專利名稱：一種風電場低電壓穿越控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種風電場低電壓穿越控制方法，具體地說是一種具有風電場低電壓穿越功能的系統(tǒng)和裝置的控制方法。
背景技術：
近年來風力發(fā)電迅速發(fā)展，風電占供電比重也隨之增長迅速。由此帶來的問題也引起了廣泛的重視.特別是在電網(wǎng)出現(xiàn)故障導致電壓跌落后，風力機組如果紛紛解列會帶來系統(tǒng)暫態(tài)不穩(wěn)定，并可能造成局部甚至是系統(tǒng)全面癱瘓，因此電網(wǎng)企業(yè)對風機并網(wǎng)提出了一定的要求，低電壓穿越(低電壓穿越)能力就是要求風機或風電場必須能夠滿足的一項強制性標準或規(guī)范。并網(wǎng)風力發(fā)電設備與傳統(tǒng)的并網(wǎng)發(fā)電設備，如火力發(fā)電設備或水力發(fā)電設備最大的區(qū)別在于，其在電網(wǎng)故障期間并不能維持電網(wǎng)的電壓和頻率，這對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性非常不利。電網(wǎng)故障是電網(wǎng)的一種非正常運行形式，主要有輸電線路短路或斷路，如三相對地，單相對地以及線間短路或斷路等，它們會引起電網(wǎng)電壓幅值的劇烈變化。低電壓穿越(Low voltage ride through,低電壓穿越)，是指在風機并網(wǎng)點電壓跌落的時候，風機能夠保持并網(wǎng)，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支持電網(wǎng)恢復，直到電網(wǎng)恢復正常，從而“穿越”這個低電壓時間(區(qū)域)。根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW 392-2009《風電場接入電網(wǎng)技術規(guī)定》中第8條“風電場低電壓穿越”的描述， 風電場低電壓穿越應該達到如下要求:1、基本要求I)風電場內(nèi)的風電機組具有在并網(wǎng)點電壓跌至20 %額定電壓時能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行625毫秒的能力；2)風電場并網(wǎng)點電壓在發(fā)生跌落后2s內(nèi)能夠恢復到額定電壓的90%時，風電場內(nèi)的風電機組能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。2、不同故障類型的考核要求對于電網(wǎng)發(fā)生不同類型故障的情況，對風電場低電壓穿越的要求如下:I)當電網(wǎng)發(fā)生三相短路故障引起并網(wǎng)點電壓跌落時，風電場并網(wǎng)點各線電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時，場內(nèi)風電機組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行；風電場并網(wǎng)點任意一線電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時，場內(nèi)風電機組允許從電網(wǎng)切出。2)當電網(wǎng)發(fā)生兩相短路故障引起并網(wǎng)點電壓跌落時，風電場并網(wǎng)點各線電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時，場內(nèi)風電機組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行；風電場并網(wǎng)點任意一線電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時，場內(nèi)風電機組允許從電網(wǎng)切出。3)當電網(wǎng)發(fā)生單相接地短路故障引起并網(wǎng)點電壓跌落時，風電場并網(wǎng)點各相電壓在圖中電壓輪廓線及以上的區(qū)域內(nèi)時，場內(nèi)風電機組必須保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行；風電場并網(wǎng)點任意一相電壓低于或部分低于圖中電壓輪廓線時，場內(nèi)風電機組允許從電網(wǎng)切出。3、有功恢復
對電網(wǎng)故障期間沒有切出電網(wǎng)的風電場，其有功功率在電網(wǎng)故障清除后應快速恢復，以至少10%額定功率/秒的功率變化率恢復至故障前的值。使得風電場獲得低電壓穿越能力有兩類解決方案，一類方案是讓風電場中的所有的風力發(fā)電機組獲得低電壓穿越的能力，從而使風電場具有低電壓穿越的能力，即所謂分散式的低電壓穿越解決方案。另一類方案是針對風電場整體提供一種低電壓穿越的能力，而不需要其中的每個風電機組具有低電壓穿越功能，即所謂集中式的整體風電場低電壓穿越解決方案。浙江大學電氣工程學院王虹富等人提出一種“利用串連制動電阻提高風電場低電壓穿越能力”的解決方案(見電力系統(tǒng)與自動化期刊第32卷第18期81頁)。該方案提出一種在電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落時,在風電機組與電網(wǎng)之間串接接入制動電阻用于維持機端電壓不變，從而使風電機組具備低電壓穿越的能力。該方案通過仿真實驗提出的對制動電阻選擇參數(shù)，是基于對風力發(fā)電機轉速-電壓動態(tài)穩(wěn)定域的分析進行的選擇，并沒有充分考慮電網(wǎng)的電壓和電流的波動情況，也沒有提出投切制動電阻的投切速度參數(shù)和過程控制方法。因此，該方案仍然停留在理論研究階段，并不能實際應用到風電場或風力發(fā)電機組。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種風電場低電壓穿越的控制方法，用于控制風力發(fā)電機組或風電場低電壓穿越系統(tǒng)和裝置實現(xiàn)風力發(fā)電機組或風電場低電壓穿越的功能。本發(fā)明一種風電場低電壓穿越的控制方法是這樣實現(xiàn)的，包括如下步驟:測量風電場接入電網(wǎng)端的三相電流和電壓，計算電網(wǎng)的等效阻抗，測量取樣頻率為 100KHZ 至 200KHZ ；構建一個由串聯(lián)和并聯(lián)組成的模塊化阻抗陣列，將該阻抗陣列的每個阻抗模塊分別與一個高速接觸器并聯(lián)連·接，控制高速接觸器控制該阻抗模塊是否接入阻抗陣列；根據(jù)測量的電網(wǎng)等效阻抗值，采用控制器控制每一個阻抗模塊的并聯(lián)接觸器改變阻抗模塊的接入關系，從而改變整個阻抗陣列的阻抗值來跟蹤電網(wǎng)的等效阻抗值；將上述阻抗陣列與一個高速斷路器并聯(lián)，然后串聯(lián)接入風電場匯集線和升壓變壓器進線斷路器之間；采用控制器控制高速斷路器的切換，在電網(wǎng)低電壓的產(chǎn)生的2-4毫秒時間內(nèi)完成對低電壓產(chǎn)生的判斷；計算低電壓產(chǎn)生的時間點與三相交流電壓中相距最近的相電壓正弦波過零點的時間差At，當時間差At為大于等于8毫秒，選擇該相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點；當時間間距At小于8毫秒，選擇三相電壓正弦波中距離第一個相電壓正弦波過零點最近的相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點。電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落時，控制器在2-4毫秒時間內(nèi)完成對低電壓產(chǎn)生的判斷，高速斷路器在7-8毫秒的時間內(nèi)完成斷開動作，串聯(lián)接入與電網(wǎng)等效阻抗值相同阻抗陣列并維持風電場匯集線電壓不變。本發(fā)明提出的風電場低電壓穿越控制方法的特點及優(yōu)點是:1、適用各類風電場和風力發(fā)電機組的低電壓穿越系統(tǒng)和裝置；2、控制精度高，準確可靠；
3、是獨立的控制系統(tǒng)，不涉及風電場風力發(fā)電機主輔設備，不影響原風場發(fā)電系統(tǒng)的可靠性；4、串聯(lián)動態(tài)阻抗補償，維持風電場匯集線電壓不變、電流不變，頻率不變、風力發(fā)電機轉速不變、功角不變、旋轉磁場不變；5、當電網(wǎng)故障恢復時，風電場立即向電網(wǎng)提供相當于故障前的有功功率和電壓，幾乎沒有恢復過程，沒有磁場重建過程。給予電網(wǎng)穩(wěn)定以最大的支持，起到加速電網(wǎng)電壓恢復的作用；6、不僅適用于各種風電機組，而且容量可調整，可積木式升級，便于風電場增容。對于固定裝機容量風電場，通過改變補償阻抗的容量，即可改變CLSS的支持時間；換言之，對于固定的補償時間，通過改變補償阻抗的容量，可以適應不同裝機容量容量的風電場；7、集中式結構，施工范圍小，易于現(xiàn)場管理；不觸及風電場每臺風電機主輔設備，不影響原風場發(fā)電系統(tǒng)的可靠性，涉及內(nèi)容少，改造工作量小，運維簡易；8、相對單機改造的整體成本要低；9、尤其對于分期建設的風電場，一期改造，后期收益。無論風電運營商或電網(wǎng)公司都不需要再對風力發(fā)電機進行逐臺檢測和維護。
具體實施例方式為了對本發(fā)明技術特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下說明本發(fā)明的具體實施方式
。 本發(fā)明的目的是提供一種在用于風電場火風力發(fā)電機組的低電壓穿越裝置成功完成低電壓穿越功能的控制方法。該方法是根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW 392-2009《風電場接入電網(wǎng)技術規(guī)定》中第8條“風電場低電壓穿越”的相關要求提出。測量風電場接入電網(wǎng)端的三相電流和電壓，測量取樣頻率為80KHZ，計算電網(wǎng)的等效阻抗值，對于標準的33臺1.5麗風電機組的風電場，有3條匯集線，每條匯集線掛11臺風電機組，對于單機，機端電壓690伏，，單機滿發(fā)功率為1.5MW，等效阻抗為0.314歐姆；經(jīng)箱式變壓器變壓成匯集線電壓為35千伏，單機滿發(fā)功率為1.5MW,單機等效阻抗約為816歐姆，匯集線電壓35千伏，匯集線滿發(fā)功率16.5MW,等效阻抗約為74.3歐姆，風電場升壓站前端的電壓35千伏，滿發(fā)功率未49.5MW，等效阻抗約為24.75歐姆。構建一個由串聯(lián)和并聯(lián)組成的模塊化阻抗陣列，將該阻抗陣列的每個阻抗模塊分別與一個高速接觸器并聯(lián)連接，通過控制高速接觸器閉合與斷開來控制該阻抗模塊是否接入阻抗陣列。根據(jù)低電壓穿越系統(tǒng)裝置應用場合的不同來確定阻抗陣列每個模塊的標定值。當應用于單機場合時，阻抗陣列每個模塊的標定值小于0.314歐姆，當應用于匯集線場合時，阻抗陣列每個模塊的標定值小于74.3歐姆，當應用于整體風電場時，阻抗陣列每個模塊的標定值小于24.75歐姆。模塊化阻抗陣列為多級可調阻性陣列，其總阻抗等于風電場額定容量下的負載阻抗，設計為16級可調，調節(jié)精度為6.25%，阻抗調整時間小于10毫秒；根據(jù)測量的電網(wǎng)瞬時等效阻抗值，控制每一個阻抗模塊的并聯(lián)接觸器的閉合與斷開來改變各個阻抗模塊的接入關系，從而改變整個阻抗陣列的阻抗值來跟蹤電網(wǎng)的等效阻抗值；將上述阻抗陣列與一個高速斷路器并聯(lián)，并聯(lián)后阻抗陣列和高速斷路器并聯(lián)的串聯(lián)接入風電場匯集線和升壓變壓器進線斷路器之間；采用控制器控制高速斷路器的斷開與閉合，在電網(wǎng)低電壓產(chǎn)生的3毫秒時間內(nèi)完成對低電壓產(chǎn)生的判斷；計算低電壓產(chǎn)生的時間點與三相交流電壓中相距最近的相電壓正弦波過零點的時間差At，當時間差At為大于等于8毫秒，選擇該相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點；當時間間距At小于8毫秒，選擇三相電壓正弦波中距離第一個相電壓正弦波過零點最近的相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點。電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落時，控制器在3毫秒時間內(nèi)完成對低電壓產(chǎn)生的判斷，高速斷路器在8毫秒的時間內(nèi)完成斷開動作，串聯(lián)接入與電網(wǎng)等效阻抗值相同的阻抗陣列并維持風電場匯集線電壓不變。低電壓穿越裝置對風電機故障穿越的支持是動態(tài)全負載阻抗補償方式，即:“低電壓穿越裝置”補償?shù)淖杩故歉鶕?jù)故障前瞬間測得的負載阻抗進行調整的，故障期間，低電壓穿越裝置作為風電機的負載支持風電機持續(xù)運行，與電網(wǎng)電壓無關，可見，因阻抗近似不變，風電機發(fā)出的電流也近似不變，該阻抗與電流的乘積即風電機機端電壓同樣近似不變，結果是風電機的輸出功率近似不變，對于風電機系統(tǒng)來說，電網(wǎng)系統(tǒng)未曾發(fā)生任何故障，顯然不會啟動任何保護動作；低電壓穿越裝置工作原則是:2秒之內(nèi)，電網(wǎng)故障不切除，“低電壓穿越裝置”不退出。因此，即使電網(wǎng)電壓跌落到零，本“低電壓穿越裝置”同樣可以完成對風電機運行的支持。采用本控制方法，低電壓穿越裝置從故障發(fā)生到投入的時間小于12毫秒，快于繼電保護的動作時間下限，因此，在“低電壓穿越裝置”投入前的20毫秒時間內(nèi)，風電機系統(tǒng)同樣不會啟動任何保護動作。電網(wǎng)故障期間，由于“低電壓穿越裝置”的作用，風電機一直處于故障前工況，一旦故障切除，風電機向電網(wǎng)提供的有功恢復速度則是最快速的。以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發(fā)明的構思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應屬于本發(fā)明保護的 范圍。
權利要求
1.一種風電場低電壓穿越的控制方法，包括如下步驟: 測量風電場接入電網(wǎng)端的三相電流和電壓，計算電網(wǎng)的等效阻抗，測量取樣頻率為IOOKHZ 至 200KHZ ； 構建一個由串聯(lián)和并聯(lián)組成的模塊化阻抗陣列，將該阻抗陣列的每個阻抗模塊分別與一個高速接觸器并聯(lián)連接，控制高速接觸器控制該阻抗模塊是否接入阻抗陣列； 根據(jù)測量的電網(wǎng)等效阻抗值，采用控制器控制每一個阻抗模塊的并聯(lián)接觸器改變阻抗模塊的接入關系，從而改變整個阻抗陣列的阻抗值來跟蹤電網(wǎng)的等效阻抗值； 將上述阻抗陣列與一個高速斷路器并聯(lián)，然后串聯(lián)接入風電場匯集線和升壓變壓器進線斷路器之間； 采用控制器控制高速斷路器的切換，在電網(wǎng)低電壓的產(chǎn)生的2-4毫秒時間內(nèi)完成對低電壓產(chǎn)生的判斷； 計算低電壓產(chǎn)生的時間點與三相交流電壓中相距最近的相電壓正弦波過零點的時間差At，當時間差At為大于等于8毫秒，選擇該相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點；當時間間距At小于8毫秒，選擇三相電壓正弦波中距離第一個相電壓正弦波過零點最近的相電壓正弦波過零點作為高速斷路器斷開的時間點。
電網(wǎng)發(fā)生電壓跌落時，控制器在2-4毫秒時間內(nèi)完成對低電壓產(chǎn)生的判斷，高速斷路器在7-8毫秒的時間內(nèi)完成斷開動作，串聯(lián)接入與電網(wǎng)等效阻抗值相同阻抗陣列并維持風電場匯集線電壓不變。`
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風電場低電壓穿越的控制方法，本發(fā)明涉及一種風電場低電壓穿越控制方法，具體地說是一種具有風電場低電壓穿越功能的系統(tǒng)和裝置的控制方法。本發(fā)明的基本原理是測量風電場接入電網(wǎng)端的三相電流和電壓，計算電網(wǎng)的等效阻抗，構建一個可快速調整模塊化阻抗陣列，將該阻抗陣列與一個高速斷路器并聯(lián)后串聯(lián)接入風電場匯集線和升壓變壓器進線斷路器之間，2-4毫秒時間內(nèi)完成對低電壓產(chǎn)生的判斷，計算電壓正弦波過零點的時間點，在過零點高速斷路器完成斷開動作，低電壓判斷和斷路器動作時間不大于12毫秒，串聯(lián)接入與電網(wǎng)等效阻抗值相同阻抗陣列并維持風電場匯集線電壓不變。
文檔編號H02J3/14GK103248054SQ20121002364
公開日2013年8月14日 申請日期2012年2月3日 優(yōu)先權日2012年2月3日
發(fā)明者王川, 李濱, 茅東, 肖志東, 郭慶波, 朱同偉 申請人:北京光耀麥斯韋風電技術有限公司