CN113991734B - 一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风力发电领域，具体涉及一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统及方法。包括：双馈变流器、发电机和风电机组并网点电源，发电机电流输出口与风电机组并网点电源电流输入口相连，双馈变流器并联在发电机两端；双馈变流器包括相连的机侧变流器和网侧变流器；机侧变流器与发电机之间设有机侧桥路电流测量点；网侧变流器与O点之间设有网侧桥路电流测量点；风电机组并网点电源与O点之间设有电压测量点；机侧桥路电流信号输入机侧变流器；网侧桥路电流信号输入网侧变流器；电压测量点的电压信号输入机侧变流器和网侧变流器。本发明通过网侧变流器和机侧变流器与发电机并联准确获得机侧桥路电流和网侧桥路电流。

Description

一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统及方法
技术领域
本发明属于风力发电领域，具体涉及一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统及方法。
背景技术
随着直流特高压输电工程的建成投运，特高压交直流混联、电力大规模跨区域输送已成为我国电网的典型特征。直流特高压电网直流闭锁、换相失败等故障或扰动引起直流送端系统暂态过电压，可能导致直流近区的新能源机组因高电压保护动作而大规模脱网。
为了保障电力系统的安全性和可靠性，高电压穿越能力是风电场上网必须达到的技术指标。国标《GB/T36995-2018风力发电机组故障电压穿越能力测试规程》对风电机组的故障电压穿越能力提出了具体要求。该标准不仅要求风电机组在电网电压升高时具备不脱网连续运行的能力，还需向系统提供无功电流支撑系统电压恢复。
双馈风电机组变流器从拓扑上可以分为网侧变流器和机侧变流器。双馈风电机组当前高穿无功输出控制策略一般采用机侧变流器控制发电机输出无功。由于网侧变流器与电网相连，电网电压升高时若不对网侧变流器进行控制，将导致网侧变流器过调制，发生直流母线电压过压故障。
发明内容
本发明提供了一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统及方法，以解决直流特高压电网直流闭锁、换相失败等故障或扰动引起直流送端系统暂态过电压，可能导致风电机组损坏的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
第一方面，一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统，包括：
双馈变流器、发电机和风电机组并网点电源，发电机电流输出口与风电机组并网点电源电流输入口相连，双馈变流器并联在发电机两端；
所述双馈变流器包括相连的机侧变流器和网侧变流器；
机侧变流器与发电机之间设有机侧桥路电流测量点；
网侧变流器与O点之间设有网侧桥路电流测量点；
风电机组并网点电源与O点之间设有电压测量点；
机侧桥路电流测量点的机侧桥路电流信号输入机侧变流器；
网侧桥路电流测量点的网侧桥路电流信号输入网侧变流器；
电压测量点的电压信号输入机侧变流器和网侧变流器。
第二方面，一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法，包括以下步骤：
机侧变流器和网侧变流器从电压测量点获取风电机组并网点电压；
网侧变流器从网侧桥路电流测量点获取网侧电流值，机侧变流器从机侧桥路电流测量点获取机侧电流值；
机侧变流器和网侧变流器根据风电机组并网点电压计算得到电压幅值；
当电压幅值小于等于预设电压时，双馈变流器正常运行；
当电压幅值大于预设电压时，网侧变流器和机侧变流器分别输出网侧变流器无功电流和机侧变流器无功电流；
将网侧变流器和机侧变流器产生的网侧变流器无功电流和机侧变流器无功电流相加得到总无功电流。
本发明的进一步改进在于：所述预设电压为110％额定电压。
本发明的进一步改进在于：网侧变流器输出网侧变流器无功电流时，具体包括以下步骤：
当网侧变流器桥路电流小于预设的电流封锁脉冲阈值，则打开脉冲，网侧变流器输出网侧变流器无功电流；
当网侧变流器桥路电流大于预设的电流封锁脉冲阈值，则网侧变流器先封锁脉冲，产生延时，然后网侧变流器重新开启脉冲，网侧变流器输出网侧变流器无功电流。
本发明的进一步改进在于：机侧变流器输出机侧变流器无功电流时，具体包括以下步骤：
当机侧变流器桥路电流小于预设的电流封锁脉冲阈值，则打开脉冲，机侧变流器输出机侧变流器无功电流；
当机侧变流器桥路电流大于预设的电流封锁脉冲阈值，则机侧变流器先封锁脉冲，产生延时，然后机侧变流器重新开启脉冲，机侧变流器输出机侧变流器无功电流。
本发明的进一步改进在于：所述网侧变流器无功电流I1：
式中：UT为电压标幺值，单位p.u.；
Un为电网相电压有效值；
ω为系统频率；
L为网侧电抗器感值。
本发明的进一步改进在于：所述机侧变流器无功电流I：
I≥K*(UT-1.1)
式中：UT为电压标幺值，单位p.u.；
In为风电机组额定电流；
K为预设的机侧无功输出系数。
本发明的进一步改进在于：所述电压标幺值UT：
1.1p.u.≤UT≤1.3p.u.。
本发明的进一步改进在于：所述预设的机侧无功输出系数K为1.5。
与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
本发明通过网侧变流器和机侧变流器与发电机并联准确获得机侧桥路电流和网侧桥路电流。
本发明通过网侧变流器和机侧变流器共同输出为电网提供感性无功电流支撑，支撑电网电压恢复。
本发明利用网侧变流器电感分压作用，减小变流器直流侧、半导体功率器件所承受的电压，避免硬件保护动作。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统的结构示意图；
图2为本发明一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法的流程图；
图3为本发明一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统的机侧变流器进入高电压穿越状态后的流程图；
图4为本发明一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统的网侧变流器进入高电压穿越状态后的流程图。
其中，1、电压测量点；2、网侧变流器；3、机侧变流器；4、机侧桥路电流测量点；5、网侧桥路电流测量点；6、发电机；7、风电机组并网点电源。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
实施例1：
如图1所示，本发明一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制系统，包括：
网侧变流器2、机侧变流器3、发电机6和风电机组并网点电源7，发电机6电流输出口与风电机组并网点电源7电流输入口相连，双馈变流器并联在发电机6两端；
双馈变流器包括相连的机侧变流器3和网侧变流器2；
发电机6与双馈变流器并联后机侧变流器3与发电机6之间设有机侧桥路电流测量点4；
网侧变流器2与O点之间设有网侧桥路电流测量点5；
风电机组并网点电源7与O点之间设有电压测量点1。
机侧桥路电流测量点4的机侧桥路电流信号输入机侧变流器3；
网侧桥路电流测量点5的网侧桥路电流信号输入网侧变流器2；
电压测量点1的电压信号输入机侧变流器3和网侧变流器2。
网侧变流器2获取电压测量点1和网侧桥路电流测量点5信息，判断是否执行网侧变流器高电压穿越控制方法；机侧变流器3采集电压测量点1和机侧桥路电流测量点4信息，判断是否执行机侧变流器高电压穿越控制方法。
实施例2：
如图2所示，一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法，包括以下步骤：
双馈变流器从电压测量点1获取风电机组并网点电压；
网侧变流器2从网侧桥路电流测量点5获取网侧电流值，机侧变流器3从机侧桥路电流测量点4获取机侧电流值；
双馈变流器根据风电机组并网点电压计算得到电压幅值；
当电压幅值小于等于预设电压时，双馈变流器正常运行；
当电压幅值大于110％额定电压时，双馈变流器中的网侧变流器2和机侧变流器3进入高电压穿越状态；
进入高电压穿越状态的机侧变流器3和网侧变流器2分别产生网侧变流器无功电流和机侧变流器无功电流；
输出总无功电流。
如图3所示，机侧变流器3进入高电压穿越状态后：
将机侧变流器桥路电流与预设的电流封锁脉冲阈值做比较，判断机侧变流器3是否需要封锁脉冲；
若机侧变流器桥路电流小于预设的电流封锁脉冲阈值，则打开脉冲，机侧变流器3启动高穿动态感性无功电流输出；
机侧变流器无功电流I输出大小如下式：
I≥K*(UT-1.1)
1.1p.u.≤UT≤1.3p.u.
式中：UT为电压标幺值，单位p.u.；
In为风电机组额定电流；
K为预设的机侧无功输出系数；
优选的，K值为1.5；
若大于，则机侧变流器首先封锁脉冲，短暂时间后，机侧变流器重新开启脉冲，恢复对发电机的控制，机侧重启高穿动态感性无功电流输出能力。机侧变流器输出无功电流。
如图4所示，网侧变流器2进入高电压穿越状态后,：
获取风电机组并网点电压；
将网侧变流器桥路电流与所设定的电流封锁脉冲阈值做比较，判断网侧变流器2是否需要封锁脉冲；
若小于，则打开脉冲，网侧变流器启动高穿动态感性无功电流输出；
网侧变流器无功电流输出大小如下式：
1.1p.u.≤UT≤1.3p.u.
式中：UT为当前电压标幺值，单位p.u.；
Un为当前电网相电压有效值；
ω为当前系统频率；
L为网侧电抗器感值；
由于网侧变流器无功支撑的作用是避免过调制故障停机，UT的约束条件必须满足。当网侧电抗器感值较小时，需要网侧变流器无功支撑电流增大，网侧变流器需要短时过载运行。
若大于，则网侧变流器首先封锁脉冲，短暂时间后，网侧变流器重新开启脉冲，网侧重启高穿无功电流输出能力。
网侧变流器输出无功电流。
在高电压穿越期间，通过网侧变流器控制输出动态感性无功电流，一方面为电网提供感性无功电流支撑，支撑电网电压恢复；另一方面，利用网侧变流器电感分压作用，减小变流器直流侧、半导体功率器件所承受的电压，避免硬件保护动作。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法，其特征在于，包括：
双馈变流器、发电机(6)和风电机组并网点电源(7)，发电机(6)电流输出口与风电机组并网点电源(7)电流输入口相连，双馈变流器并联在发电机(6)两端；
所述双馈变流器包括相连的机侧变流器(3)和网侧变流器(2)；
机侧变流器(3)与发电机(6)之间设有机侧桥路电流测量点(4)；
网侧变流器(2)与O点之间设有网侧桥路电流测量点(5)；
风电机组并网点电源(7)与O点之间设有电压测量点(1)；
机侧桥路电流测量点(4)的机侧桥路电流信号输入机侧变流器(3)；
网侧桥路电流测量点(5)的网侧桥路电流信号输入网侧变流器(2)；
电压测量点(1)的电压信号输入机侧变流器(3)和网侧变流器(2)；
机侧变流器(3)和网侧变流器(2)从电压测量点(1)获取风电机组并网点电压；
网侧变流器(2)从网侧桥路电流测量点(5)获取网侧电流值，机侧变流器(3)从机侧桥路电流测量点(4)获取机侧电流值；
机侧变流器(3)和网侧变流器(2)根据风电机组并网点电压计算得到电压幅值；
当电压幅值小于等于预设电压时，双馈变流器正常运行；
当电压幅值大于预设电压时，网侧变流器(2)和机侧变流器(3)分别输出网侧变流器无功电流和机侧变流器无功电流；
将网侧变流器(2)和机侧变流器(3)产生的网侧变流器无功电流和机侧变流器无功电流相加得到总无功电流；
网侧变流器(2)输出网侧变流器无功电流时，具体包括以下步骤：
当网侧变流器桥路电流小于预设的电流封锁脉冲阈值，则打开脉冲，网侧变流器(2)输出网侧变流器无功电流；
当网侧变流器桥路电流大于预设的电流封锁脉冲阈值，则网侧变流器(2)先封锁脉冲，产生延时，然后网侧变流器(2)重新开启脉冲，网侧变流器(2)输出网侧变流器无功电流。
2.根据权利要求1所述的一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法，其特征在于，所述预设电压为110％额定电压。
3.根据权利要求1所述的一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法，其特征在于，机侧变流器(3)输出机侧变流器无功电流时，具体包括以下步骤：
当机侧变流器桥路电流小于预设的电流封锁脉冲阈值，则打开脉冲，机侧变流器(3)输出机侧变流器无功电流；
当机侧变流器桥路电流大于预设的电流封锁脉冲阈值，则机侧变流器(3)先封锁脉冲，产生延时，然后机侧变流器(3)重新开启脉冲，机侧变流器(3)输出机侧变流器无功电流。
4.根据权利要求1所述的一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法，其特征在于，所述网侧变流器无功电流I1：
式中：UT为电压标幺值，单位p.u.；
Un为电网相电压有效值；
ω为系统频率；
L为网侧电抗器感值。
5.根据权利要求3所述的一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法，其特征在于，所述机侧变流器无功电流I：
I≥K*(UT-1.1)
式中：UT为电压标幺值，单位p.u.；
In为风电机组额定电流；
K为预设的机侧无功输出系数。
6.根据权利要求4或5所述一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法，其特征在于，所述电压标幺值UT：
1.1p.u.≤UT≤1.3p.u.。
7.根据权利要求5所述的一种具有高电压穿越能力的双馈风电机组控制方法，其特征在于，所述预设的机侧无功输出系数K为1.5。
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