一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)電控制領(lǐng)域，特別是涉及一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)的日趨嚴(yán)重，可再生能源技術(shù)的飛速發(fā)展，全球風(fēng)電裝機(jī)容量以平均每年高于20%的速度增長(zhǎng)，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為具有相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)業(yè)。截止2013年底，全球風(fēng)力發(fā)電累計(jì)裝機(jī)容量已達(dá)到3.18億千瓦，共安裝有三百多個(gè)風(fēng)電場(chǎng)。風(fēng)電場(chǎng)開發(fā)和運(yùn)維成本中有很大一部分用于自動(dòng)無功功率補(bǔ)償裝置上，以寧夏某風(fēng)電場(chǎng)為例，MCR型SVC單月耗電量可達(dá)20萬千瓦?？紤]到自動(dòng)無功功率補(bǔ)償裝置高額的用電成本，越來越多的業(yè)主要求風(fēng)電機(jī)組作分散式無功功率補(bǔ)償，優(yōu)先控制機(jī)組發(fā)出無功功率補(bǔ)償系統(tǒng)電壓，這樣，在調(diào)度風(fēng)電機(jī)組發(fā)出無功功率的情況下，如果發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落，機(jī)組在進(jìn)入低電壓穿越前就已經(jīng)處于發(fā)出無功功率狀態(tài)。因此，在調(diào)度風(fēng)電機(jī)組發(fā)出無功功率期間發(fā)生電網(wǎng)電壓跌落則需做到穩(wěn)態(tài)運(yùn)行至電網(wǎng)電壓跌落機(jī)組低穿和機(jī)組低穿至電網(wǎng)電壓恢復(fù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的無縫切換，否則存在的許多未知風(fēng)險(xiǎn)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組故障停機(jī)脫網(wǎng)，如過壓、長(zhǎng)時(shí)間欠壓等。但目前機(jī)組的低穿方法均是基于機(jī)組未發(fā)出無功功率的初始狀態(tài)，未考慮機(jī)組在低穿前已發(fā)出無功功率的情況。
[0003]專利CN 103187734 A全功率風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)變流器低電壓穿越控制方法，包括:I)檢測(cè)中間直流電壓，得到中間直流電壓反饋值，與中間直流電壓指令值比較，其差值輸入電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器控制中間直流電壓跟隨中間直流電壓指令值；2)電壓調(diào)節(jié)器的輸出是電網(wǎng)側(cè)變流器有功電流指令值，在低電壓穿越階段需要限制有功電流的指令值，確保網(wǎng)側(cè)變流器能夠按照最大能力向電網(wǎng)輸出能量而不出現(xiàn)過流故障；3)低電壓穿越期間，改變發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)給定值，通過磁場(chǎng)調(diào)節(jié)器迅速減小風(fēng)力發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)，使發(fā)電機(jī)的輸出功率減小，保證變流器的輸入和輸出功率平衡；4)在低電壓穿越的過程中可以認(rèn)為風(fēng)速不變，發(fā)電機(jī)的機(jī)械輸入功率近似不變；在發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)減小后，發(fā)電機(jī)的輸出電功率降低，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸入輸出功率不平衡，發(fā)電機(jī)升速；由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，可以保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速始終處于正常范圍內(nèi)；電網(wǎng)電壓恢復(fù)后，并網(wǎng)功率會(huì)迅速上升，造成中間直流電壓下降:1)檢測(cè)到中間直流電壓下降，得到中間直流電壓反饋值，與中間直流電壓指令值比較，其差值輸入電壓調(diào)節(jié)器，電壓調(diào)節(jié)器控制中間直流電壓跟隨中間直流電壓指令值；2)電壓調(diào)節(jié)器的輸出是電網(wǎng)側(cè)變流器有功功率指令值，在正常工作的條件下能夠穩(wěn)定控制風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)變流器有功功率，確保變流器的功率平衡；3)隨著電網(wǎng)側(cè)電壓的慢慢恢復(fù)，逐步將發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)給定值恢復(fù)至正常，發(fā)電機(jī)的輸出功率增加；根據(jù)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程，電機(jī)的輸入輸出功率逐漸恢復(fù)平衡，電機(jī)轉(zhuǎn)速不再升高；至此，低電壓期間的一個(gè)調(diào)節(jié)過程結(jié)束。
[0004]該專利中所提到的方法未明確說明低穿期間變流器無功功率的控制方法，亦不能做到風(fēng)電機(jī)組發(fā)出無功功率期間，電網(wǎng)電壓跌落時(shí)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行至電網(wǎng)電壓跌落機(jī)組低穿和機(jī)組低穿至電網(wǎng)電壓恢復(fù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的無縫切換。
[0005]由此可見，上述現(xiàn)有的全功率風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)變流器低電壓穿越控制方法在使用上，顯然存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何能創(chuàng)設(shè)一種基于機(jī)組在低穿前已經(jīng)處于發(fā)出無功功率狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行與低電壓穿越無縫切換的新的一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法，使其基于機(jī)組在低穿前已經(jīng)處于發(fā)出無功功率狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行與低電壓穿越無縫切換，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法，在機(jī)組進(jìn)入低電壓穿越瞬間，將全功率變流器接收到的無功功率指令Qref凍結(jié)，求取對(duì)應(yīng)的無功電流值Id’，并判斷Qref是感性無功功率指令還是容性無功功率指令:當(dāng)Qref是感性無功功率指令時(shí)，計(jì)算{_[K*Iconverter*(V-Vl)/Vn]+Idl}得到無功電流值Id，在低穿期間，全功率變流器會(huì)屏蔽主控給出的感性無功指令，變流器實(shí)際執(zhí)行無功電流Ireactive = Id，直至電壓恢復(fù)后再接收并執(zhí)行主控給出的感性無功指令；當(dāng)Qref是容性無功功率指令時(shí)，計(jì)算{-[K*Iconverter*(V-Vl)/Vn]+Idl}得到無功電流值Id，在低穿期間，全功率變流器屏蔽主控給出的容性無功功率指令，變流器比較Id’與Id，得到變流器實(shí)際執(zhí)行無功電流Ireactive = -MAX(Id’，Id)，直至電壓恢復(fù)后再接收并執(zhí)行主控給出的容性無功指令；上述V為實(shí)時(shí)采集的并網(wǎng)點(diǎn)額定正序電壓標(biāo)么值，各標(biāo)么值的基準(zhǔn)值為并網(wǎng)點(diǎn)額定線電壓，Vl取0.9p.u，V2取0.5p.u，Vn取值為lp.u，Iconverter為變流器的額定電流，Iconverter_max為變流器允許的短時(shí)間最大電流，K = (Id2_Idl)/(V2-V1)，Id2 =100% * I convert er_max, Idl = a*Iconverter，a 為 0% -20
[0008]作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述Id’ = Qref/Us，其中，Us取0.9p.U，所述a取20%，所述K取2。
[0009]采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]本發(fā)明提出的無功功率控制方法可以在風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)發(fā)出無功功率條件下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行至電網(wǎng)電壓跌落機(jī)組低穿和機(jī)組低穿至電網(wǎng)電壓恢復(fù)后穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的無縫切換，可以降低已經(jīng)發(fā)出無功功率的機(jī)組在過壓、長(zhǎng)時(shí)間欠壓等條件下無法做到低穿無縫切換而報(bào)出故障的概率，同時(shí)提高了機(jī)組的并網(wǎng)適應(yīng)性。
【附圖說明】
[0011]上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0012]圖1是主控給出感性無功功率指令時(shí)低穿無功功率控制方法示意圖。
[0013]圖2是主控給出容性無功功率指令時(shí)低穿無功功率控制方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明主要針對(duì)風(fēng)電機(jī)組的全功率變流器，提供一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法。
[0015]風(fēng)電機(jī)組在低電壓穿越下的控制過程為:1、電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落；2、全功率變流器檢測(cè)到電網(wǎng)電壓跌落；3、執(zhí)行低電壓穿越并根據(jù)本發(fā)明發(fā)出無功電流。
[0016]本發(fā)明一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法，在機(jī)組進(jìn)入低電壓穿越瞬間，將全功率變流器接收到的無功功率指令Qref凍結(jié)，求取對(duì)應(yīng)的無功電流值Id’，Id’的計(jì)算公式為Id’ = Qref/Us，其中，Us取值為0.9p.U，并判斷Qref是感性無功功率指令還是容性無功功率指令:
[0017]當(dāng)Qref是感性無功功率指令時(shí)，計(jì)算{-[K*Iconverter*(V_Vl)/Vn]+Idl}得到無功電流值Id，在低穿期間，全功率變流器會(huì)屏蔽主控給出的感性無功指令，變流器實(shí)際執(zhí)行無功電流Ireactive = Id，直至電壓恢復(fù)后再接收并執(zhí)行主控給出的感性無功指令，按照?qǐng)D1中曲線發(fā)出感性無功功率以支撐電網(wǎng)電壓。
[0018]當(dāng)Qref是容性無功功率指令時(shí)，計(jì)算{-[K*Iconverter*(V_Vl)/Vn]+Idl}得到無功電流值Id，在低穿期間，全功率變流器屏蔽主控給出的容性無功功率指令，變流器比較Id’與Id，得到變流器實(shí)際執(zhí)行無功電流Ireact ive = -MAX (Id’，Id)，直至電壓恢復(fù)后再接收并執(zhí)行主控給出的容性無功指令，按照?qǐng)D2中曲線發(fā)出容性無功功率以支撐電網(wǎng)電壓。
[0019]上述V為電網(wǎng)正序電壓標(biāo)幺值，Vl取0.9p.u，V2取0.5p.u，Vn取值為Ip.U，Iconverter為變流器的額定電流，Iconverter_max為變流器允許的短時(shí)間最大電流，Id2=100% * I convert er_max, Idl = a*Iconverter, a 為 0% -20%, a 優(yōu)選為 20%。
[0020]K按照K = (Id2-1dl)/(V2-Vl)取值，K的取值需要保證風(fēng)電場(chǎng)注入電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)無功電流Id滿足Id彡1.5X (0.9-V) Iconverter，優(yōu)選為2。V為實(shí)時(shí)采集的并網(wǎng)點(diǎn)額定正序電壓標(biāo)么值，各標(biāo)么值的基準(zhǔn)值為并網(wǎng)點(diǎn)額定線電壓。V3與變流器硬件設(shè)備本身保護(hù)有關(guān)，各變流器設(shè)備選型不同會(huì)導(dǎo)致V3取值的不同，根據(jù)各變流器最大欠壓運(yùn)行能力可得到V3取值在Op.u至0.2p.u之間。
[0021]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法，其特征在于，在機(jī)組進(jìn)入低電壓穿越瞬間，將全功率變流器接收到的無功功率指令Qref凍結(jié)，求取對(duì)應(yīng)的無功電流值Id’，并判斷Qref是感性無功功率指令還是容性無功功率指令: 當(dāng)Qref是感性無功功率指令時(shí)，計(jì)算{_[K*Iconverter*(V-Vl)/Vn]+Idl}得到無功電流值Id，在低穿期間，全功率變流器會(huì)屏蔽主控給出的感性無功指令，變流器實(shí)際執(zhí)行無功電流Ireactive = Id，直至電壓恢復(fù)后再接收并執(zhí)行主控給出的感性無功指令； 當(dāng)Qref是容性無功功率指令時(shí)，計(jì)算{-[K*Iconverter*(V_Vl)/Vn]+Idl}得到無功電流值Id，在低穿期間，全功率變流器屏蔽主控給出的容性無功功率指令，變流器比較Id’與Id，得到變流器實(shí)際執(zhí)行無功電流Ireactive = _MAX(Id’，Id)，直至電壓恢復(fù)后再接收并執(zhí)行主控給出的容性無功指令； 上述V為實(shí)時(shí)采集的并網(wǎng)點(diǎn)額定正序電壓標(biāo)么值，各標(biāo)么值的基準(zhǔn)值為并網(wǎng)點(diǎn)額定線電壓，Vl取0.9p.u，V2取0.5p.u，Vn取值為lp.u，Iconverter為變流器的額定電流，Iconverter_max 為變流器允許的短時(shí)間最大電流，K = (Id2_Idl)/(V2-V1)，Id2 = 100%* I convert er_max, Idl = a 氺 Iconverter，a 為 0% _20%o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法，其特征在于所述Id’ = Qref/Us，其中，Us取0.9ρ.U。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法，其特征在于所述a取20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法，其特征在于所述K取2。
【專利摘要】本發(fā)明是有關(guān)于一種風(fēng)電機(jī)組全功率變流器低電壓穿越無功功率控制方法，在機(jī)組進(jìn)入低電壓穿越瞬間，將全功率變流器接收到的無功功率指令Qref凍結(jié)，求取對(duì)應(yīng)的無功電流值Id’：當(dāng)Qref是感性無功功率指令時(shí)，計(jì)算得到無功電流值Id，變流器實(shí)際執(zhí)行無功電流Ireactive＝Id；當(dāng)Qref是容性無功功率指令時(shí)，計(jì)算得到無功電流值Id，得到變流器實(shí)際執(zhí)行無功電流Ireactive＝-MAX(Id’,Id)。本發(fā)明可以在機(jī)組已經(jīng)發(fā)出無功功率條件下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行至電網(wǎng)電壓跌落機(jī)組低穿和機(jī)組低穿至電網(wǎng)電壓恢復(fù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的無縫切換。
【IPC分類】H02J3-18
【公開號(hào)】CN104734165
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510179751
【發(fā)明人】唐彬偉, 隨德光, 趙亮
【申請(qǐng)人】北京天源科創(chuàng)風(fēng)電技術(shù)有限責(zé)任公司
【公開日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日