一種避免大型風(fēng)電場諧振的控制方法及其裝置制造方法
【專利摘要】一種避免大型風(fēng)電場發(fā)生諧振的控制方法，包括以下步驟：1)數(shù)據(jù)測量采集與處理分析，以風(fēng)電場出口為測量點，采集電壓和電流數(shù)據(jù)，依次進行高通濾波HPF、離散傅里葉分解DFT信號處理，利用戴維南等效定理，求出風(fēng)電場系統(tǒng)的諧波阻抗，對計算的諧波阻抗結(jié)果進行分析，得到諧振頻率；2)并聯(lián)電容器投切容量邏輯計算，在某電容器容量下以切出、投入的次序判斷，電場并網(wǎng)點阻抗值是否位于兩個阻抗中間值的±30％范圍內(nèi)，直至滿足要求為止；3)晶閘管控制電容器組合并入電網(wǎng)運行。以及提供一種避免大型風(fēng)電場發(fā)生諧振的控制裝置。本發(fā)明能有效避免出現(xiàn)高次諧波諧振、消除安全隱患。
【專利說明】-種避免大型風(fēng)電場諧振的控制方法及其裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電場【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種避免風(fēng)電場諧振的控制方法及其控制裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，影響著各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通W及 家庭中的廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致了諧波問題日益突出，諧波造成的危害日益嚴重。
[0003] 長期W來，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)走"大規(guī)模、高度集中開發(fā)，W及遠距離、高電壓輸送"的 路線，開發(fā)大型風(fēng)電場，融入大電網(wǎng)。風(fēng)電并網(wǎng)會引起電能質(zhì)量問題，由于諧波對于電網(wǎng)的 影響和危害十分嚴重，因此風(fēng)機接入電網(wǎng)的諧波問題成為備受關(guān)注的電能質(zhì)量問題之一。 目前，大型風(fēng)電場并網(wǎng)運行過程中出現(xiàn)的諧波和諧振問題日益突出，全國多處風(fēng)場出現(xiàn)了 風(fēng)電場內(nèi)部諧振事故。風(fēng)電場諧振的發(fā)生導(dǎo)致了風(fēng)電場內(nèi)的風(fēng)機大面積脫網(wǎng)甚至燒毀風(fēng)機 模塊，造成嚴重的后果W及經(jīng)濟損失，引起了業(yè)主、電網(wǎng)公司W(wǎng)及整機廠家的重點關(guān)注。
[0004] 諧波產(chǎn)生的主要原因是由于系統(tǒng)的發(fā)、輸、用電環(huán)節(jié)中出現(xiàn)了非線性負載，形成非 正弦的電壓和電流，產(chǎn)生諧波。發(fā)電環(huán)節(jié)中，由于發(fā)電機很難做到絕對對稱，使得發(fā)出的電 能質(zhì)量降低；輸電環(huán)節(jié)中，變壓器的飽和特性，導(dǎo)致了奇次諧波的產(chǎn)生；用電環(huán)節(jié)中，電力 電子器件的廣泛使用，會產(chǎn)生大量的諧波電壓和電流，成為電網(wǎng)中最大的諧波源。同時，諧 振會導(dǎo)致諧波電流和電壓的放大，并聯(lián)諧振引起嚴重的電壓失真，串聯(lián)諧振引起嚴重的電 流失真。
[0005] 風(fēng)電系統(tǒng)中，諧波產(chǎn)生的主要來源有兩方面；一方面，風(fēng)電機組中使用的電力電子 裝置，可能會產(chǎn)生諧波。對于恒速風(fēng)力發(fā)電機組，軟并網(wǎng)系統(tǒng)在機組啟動階段，采用晶間管 移相觸發(fā)方式平穩(wěn)的完成風(fēng)機并網(wǎng)，晶間管的移相控制會產(chǎn)生諧波。對于變速恒頻機組，變 流器裝置參與風(fēng)機運行，接入系統(tǒng)，所W會產(chǎn)生一定的諧波。另一方面，電網(wǎng)的背景諧波注 入風(fēng)電場，會導(dǎo)致風(fēng)電場的串聯(lián)諧振而產(chǎn)生較大的諧波電流，從而引發(fā)背景諧波的放大。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 為了克服已有風(fēng)電場中無法避免出現(xiàn)高次諧波諧振問題、存在安全隱患的不足， 本發(fā)明提供了一種有效避免出現(xiàn)高次諧波諧振、消除安全隱患的避免大型風(fēng)電場諧振的控 制方法及其裝置。
[0007] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種避免大型風(fēng)電場發(fā)生諧振的控制方法，所述控制方法包括W下步驟：
[0009] 1)數(shù)據(jù)測量采集與處理分析
[0010] W風(fēng)電場出口為測量點，采集電壓和電流數(shù)據(jù)，依次進行高通濾波HPF、離散傅里 葉分解DFT信號處理，利用戴維南等效定理，求出風(fēng)電場系統(tǒng)的諧波阻抗；
[0011] 對計算的諧波阻抗結(jié)果進行分析，畫出阻抗幅值Z與諧波次數(shù)h的關(guān)系圖，阻抗角 Pz與諧波次數(shù)h的關(guān)系圖；諧振點由阻抗幅值較大且阻抗角為零確定，計算得到諧振頻率； 存儲諧波阻抗計算結(jié)果及諧振頻率；
[0012] 2)并聯(lián)電容器投切容量邏輯計算
[001引 電容器組分為m組電容器，其容量值為等比數(shù)列遞增，分別為Cfi、2Cfi、…、 容量值形成2--1種容量組合；
[0014] 2. 1)投切容量值從2--1種電容容量組合中按從小到大的順序依次選??；
[001引 2.。根據(jù)諧振點n及相鄰兩個頻次n-1、n+1對應(yīng)的阻抗值為Z(n)、z(n-l)、 Z (n+1)，計算兩個阻抗中也點，采用如下公式：
【權(quán)利要求】
1. 一種避免大型風(fēng)電場發(fā)生諧振的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步 驟： 1) 數(shù)據(jù)測量采集與處理分析 以風(fēng)電場出口為測量點，采集電壓和電流數(shù)據(jù)，依次進行高通濾波HPF、離散傅里葉分 解DFT信號處理，利用戴維南等效定理，求出風(fēng)電場系統(tǒng)的諧波阻抗； 對計算的諧波阻抗結(jié)果進行分析，畫出阻抗幅值Z與諧波次數(shù)h的關(guān)系圖，阻抗角I與 諧波次數(shù)h的關(guān)系圖；諧振點由阻抗幅值較大且阻抗角為零確定，計算得到諧振頻率；存儲 諧波阻抗計算結(jié)果及諧振頻率； 2) 并聯(lián)電容器投切容量邏輯計算 電容器組分為m組電容器，其容量值為等比數(shù)列遞增，分別為Cfl、2Cfl、…、ZnrlC fl容量 值形成2m-l種容量組合； 2. 1)投切容量值從2m-l種電容容量組合中按從小到大的順序依次選?。? 2. 2)根據(jù)諧振點n及相鄰兩個頻次n-1、n+1對應(yīng)的阻抗值為Z(n)、Z(n-l)、Z(n+1)， 計算兩個阻抗中心點，采用如下公式：
在某電容器容量下以切出、投入的次序判斷，電場并網(wǎng)點阻抗值是否位于兩個阻抗中 間值的±30%范圍內(nèi)，直至滿足要求為止； 3) 晶閘管控制電容器組合并入電網(wǎng)運行： 每個電容器分別通過晶閘管與風(fēng)電場的公共連接點連接，對選定的電容器通過晶閘管 的通斷控制電容器的投切。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種避免大型風(fēng)電場發(fā)生諧振的控制方法，其特征在于：所述 步驟3)中，每個晶閘管均與觸發(fā)電路連接，通過觸發(fā)電路實現(xiàn)電容器的投切。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種避免大型風(fēng)電場發(fā)生諧振的控制方法，其特征在于：所述步驟1)中，阻抗計算利用如下公式：
其中，ZQO、Z.e#是風(fēng)電場系統(tǒng)諧波阻抗值，R是風(fēng)電場系統(tǒng)諧波電阻值，Xhf是風(fēng)電 場系統(tǒng)諧波電抗值，[/? 風(fēng)電場PCC點電壓測量值，/?￡>#風(fēng)電場PCC點電流測量值。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的避免大型風(fēng)電場發(fā)生諧振的控制方法實現(xiàn)的裝置，其特征 在于：所述裝置包括： 電容器組，分為m組電容器，其容量值為等比數(shù)列遞增，分別為Cfl、2Cfl、…、ZnrlC fl容量 值形成2m-l種容量組合； 晶閘管脈沖觸發(fā)電路，每個電容器分別通過晶閘管與風(fēng)電場的公共連接點連接，所述 晶閘管受控于所述觸發(fā)電路； 風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓和電流檢測模塊，用于對風(fēng)電場的公共連接點的電壓和電流信號進 行采樣以獲取風(fēng)電場實時運行數(shù)據(jù)； 信號處理模塊，用于對電壓和電流信號進行高通濾波HPF、離散傅里葉分解DFT號處 理； 風(fēng)電場阻抗計算模塊，用于計算風(fēng)電場并網(wǎng)點的各次諧波阻抗值； 阻抗分析模塊，用于畫出阻抗幅值Z與諧波次數(shù)h的關(guān)系圖，阻抗角I與諧波次數(shù)h的 關(guān)系圖，并確定阻抗幅值最大且阻抗角為零的點為諧振點； 以及，電容器組投切邏輯模塊，用于從2m-l種容量組合中按從小到大的規(guī)則依次選取， 電容器組投切方式選擇依據(jù)是判定電容投切后風(fēng)電場并網(wǎng)點阻抗值位于投切前兩相鄰諧 振點阻抗中間值的±30%范圍內(nèi)，確定電容器組后向觸發(fā)電路發(fā)出投切控制指令； 所述風(fēng)電場并網(wǎng)點電壓和電流檢測模塊與所述信號處理模塊連接，所述信號處理模塊 與所述風(fēng)電場阻抗計算模塊連接，所述風(fēng)電場阻抗計算模塊與所述阻抗分析模塊連接，所 述阻抗分析模塊與所述電容器組投切邏輯模塊連接，所述電容器組投切邏輯模塊與所述觸 發(fā)電路連接。
5. 如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于：所述阻抗計算模塊中，基于戴維南等效定 理，風(fēng)電場并網(wǎng)點的各次諧波阻抗值的計算公式如下：
其中，ZQO、Z 是風(fēng)電場系統(tǒng)諧波阻抗值，R是風(fēng)電場系統(tǒng)諧波電阻值，Xhf是風(fēng)電 場系統(tǒng)諧波電抗值，風(fēng)電場PCC點電壓測量值，j.風(fēng)電場PCC點電流測量值。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于：所述電容器組投切邏輯模塊中，投切容 量值從2m-l種電容容量組合中按從小到大的順序依次選取，根據(jù)諧振點n及相鄰兩個頻次 n-1、n+1對應(yīng)的阻抗值為Z (n)、Z (n-1)、Z (n+1)，計算兩個阻抗中心點Zm ^、Zm (n+1)，采用 如下公式：
在某電容器容量下以切出、投入的次序判斷，電場并網(wǎng)點阻抗值是否位于兩個阻抗中 間值的±30%范圍內(nèi)，直至滿足要求為止。
7. 如權(quán)利要求4或5所述的裝置，其特征在于：每個電容器均與電阻串聯(lián)。
【文檔編號】H02J3/01GK104362628SQ201410507505
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】楊靖, 許國東, 應(yīng)有, 朱凌志, 陳寧, 錢敏惠, 姜達軍, 施濤, 韓華玲 申請人:浙江運達風(fēng)電股份有限公司, 國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 中國電力科學(xué)研究院