一种解决风电机组高电压穿越的联合控制方法及系统。
背景技术
大规模远距离输电是解决大型清洁能源消纳和防治大气污染的重要举措，但是大规模清洁能源发电的自身特点也给电网的安全稳定运行带来了一系列的挑战，如清洁能源发电机组的高低压穿越问题，尤其是近年来风电机组的高压穿越问题难以解决给电网安全及新能源送出带来了较大制约。
随着以双馈感应电动机(DFIG)为主流机型的风电机组单机容量的不断增大和总装机容量在电网中所占比例的快速提高，世界各国纷纷出台风电并网导则，对并网风电机组的稳定性、可靠性提出了日益严格的要求。其中难度较大、技术要求相对较高的当属电网电压跌落或骤升故障下的故障穿越运行(Fault Ride-Through，FRT)。
与技术相对成熟的LVRT不同，目前针对电网电压骤升故障下风电机组的运行与控制研究及工程实践还比较少。风电大规模脱网事故的相关研究表明，电网发生的电压故障在故障消除后的电压恢复阶段，风电场并网接入的高压线路可能发生过电压，风场负载的突降、大容量电容补偿器的投入也会引起电网电压的骤升，并随即引起风电场脱网。
新能源开发发展快速，但新能源大多分布在距离负荷中心较远的地区，将大规模新能源送出大部分采用常规高压或特高压直流(LCC-HVDC)集中送出。但是由于LCC-HVDC存在换相失败问题，而且由于直流输电距离远、跨越地域比较广，换相失败时有发生，在换相失败期间，交流电网将产生大量的无功盈余，交流母线电压骤升，最高有可能达到1.3pu，送端交流电网风机会发生大面积脱网，当直流换相恢复后直流功率将恢复运行，送端电网功率不平衡，系统频率将大幅跌落，由此可能会损失大量负荷，对电网安全运行造成很大影响。
目前还尚没有提出针对由于电网扰动故障(包括交流故障和直流故障)引起风电机组端口电压骤升进而造成大规模风电机组脱网问题的有效工程解决方案，导致新能源发电无法有效消纳、交直流输电通道能力受限。
发明内容
针对由于电网扰动故障引起风电机组端口电压骤升进而造成大规模风电机组脱网问题，本发明提供一种解决风电机组高电压穿越的联合控制方法及系统，能够在电网发生扰动事故过程中有效降低风电机组端口电压，防止风电场大面积脱网。
本发明提供的一种解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，包括：
实时监测风力发电机组端口电压；
根据风力发电机组端口电压，控制风电场主变压器低压侧的静止型无功发生器SVG、低压电抗器系统和风力发电机组变流器进而抑制风电机组端口的高电压。
所述低压电抗器系统包括晶闸管双向开关、低压电抗器和控制回路；
所述晶闸管双向开关的T1极直接T接在风电机组出口线路或母线上，所述晶闸管双向开关的T2极与所述低压电抗器一端连接，对所述低压电抗器进行快速投入和切除；所述低压电抗器另一端接地；
所述控制回路与所述晶闸管双向开关的T2极和控制极G连接，所述晶闸管双向开关的导通与关断。
所述低压电抗器的容量为风电机组容量的0.3～0.9倍。
所述控制低压电抗器系统包括：当风电机组端口电压升高至所述低压电抗器系统的投入阈值时，导通所述晶闸管双向开关，投入低压电抗器，使其从电网吸收感性无功功率。
所述控制低压电抗器系统包括：
当所述风电机组端口电压降低至所述低压电抗器系统的切除阈值时，退出低压电抗器。
所述低压电抗器系统的启动投入阈值为1.05p.u.和切除阈值为1.0p.u。
所述控制风电场主变压器低压侧静止型无功发生器SVG包括：
当风电机组端口电压骤升时，启动风电场主变压器低压侧静止型无功发生器SVG的闭环无功控制，调节风电场主变压器低压侧静止型无功发生器SVG的无功输出量，使其从电网吸收感性无功功率。
所述控制风电机组变流器进行包括：
当风电机组端口电压升高至所述风电机组变流器的启动阈值时启动风电机组变流器的无功功率控制，使其从电网吸收感性无功功率。
所述风电机组变流器的启动阈值为1.07p.u.。
本发明提供一种解决风电机组高电压穿越的联合控制系统，所述联合控制系统包括：
电压监测模块：实时监测风力发电机组端口电压；
SVG模块：根据风力发电机组端口电压，对风电场主变压器低压侧的静止型无功发生器SVG进行控制；
低压电抗器模块：根据风力发电机组端口电压，对低压电抗器系统进行控制；
变流器模块：根据风力发电机组端口电压，对风力发电机组变流器进行控制。
所述低压电抗器模块的低压电抗器系统包括晶闸管双向开关、低压电抗器和控制回路；
所述晶闸管双向开关的T1极直接T接在风电机组出口线路或母线上，所述晶闸管双向开关的T2极直接与低压电抗器一端连接，对所述低压电抗器进行快速投入和切除；所述低压电抗器另一端接地；所述控制回路与晶闸管双向开关的T2极和控制极G连接，控制所述晶闸管双向开关的导通与关断。
与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案，通过协调优化风电场主变压器低压侧SVG无功控制策略、风力发电机组变流器的无功控制策略和在风电机组出口装设可通过晶闸管开关可快速投切的低压电抗器，实现了SVG无功控制、变流器无功控制和低压电抗器投切控制策略的协调配合，解决了因大电网内发生的扰动故障引起系统母线电压骤升、同时风电场风电机组出口电压瞬时升高而脱网的问题；本发明提供的技术方案可应用于所有风力发电厂，覆盖范围广，与风力发电机组本体的改造比，实现方便、投资小、效果更加显著。
附图说明
图1是本发明一种解决风电机组高电压穿越的联合控制方法示意图；
图2是本发明的低压电抗器系统的结构示意图；
图3是本发明实施例应对风电场高压穿越的联合无功协调控制流程图；
图4是本发明的联合无功协调控制抑制过电压效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明：
实施例一：
如图1所示，本发明提供的一种解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，包括：
实时监测风力发电机组端口电压；
根据风力发电机组端口电压，控制风电场主变压器低压侧的静止型无功发生器SVG、低压电抗器系统和风力发电机组变流器进而抑制风电机组端口的高电压。
如图2所示，所述低压电抗器系统包括晶闸管双向开关、低压电抗器和控制回路；
所述晶闸管双向开关的T1极直接T接在风电机组出口线路或母线上，所述晶闸管双向开关的T2极与所述低压电抗器一端连接，对所述低压电抗器进行快速投入和切除；所述低压电抗器另一端接地；
所述控制回路与所述晶闸管双向开关的T2极和控制极G连接，所述晶闸管双向开关的导通与关断。
所述低压电抗器的容量为风电机组容量的0.3～0.9倍。
所述控制低压电抗器系统包括：当风电机组端口电压升高至所述低压电抗器系统的投入阈值时，导通所述晶闸管双向开关，投入低压电抗器，使其从电网吸收感性无功功率。
所述控制低压电抗器系统包括：
当所述风电机组端口电压降低至所述低压电抗器系统的切除阈值时，退出低压电抗器。
所述低压电抗器系统的启动投入阈值为1.05p.u.和切除阈值为1.0p.u。
所述控制风电场主变压器低压侧静止型无功发生器SVG包括：
当风电机组端口电压骤升时，启动风电场主变压器低压侧静止型无功发生器SVG的闭环无功控制，调节风电场主变压器低压侧静止型无功发生器SVG的无功输出量，使其从电网吸收感性无功功率。
所述控制风电机组变流器进行包括：
当风电机组端口电压升高至所述风电机组变流器的启动阈值时启动风电机组变流器的无功功率控制，使其从电网吸收感性无功功率。
所述风电机组变流器的启动阈值为1.07p.u.。
基于相同的构思，本发明提供一种解决风电机组高电压穿越的联合控制系统，所述联合控制系统可以包括：
电压监测模块：实时监测风力发电机组端口电压；
SVG模块：根据风力发电机组端口电压，对风电场主变压器低压侧的静止型无功发生器SVG进行控制；
低压电抗器模块：根据风力发电机组端口电压，对低压电抗器系统进行控制；
变流器模块：根据风力发电机组端口电压，对风力发电机组变流器进行控制。
所述低压电抗器模块中的低压电抗器系统可以包括晶闸管双向开关、低压电抗器和控制回路；
所述晶闸管双向开关的T1极直接T接在风电机组出口线路或母线上，所述晶闸管双向开关的T2极直接与低压电抗器一端连接，对所述低压电抗器进行快速投入和切除；所述低压电抗器另一端接地；所述控制回路与晶闸管双向开关的T2极和控制极G连接，控制所述晶闸管双向开关的导通与关断。
实施例二：
如图3所示，本发明一种解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，具体包括：
对风力发电机组端口电压U进行实时监测，U取自于风电机组保护PT(电压互感器)的实时测量；
以实时量U作为风电场主变压器低压侧SVG、风电机组变流器外部无功控制器和基于晶闸管投切的低压电抗器系统的输入量；
对风电场主变压器低压侧SVG与主变压器PT测量端、CT测量段之间的通信需要实现专用通信通道；
启动风电场主变压器低压侧SVG无功功率控制系统，当控制器确认控制指令，向变流器发送无功启动控制指令，实现对风电机端电压的平滑控制；
启动基于晶闸管投切的低压电抗器外部控制系统，当风机端电压超过1.05p.u.时控制器确认控制指令，导通晶闸管双向开关，投入低压电抗器；
启动风电机组变流器无功功率控制系统，当风机端电压超过1.07p.u.控制器确认控制指令，向变流器发送无功启动控制指令，实现对风电机端电压的平滑控制；
当电压降低后且、确认时延、电压变化率时，确认机端电压下降至1.0p.u.时，启动基于晶闸管投切的低压电抗器外部控制系统，关断晶闸管双向开关，退出低压电抗器。
低压电抗器的投切不会对风电机组和交流电网造成谐波干扰，在低压电抗器投入运行阶段不会引起风电机组端口暂态电压超过机组低电压保护动作定值、不会使端口电压稳态值低于0.90pu。
如图4所示，在装机容量为50MW的风电场每台风电机组端口采用基于风电场主变压器低压侧SVG、风电机组变流器与低压电抗器系统投切的协调控制方案，当电网内某特高压直流发生1次换相失败后导致系统电压骤升，可以有效将风电机组端口电压降低到1.1p.u.以下，同时在低压电抗器退出后使得端口电压不低于0.90p.u.。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (11)
1.一种解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，其特征在于，包括：
实时监测风力发电机组端口电压；
根据风力发电机组端口电压，控制风电场主变压器低压侧的静止型无功发生器SVG、低压电抗器系统和风力发电机组变流器进而抑制风电机组端口的高电压。
2.如权利要求1所述的解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，其特征在于，所述低压电抗器系统包括晶闸管双向开关、低压电抗器和控制回路；
所述晶闸管双向开关的T1极直接T接在风电机组出口线路或母线上，所述晶闸管双向开关的T2极与所述低压电抗器一端连接，对所述低压电抗器进行快速投入和切除；所述低压电抗器另一端接地；
所述控制回路与所述晶闸管双向开关的T2极和控制极G连接，所述晶闸管双向开关的导通与关断。
3.如权利要求2所述的解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，其特征在于，所述低压电抗器的容量为风电机组容量的0.3～0.9倍。
4.如权利要求2所述的解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，其特征在于，所述控制低压电抗器系统包括：当风电机组端口电压升高至所述低压电抗器系统的投入阈值时，导通所述晶闸管双向开关，投入低压电抗器，使其从电网吸收感性无功功率。
5.如权利要求1所述的解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，其特征在于，所述控制低压电抗器系统包括：
当所述风电机组端口电压降低至所述低压电抗器系统的切除阈值时，退出低压电抗器。
6.如权利要求4或5所述的解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，其特征在于，所述低压电抗器系统的启动投入阈值为1.05p.u.和切除阈值为1.0p.u。
7.如权利要求1所述的解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，其特征在于，所述控制风电场主变压器低压侧静止型无功发生器SVG包括：
当风电机组端口电压骤升时，启动风电场主变压器低压侧静止型无功发生器SVG的闭环无功控制，调节风电场主变压器低压侧静止型无功发生器SVG的无功输出量，使其从电网吸收感性无功功率。
8.如权利要求1所述的解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，其特征在于，所述控制风电机组变流器进行包括：
当风电机组端口电压升高至所述风电机组变流器的启动阈值时启动风电机组变流器的无功功率控制，使其从电网吸收感性无功功率。
9.如权利要求7所述的解决风电机组高电压穿越的联合控制方法，其特征在于，所述风电机组变流器的启动阈值为1.07p.u.。
10.一种解决风电机组高电压穿越的联合控制系统，其特征在于，所述联合控制系统包括：
电压监测模块：实时监测风力发电机组端口电压；
SVG模块：根据风力发电机组端口电压，对风电场主变压器低压侧的静止型无功发生器SVG进行控制；
低压电抗器模块：根据风力发电机组端口电压，对低压电抗器系统进行控制；
变流器模块：根据风力发电机组端口电压，对风力发电机组变流器进行控制。
11.如权利要求10所述的解决风电机组高电压穿越的联合控制系统，其特征在于，所述低压电抗器模块的低压电抗器系统包括晶闸管双向开关、低压电抗器和控制回路；
所述晶闸管双向开关的T1极直接T接在风电机组出口线路或母线上，所述晶闸管双向开关的T2极直接与低压电抗器一端连接，对所述低压电抗器进行快速投入和切除；所述低压电抗器另一端接地；所述控制回路与晶闸管双向开关的T2极和控制极G连接，控制所述晶闸管双向开关的导通与关断。
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