CN105098834B - 一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法 - Google Patents
一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，包括：步骤一：接收电网调度中心下发的双馈风电场并网PCC点电压参考值并实时采集双馈风电场并网PCC点实时电压步骤二：判断PCC点电压是否满足其中，UD为电压允许波动范围，若满足，则返回步骤一；若不满足，则进入下一步；步骤三：判断是否成立，其中，UT为电压允许波动阈值，若成立，则双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式；否则，进入应急电压控制模式。
Description
技术领域
本发明属于双馈风电场的电压控制领域，尤其涉及一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法。
背景技术
由于风电的随机性、波动性和间歇性，使得风电场的无功电压问题成为影响风电场乃至整个电网安全稳定运行的重要因素之一，尤其是在我国实行“大规模集群式开发，远距离集中式送出”的风电开发战略后，频频发生风电场内风机因电压问题而脱网的运行事故，使得风电场的无功电压控制问题亟待解决。
国内外已有大量文献在风电并网的无功电压问题方面做了深入研究。风电机组分为恒速恒频风电机组和变速恒频风电机组，恒速恒频风电机组主要是鼠笼式异步风电机组，变速恒频风电机组包括双馈感应风电机组和直驱式永磁同步风电机组，不同类型的风电机组并网对电力系统电压稳定产生的影响不同。
解决异步型风电场接入电网引起的无功电压问题，通常采用在风电场升压站低压侧母线并联电容器的方法来提高并网点的电压水平。双馈感应风电机组具有一定的无功调节能力，但其无功调节能力受有功出力变化影响，不足以完全满足风电场的无功需求，双馈型风电场的无功补偿问题也需要考虑。
因此，基于目前最主流的双馈风电机组的控制机理，提出了一种双馈风电场分工况分模式的电压控制方法，实现对风电场并网点电压的合理有效控制，维持风电并网区域电网的电压稳定。
发明内容
为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，该方法基于双馈风电机组的运行特性与控制特性，实现对电网电压的跟踪与快速支持，达到提高区域电网电压合格率和稳定水平的目的。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，包括：
步骤一：接收电网调度中心下发的双馈风电场并网PCC点电压参考值并实时采集双馈风电场并网PCC点实时电压
步骤二：判断PCC点电压是否满足其中，UD为电压允许波动范围，若满足，则返回步骤一；若不满足，则进入下一步；
步骤三：判断是否成立，其中，UT为电压允许波动阈值，若成立，则双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式；否则，进入应急电压控制模式。
当双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式时：
Qpre＝k×Qref (1)
其中，Qpre为双馈风电场总的无功可调容量的预测值；Qref为双馈风电场总的无功需求量；k为对转子侧变换器的无功控制的无功任务分配的比例系数。
当双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式时，依据风电场电压/无功灵敏度信息，通过PI环节控制实现电压偏差与无功参考值之间的转换，得到双馈风电场无功控制的偏差量ΔQ，则双馈风电场总的无功需求量Qref为：
Qref＝ΔQ+Qmea (2)
其中，Qmea为PCC点测量到的当前无功输出量。
所述对转子侧变换器的无功控制的无功任务分配的比例系数k为：
其中，Qpre为双馈风电场总的无功可调容量的预测值；Qi_pre为双馈机组i的无功可调容量预测值；n为双馈机组的总数。
若Qref＞0.9Qpre，则无功任务分配的比例系数k为0.9，剩余的无功可由风电场配备的无功补偿设备SVC或STATCOM承担。
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护未动作时，转子侧变换器对风电机组定子侧有功和无功均进行解耦控制。
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护未动作时，根据双馈风电场的装机容量等比例分配系统无功需求量，即
其中，Si为双馈风电机组i的容量，Stotal为整个双馈风电场的装机容量；Qi_pre为双馈机组i的无功可调容量预测值；Qref为双馈风电场总的无功需求量。
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护未动作时，通过双馈风电机组控制器输出无功指令，调整无功电流优先级来对转子侧变换器进行无功控制，进而输出给定无功功率，该给定无功功率与双馈机组i的无功可调容量预测值Qi_pre相等，实现对故障电压的支撑。
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护动作时，转子侧变换器被旁路，双馈风电机组等同于普通绕线式异步电机，失去有功无功的解耦控制能力。
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护动作时，网侧换流器工作于STATCOM状态，置双馈风电场总的无功需求量Qref为1，网侧换流器输出额定容量的无功。
本发明的有益效果为：
本发明的双馈风电场分工况分模式的电压控制方法，通过对风电场并网点电压的合理有效控制，在不同的运行工况下采取不同的无功电压控制模式，充分利用双馈机组本身的无功可调能力，实现对电网电压的跟踪与快速支持，达到提高区域电网电压合格率和稳定水平的目的，同时大大降低风电场无功补偿设备备用容量，减少风电场建设与运维成本。
附图说明
图1是本发明的电压控制方法流程图；
图2是正常控制模式下转子电流限幅环节；
图3是应急控制模式下转子电流限幅环节。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
如图1所示，本发明的用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，包括：
步骤一：接收电网调度中心下发的双馈风电场并网PCC点电压参考值并实时采集双馈风电场并网PCC点实时电压
步骤二：判断PCC点电压是否满足其中，UD为电压允许波动范围，若满足，则返回步骤一；若不满足，则进入下一步；
步骤三：判断是否成立，其中，UT为电压允许波动阈值，若成立，则双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式；否则，进入应急电压控制模式。
当双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式时，根据双馈风电场的装机容量等比例分配系统无功需求量：
Qpre＝k×Qref (6)
其中，Qpre为双馈风电场总的无功可调容量的预测值；Qref为双馈风电场总的无功需求量；至此，通过以上计算分析得到各双馈机组的无功功率参考值。通过双馈风电机组控制器为各机组指定当前运行控制目标，实现对风电场无功电压的控制。
当双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式时，依据风电场电压/无功灵敏度信息，通过PI环节控制实现电压偏差与无功参考值之间的转换，得到双馈风电场无功控制的偏差量ΔQ，则双馈风电场总的无功需求量Qref为：
Qref＝ΔQ+Qmea (7)
其中，Qmea为PCC点测量到的当前无功输出量。
为充分利用机组本身的无功可调容量，且不影响风电场的有功输出，可采取按等比例的方式进行无功任务的分配。其中，比例系数k为：
其中，Qpre为双馈风电场总的无功可调容量的预测值；Qi_pre为双馈机组i的无功可调容量预测值；n为双馈机组的总数。
若Qref＞0.9Qpre，则无功任务分配的比例系数k为0.9，剩余的无功可由风电场配备的无功补偿设备SVC或STATCOM承担，其中，SVC表示高压静态无功补偿装置，STATCOM表示静止同步补偿器(Static Synchronous Compensator，又称SVG)。
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护未动作时，转子侧变换器对风电机组定子侧有功和无功均进行解耦控制。
其中，各双馈风电机组的控制，包括功率控制外环和电流控制内环，而且在双馈风电机组控制的过程中设有限幅环节，用于限定转子有功功率；在功率控制外环，通过对双馈风电机组无功功率参考值与测量值偏差的PI控制，得到转子无功电流q轴分量的参考值和转子无功电流d轴分量的参考值
在限幅环节中根据有功电流与无功电流的优先级，确定无功电流参考值大小，并在电流控制内环中针对无功电流参考值与测量值的偏差进行PI控制，得到转子侧变换器PWM控制的q轴调制系数，实现转子侧变换器对无功功率的有效控制。
在正常电压控制模式下，由于电压偏差不大，系统无功缺额相对较小，为保证风电场运行的经济性，进行转子电流分量限幅控制时仍采用有功电流优先的策略，如图2所示，即在保证风电机组有功输出的前提下，参与系统无功电压控制。在正常电压控制模式下，幅环节的转子无功电流d轴分量的参考值与输入转子无功电流d轴分量的参考值相等，转子无功电流q轴分量的参考值为：
其中，Irated表示转子无功电流q轴分量的额定值。
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护未动作时，转子侧变换器仍具有对风电机组定子侧有功无功的解耦控制能力。且系统当前运行状态决定了此时风电机组的控制以优先恢复系统电压为目标，可暂时牺牲部分有功功率而增大双馈风电机组的无功输出。在该控制模式下，可根据双馈风电场的装机容量等比例分配系统无功需求量，即：
其中，Si为双馈风电机组i的容量，Stotal为整个双馈风电场的装机容量；Qi_pre为双馈机组i的无功可调容量预测值；Qref为双馈风电场总的无功需求量。
此时，通过双馈风电机组控制器输出无功指令，调整无功电流优先级，如图3所示，实现对转子侧变换器的无功控制，输出给定无功功率，其与双馈机组i的无功可调容量预测值Qi_pre相等，进而对故障电压进行支撑。
在应急电压控制模式下，由于系统电压偏差较大，双馈风电机组的控制应以优先恢复系统电压为目标，可适当牺牲部分有功功率。因此，进行转子电流分量限幅控制时采用无功电流优先的策略，如图3所示，即双馈风电机组优先发出无功功率，参与系统无功电压控制。在应急电压控制模式下，限幅环节的转子无功电流q轴分量的参考值与输入转子无功电流q q轴分量的参考值相等，转子无功电流d轴分量的参考值为：
其中，Irated表示转子无功电流q轴分量的额定值。
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护动作时，转子侧变换器被旁路，双馈风电机组等同于普通绕线式异步电机，失去有功无功的解耦控制能力。
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护动作时，网侧换流器工作于STATCOM状态，由正常运行时的维持直流环节电压恒定，与系统间不进行无功交互的控制模式切换到为系统提供紧急无功支撑模式，且置双馈风电场总的无功需求量Qref为1，即发出额定容量的无功，一方面补偿风电机组重建励磁所需的无功，另一方面为电网提供无功支撑，保证故障电压的迅速恢复。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (6)
1.一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，其特征在于，包括：
步骤一：接收电网调度中心下发的双馈风电场并网PCC点电压参考值并实时采集双馈风电场并网PCC点实时电压
步骤二：判断PCC点电压是否满足其中，UD为电压允许波动范围，若满足，则返回步骤一；若不满足，则进入下一步；
步骤三：判断是否成立，其中，UT为电压允许波动阈值，若成立，则双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式；否则，进入应急电压控制模式；
当双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式时：
Qpre＝k×Qref (11)
其中，Qpre为双馈风电场总的无功可调容量的预测值；Qref为双馈风电场总的无功需求量；k为对转子侧变换器的无功控制的无功任务分配的比例系数；
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护未动作时，转子侧变换器对风电机组定子侧有功和无功均进行解耦控制；
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护动作时，转子侧变换器被旁路，双馈风电机组等同于普通绕线式异步电机，失去有功无功的解耦控制能力；
当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护动作时，网侧换流器工作于STATCOM状态，置双馈风电场总的无功需求量Qref为1，网侧换流器输出额定容量的无功。
2.如权利要求1所述的一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，其特征在于，当双馈风电场的无功电压控制处于正常电压控制模式时，依据风电场电压/无功灵敏度信息，通过PI环节控制实现电压偏差与无功参考值之间的转换，得到双馈风电场无功控制的偏差量ΔQ，则双馈风电场总的无功需求量Qref为：
Qref＝ΔQ+Qmea (12)
其中，Qmea为PCC点测量到的当前无功输出量。
3.如权利要求1所述的一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，其特征在于，所述对转子侧变换器的无功控制的无功任务分配的比例系数k为：
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其中，Qpre为双馈风电场总的无功可调容量的预测值；Qi_pre为双馈机组i的无功可调容量预测值；n为双馈机组的总数。
4.如权利要求3所述的一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，其特征在于，若Qref＞0.9Qpre，则无功任务分配的比例系数k为0.9，剩余的无功可由风电场配备的无功补偿设备SVC或STATCOM承担。
5.如权利要求1所述的一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，其特征在于，当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护未动作时，根据双馈风电场的装机容量等比例分配系统无功需求量，即
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其中，Si为双馈风电机组i的容量，Stotal为整个双馈风电场的装机容量；Qi_pre为双馈机组i的无功可调容量预测值；Qref为双馈风电场总的无功需求量。
6.如权利要求5所述的一种用于双馈风电场的分工况分模式电压控制方法，其特征在于，当双馈风电场的无功电压控制处于应急电压控制模式，且crowbar保护未动作时，通过双馈风电机组控制器输出无功指令，调整无功电流优先级来对转子侧变换器进行无功控制，进而输出给定无功功率，该给定无功功率与双馈机组i的无功可调容量预测值Qi_pre相等，实现对故障电压的支撑。
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