CN207518271U - 一种风电并网系统电压稳定性的改善装置 - Google Patents

一种风电并网系统电压稳定性的改善装置 Download PDF

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Abstract

一种风电并网系统电压稳定性的改善装置，包括静止同步补偿器STATCOM(1)和可控串联补偿装置TCSC(2)，STATCOM(1)并联接于风电场(3)，TCSC(2)串联接于输送线路中。其中，STATCOM(1)由耦合变压器和电压源逆变器VSC组成，TCSC(2)由一个电感与反并联可控晶闸管串联再和一个电容并联组成。该装置采用STATCOM(1)和TCSC(2)控制器相结合，能有效快速恢复故障后风电并网处电压，提高电压的稳定性及风电场的故障穿越能力，且比TCSC(2)或STATCOM(1)单独控制所取得的效果更好。因此该装置能为风能的利用提供有利保障，具有良好的应用前景。

Description

一种风电并网系统电压稳定性的改善装置
技术领域
本实用新型涉及一种风电并网系统电压稳定性的改善装置，能有效恢复风电并网处的故障后电压，提高电压的稳定性及风电场的故障穿越能力。
背景技术
由于常规能源的日渐枯竭，新能源的发展越来越受到人们的广泛关注。风力发电以其较为成熟的技术、优越的经济性和巨大的市场吸引力，使其在新能源发展中的地位突飞猛进。但由于风能的间歇性和随机性的特点，导致风电机组在接入电网时对电网的稳定运行造成不利影响。系统在正常运行时，由于风电场需要从电网侧吸收一定的无功功率致使电压稳定性降低；而在系统发生故障时需要更多的无功功率使电压恢复正常。在维持系统安全稳定运行的措施中，柔性交流输电系统FACTS由于其自身具有快速、灵活的调节能力而得到广泛的应用。作为FACTS系统主要组成部分的可控串联补偿装置TCSC，因在暂态过程中可快速改变线路的等值电抗来提高系统的稳定性成为近年来串联补偿新技术的代表。而作为FACTS系统重要组成部分的静止同步补偿器STATCOM，由于其自身具有低损耗、控制灵活、占地面积小等优点成为当下无功补偿领域的代表。为了提高风电并网系统电压稳定性，将TCSC和STATCOM联合作用于风电并网系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，设计一种风电并网系统电压稳定性的改善装置。该装置的静止同步补偿器STATCOM并联接于风电场，可发挥其无功补偿的作用，减小异步发电机失步的可能性。该装置的可控串联补偿装置TCSC串联接于输送线路中，TCSC通过适当改变晶闸管的触发角来改变晶闸管的支路电流，从而改变了TCSC所在支路的等效电抗值，实现对功率振荡的抑制。这样使用STATCOM来补偿系统的无功需求，并通过TCSC来改善系统的振荡稳定性，从而使风电并网系统电压稳定性得到改善。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是一种风电并网系统电压稳定性的改善装置包括静止同步补偿器STATCOM和可控串联补偿装置TCSC，静止同步补偿器STATCOM并联接于风电场，可控串联补偿装置TCSC串联接于输送线路中。
所述的静止同步补偿器STATCOM由耦合变压器和电压源逆变器 VSC 组成。电压源逆变器VSC 将储能设备上的直流电压变换为一组三相交流输出电压。输出电压通过耦合变压器阻抗与交流系统连接，通过适当调节桥式整流电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，从而实现动态无功补偿的目的。
STATCOM控制器采用双闭环反馈控制。控制器的外环由电压调节器组成，进行有静差的比例控制。控制器的内环是一个电流调节器，使STATCOM的输出电流无静差地跟随来自外环电压调节器的输出。
所述的可控串联补偿装置TCSC由一个电感与反并联可控晶闸管串联再和一个电容并联组成。TCSC通过控制触发角来连续改变TCSC的等效电抗，从而调节线路有功功率和无功功率的分配，优化线路的潮流分布。触发角会随流过线路上的功率的变化而变化，达到改变TCSC的总电抗的目的，以此来补偿线路电抗，实现对功率振荡的抑制。
所述的 STATCOM和TCSC两者联合作用。将STATCOM装置投入到系统中为风力发电机组提供所需的无功功率，继而不需要经常性地重设所需值便可使风电场端电压维持在期望值上。但异步风力发电机在向电网注入变化的输出电流的同时还会使阻尼增加，若风电并网系统没有励磁控制器，只投入STATCOM装置系统仍不能稳定运行。因此考虑将STATCOM和TCSC联合应用在风电并网系统中。通过STATCOM来补偿系统的无功功率需求，TCSC来改善系统的振荡稳定性，从而使风电并网系统电压稳定性得到改善。
本实用新型的有益效果是：该装置采用STATCOM和TCSC相结合，在保证输送功率的同时也确保了系统短即使在短时间内发生严重短路故障也能快速、有效地恢复并维持系统电压稳定性。该装置不仅能提高风电并网系统电压稳定性，而且为我国风能的利用提供了有利的保障，具有良好的实际应用前景。
附图说明
图 1本实用新型装置工作原理图。
图 2 STATCOM结构图。
图 3 TCSC结构框图。
图 4 TCSC功率注入模型。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明。
图1中，当风电场接入电网时，由于风能间歇性和随机性的特点势必对电网的稳定运行产生负面影响，从而破坏风电并网系统的电压稳定性。将STATCOM并联接于风电场；TCSC串联接于输送线路中；STATCOM和TCSC两者联合作用。通过 STATCOM来补偿系统的无功功率需求，TCSC来改善系统的振荡稳定性，从而使风电并网系统电压稳定性得到改善。
图2中，静止同步补偿器STATCOM由耦合变压器和电压源逆变器VSC 组成。电压源逆变器VSC 将储能设备上的直流电压变换为一组三相交流输出电压。输出电压通过耦合变压器阻抗与交流系统连接，通过适当调节桥式整流电路交流侧输出电压的幅值和相位，或者直接控制其交流侧电流，就可以使该电路吸收或者发出满足要求的无功电流，从而实现动态无功补偿的目的。
图3中，可控串联补偿装置TCSC由一个电感与反并联可控晶闸管串联再和一个电容并联组成。图4中，TCSC通过控制触发角来连续改变TCSC的等效电抗，从而调节线路有功功率和无功功率的分配，优化线路的潮流分布。触发角会随流过线路上的功率的变化而变化，达到改变TCSC的总电抗的目的，以此来补偿线路电抗，实现对功率振荡的抑制。
本实用新型所描述的风电并网系统电压稳定性的改善装置，采用STATCOM和TCSC相结合，在保证输送功率的同时也确保了系统短即使在短时间内发生严重短路故障也能快速、有效地恢复并维持系统电压稳定性。该装置在风电并网系统中的应用将为我国风能的利用提供了有利的保障，具有良好的实际应用前景。

Claims (3)

1.一种风电并网系统电压稳定性的改善装置，其特征在于包括静止同步补偿器STATCOM(1)和可控串联补偿装置TCSC(2)，静止同步补偿器STATCOM(1)并联接于风电场(3)，可控串联补偿装置TCSC(2)串联接于输送线路中。
2.根据权利要求1所述风电并网系统电压稳定性的改善装置，其特征在于所述的静止同步补偿器STATCOM(1)由耦合变压器和电压源逆变器VSC组成。
3.根据权利要求1所述风电并网系统电压稳定性的改善装置，其特征在于所述的可控串联补偿装置TCSC(2)由一个电感与反并联可控晶闸管串联再和一个电容并联组成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109830980A (zh) * 2019-01-31 2019-05-31 张欣 一种用于判断多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的判据方法
CN110581559A (zh) * 2019-09-03 2019-12-17 湖南工业大学 提高风电并网系统电压稳定性和低电压故障穿越能力方法

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CN109830980A (zh) * 2019-01-31 2019-05-31 张欣 一种用于判断多级逆变器并联接长电缆的系统稳定性的判据方法
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