CN112436553A - 一种用于风电场快速开关的装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于风电场快速开关的装置及控制方法，所述装置由多个升压变压器汇集于风电汇集站；快速开关与电抗器并联后与风电汇集站串联；控制器与风电汇集站电连接，且与快速开关电连接。实时获取风电汇集站的电压；当检测所述电压的变化时，快速开关打开，投入电抗器；当检测所述电压恢复到额定电压门槛值，快速开关闭合，旁路电抗器。本申请在风电汇集站高压侧安装快速开关的方法在交流电网电压波动期间，调节所有风电机组出口处的电压，防止风机出现大规模脱网事故，避免对每台风电机组进行改造，提高风电场内的风机高电压、低电压穿越能力，降低因交流系统故障导致风电机组脱网的概率。

Description

一种用于风电场快速开关的装置及控制方法

技术领域

本申请涉及风电场发电领域，尤其涉及一种用于风电场快速开关的装置及控制方法。

背景技术

近年来，新能源装机取得了迅猛的发展，在近十年来，风电装机不断的提升，尤其是一些风力资源发达的地区，风电装机呈现了百万千瓦甚至千万千瓦级的装机规模，风电的送出方式多样，从由交流线路送出到交直流混联送出、直流送出。

在风电装机得到不断提升的形势下，风电送出也出现了一些新的问题，如风电机组投运年份不相同、生产厂家各异，高、低电压穿越能力有所不同，尤其是早期投运的风电机组高、低电压穿越能力不足；风电场过于集中，在交流系统出现接地故障时，存在拉低风电出口的电压，导致风电场大规模脱网的事故风险不断增大；当风电由交直流送出或直流输电送出，直流送出系统出现闭锁故障时，风电送端存在过电压问题，风电场存在高电压穿越能力不足出现大规模脱网风险。近些年来，我国的新疆、内蒙等风电资源相对集中的地区，均出现过由于交流系统故障导致风电机组大规模脱网的事故，而对单个风机组进行高、低电压穿越能力改造存在难度且需要投入巨大的人力物力；因此，需要提出一种有效的方法来提高风电场的高、低电压穿越能力。

发明内容

本申请提供了一种用于风电场快速开关的装置及控制方法，以解决技术问题。

为了达到上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：

第一方面，提供一种用于风电场快速开关的装置，所述装置包括快速开关、电抗器、升压变压器、风电汇集站、控制器；

多个所述升压变压器汇集于所述风电汇集站；

所述快速开关与所述电抗器并联后电连接在所述风电汇集站与交流系统之间；

所述控制器与所述风电汇集站电连接，且与所述快速开关电连接。

在一种可能的实现方式中，多个所述升压变压器汇集于所述风电汇集站的高压侧，所述高压侧的电压等级为110kV或220kV。

在一种可能的实现方式中，所述快速开关为在一个周波内实现开关跳开的机械开关。

在一种可能的实现方式中，所述电抗器的电抗值为所述风电汇集站的高压侧等值阻抗的0.5～1.5倍。

第二方面，提供一种用于风电场快速开关的控制方法，应用于第一方面所述的装置，所述控制方法包括：

实时获取风电汇集站的电压；

当检测所述电压的变化时，快速开关打开，投入电抗器；

当检测所述电压恢复到额定电压门槛值，快速开关闭合，旁路电抗器。

在一种可能的实现方式中，所述电压的变化包括：

所述电压大于1.1倍额定电压，且所述电压上升速率大于预设值K1；

所述电压小于0.9倍额定电压，且所述电压下降速率小于预设值K2。

在一种可能的实现方式中，所述电压恢复到额定电压门槛值为所述电压小于等于1.1倍额定电压且大于等于0.9倍额定电压且保持预设时间T。

在一种可能的实现方式中，所述实时获取风电汇集站的电压后还包括：

根据检测所述电压后得到的控制指令，控制所述快速开关打开和闭合。

本申请提供一种用于风电场快速开关的装置及控制方法，所述装置由多个升压变压器汇集于风电汇集站；快速开关与电抗器并联后与风电汇集站串联；控制器与风电汇集站电连接，且与快速开关电连接。实时获取风电汇集站的电压；当检测所述电压的变化时，快速开关打开，投入电抗器；当检测所述电压恢复到额定电压门槛值，快速开关闭合，旁路电抗器。本申请在风电汇集站高压侧安装快速开关的方法在交流电网电压波动期间，调节所有风电机组出口处的电压，防止风机出现大规模脱网事故，避免对每台风电机组进行改造，提高风电场内的风机高电压、低电压穿越能力，降低因交流系统故障导致风电机组脱网的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种用于风电场快速开关的装置的结构示意图；

图2为本申请实施例中快速开关投入对风电场高压侧电压影响对比曲线图；

图3为本申请实施例一种用于风电场快速开关的控制方法的流程图；

图4为本申请实施例又一种用于风电场快速开关的控制方法的流程图；

其中：1-快速开关；2-电抗器；3-风电汇集站；4-升压变压器；5-交流系统。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本申请做进一步详细描述：

本申请实施例提供一种用于风电场快速开关的装置，用于风电场发电领域，参照图1所示，所述装置包括快速开关、电抗器、升压变压器、风电汇集站、控制器；

多个所述升压变压器汇集于所述风电汇集站；多个所述升压变压器汇集于所述风电汇集站的高压侧，所述高压侧的电压等级为110kV或220kV。

所述快速开关与所述电抗器并联后电连接在所述风电汇集站与交流系统之间；所述快速开关为在一个周波内实现开关跳开的机械开关，在本实施例中快速开关的开关机械动作约3ms。所述电抗器的电抗值为所述风电汇集站的高压侧等值阻抗的0.5～1.5倍，电抗器至少需要具备安装线路1.3倍额定电流持续15秒的通流能力。

所述控制器与所述风电汇集站电连接，且与所述快速开关电连接。

正常运行时，风场通过升压变压器后到风电汇集站，升压为110kV或者220kV的电压等级后再接入交流系统，正常运行时，快速开关处于合闸状态，此时电抗器被旁路，其总体损耗看作为零，在交流电网因接地故障发生波动时，实时检测线路电压的变化。

如图2表示，交流系统发生220kV线路接地故障，主保护拒动，后备保护动作；故障接地时间持续1s，此时，风电场汇集站的送出线路的电压发生了变化。图2中的实线表示快速开关不动作时的电压曲线，由于电压跌落幅度大，风电场存在大规模脱网风险，图2中的虚线表示电压动作达到快速开关动作门槛值，电压跌落幅度低于0.9倍额定电压且电压下降速率小于K2＝-2p.u./s，快速开关打开，投入电抗器，此时，线路电压的曲线如下图2虚线所示。可以看出，由于电抗器的投入，风电场汇集站高压侧电压下降的速度和速率均有所缓解。

本申请提供一种用于风电场快速开关的装置，所述装置由多个升压变压器汇集于风电汇集站；快速开关与电抗器并联后与风电汇集站串联；控制器与风电汇集站电连接，且与快速开关电连接。本申请在风电汇集站高压侧安装快速开关的方法在交流电网电压波动期间，调节所有风电机组出口处的电压，防止风机出现大规模脱网事故，避免对每台风电机组进行改造，提高风电场内的风机高电压、低电压穿越能力，降低因交流系统故障导致风电机组脱网的概率。

本申请实施例提供一种用于风电场快速开关的控制方法，用于风电场发电领域，参照图3所示，所述控制方法包括：

S101、实时获取风电汇集站的电压。根据检测所述电压后得到的控制指令，控制所述快速开关打开和闭合。

S102、当检测所述电压的变化时，快速开关打开，投入电抗器；所述电压的变化包括：所述电压大于1.1倍额定电压，且所述电压上升速率大于预设值K1；所述电压小于0.9倍额定电压，且所述电压下降速率小于预设值K2。

S103、当检测所述电压恢复到额定电压门槛值，快速开关闭合，旁路电抗器。所述电压恢复到额定电压门槛值为所述电压小于等于1.1倍额定电压且大于等于0.9倍额定电压且保持预设时间T。时间T可以选取为10秒。则认为交流系统电压已经逐步趋于稳定。在一些实施方式中，指当快速开关所安装线路电压在0.95～1.05额定电压范围内并保持了T秒。

本申请控制方法在一种实施方式中，如图4所示，所述控制方法包括：

S201、实时获取风电汇集站的电压。

S202、根据检测所述电压后得到的控制指令，控制所述快速开关打开和闭合。

S203、当检测所述电压大于1.1倍额定电压，且所述电压上升速率大于预设值K1时，快速开关打开，投入电抗器。

S204、当检测所述电压大于1.1倍额定电压，且所述电压上升速率大于预设值K1时，快速开关打开，投入电抗器。

S205、当检测所述电压小于等于1.1倍额定电压且大于等于0.9倍额定电压且保持预设时间T时，快速开关闭合，旁路电抗器。

本申请的控制方法不影响正常时电网运行结构，不增加电网损耗，在电压平息后，可以自动退出电抗器恢复倒故障前的运行状态。

本申请提供一种用于风电场快速开关的控制方法，实时获取风电汇集站的电压；当检测所述电压的变化时，快速开关打开，投入电抗器；当检测所述电压恢复到额定电压门槛值，快速开关闭合，旁路电抗器。本申请在风电汇集站高压侧安装快速开关的方法在交流电网电压波动期间，调节所有风电机组出口处的电压，防止风机出现大规模脱网事故，避免对每台风电机组进行改造，提高风电场内的风机高电压、低电压穿越能力，降低因交流系统故障导致风电机组脱网的概率。

以上内容仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请权利要求书的保护范围之内。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

针对本申请引用的每个专利、专利申请、专利申请公开物和其他材料，如文章、书籍、说明书、出版物、文档等，特此将其全部内容并入本申请作为参考。与本申请内容不一致或产生冲突的申请历史文件除外，对本申请权利要求最广范围有限制的文件(当前或之后附加于本申请中的)也除外。需要说明的是，如果本申请附属材料中的描述、定义、和/或术语的使用与本申请所述内容有不一致或冲突的地方，以本申请的描述、定义和/或术语的使用为准。

Claims (8)

1.一种用于风电场快速开关的装置，其特征在于，所述装置包括快速开关、电抗器、升压变压器、风电汇集站、控制器；

多个所述升压变压器汇集于所述风电汇集站；

所述快速开关与所述电抗器并联后电连接在所述风电汇集站与交流系统之间；

所述控制器与所述风电汇集站电连接，且与所述快速开关电连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于风电场快速开关的装置，其特征在于，多个所述升压变压器汇集于所述风电汇集站的高压侧，所述高压侧的电压等级为110kV或220kV。

3.根据权利要求1所述的一种用于风电场快速开关的装置，其特征在于，所述快速开关为在一个周波内实现开关跳开的机械开关。

4.根据权利要求1所述的一种用于风电场快速开关的装置，其特征在于，所述电抗器的电抗值为所述风电汇集站的高压侧等值阻抗的0.5～1.5倍。

5.一种用于风电场快速开关的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至4任一项所述的装置，所述控制方法包括：

实时获取风电汇集站的电压；

当检测所述电压的变化时，快速开关打开，投入电抗器；

当检测所述电压恢复到额定电压门槛值，快速开关闭合，旁路电抗器。

6.根据权利要求5所述的一种用于风电场快速开关的控制方法，其特征在于，所述电压的变化包括：

所述电压大于1.1倍额定电压，且所述电压上升速率大于预设值K1；

所述电压小于0.9倍额定电压，且所述电压下降速率小于预设值K2。

7.根据权利要求5所述的一种用于风电场快速开关的控制方法，其特征在于，所述电压恢复到额定电压门槛值为所述电压小于等于1.1倍额定电压且大于等于0.9倍额定电压且保持预设时间T。

8.根据权利要求5所述的一种用于风电场快速开关的控制方法，其特征在于，所述实时获取风电汇集站的电压后还包括：

根据检测所述电压后得到的控制指令，控制所述快速开关打开和闭合。

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