[发明专利]一种基于多种风电机组共济的风电场无功电压集群控制方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，具体涉及一种基于多种风电机组共济的风电场无功电压集群控制方法。

背景技术

目前，常见的风电机组主要包括：鼠笼式异步电机、双馈异步电机及永磁同步电机。其中，鼠笼异步电机由于在运行过程中需要从外部吸收无功电流而逐渐被后两种风力发电机所取代；双馈异步电机由于其控制技术成熟，是目前国内广泛时候的风力发电机，但在低电压穿越过程中撬棒电路（crowbar）保护接入时机组也会从电网吸收无功；由于全功率变换器的价格昂贵，永磁同步电机容量很难做到与双馈异步电机相当，且目前国内同步风电机组一般采用单位功率因素控制方式，在低电压穿越过程中只发少量甚至不发无功，没用充分利用电机全功率变换器的无功调节能力。因此，现有的风电场在并网时必须安装无功补偿装置（SVC、SVG等）来弥补低电压穿越时的无功缺口，在分多期建造的大型风力发电场中往往存在多个（种）无功补偿装置并存的现象，由于其控制策略的不尽相同很难做到快速、连续平滑的协同调节，这样就会造成故障恢复后并网点无功过剩，部分机组由于高电压保护引起脱网，带来不必要的经济损失。

根据国标《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T19963-2011）中对无功电压方面最新要求：（1）风电场并网点电压跌落至20%标称电压时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms；（2）总装机容量在百万千瓦级规模及以上的风电场群，在电力系统发生三相短路故障引起电压跌落时，各风电场在低电压穿越过程中应具有相应的无功支撑能力，风电场注入电力系统的动态无功电流IT≥15.×(0.9-V_out-pu)I_N（0.2≤V_out-pu≤0.9）,其中：V_out-pu为风电场并网点电压标幺值；I_N为风电场额定电流。也就是说，今后风电场并网的发展趋势是在低电压穿越时不仅不从电网吸收无功，相反的，需要向电网注入无功以维持并网点电压，这从经济成本上而言，无疑对目前广泛采用无功补偿装置的风电场无功电压控制策略是一个不小的冲击。

中国大力发展风电多年，已建造多个大型风力发电厂并投入使用，此时重建符合最新国标要求的风电场又将花费大量财力人力。因此，本发明提出的基于多种风电机组共济的风电场无功电压集群控制方法是有现实意义的。

发明内容

本发明的目的是：提出一种基于多种风电机组共济的风电场无功协调控制方法，根据监测风电场并网点的电压，按照《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T19963-2011）规定，在由不同风电机组构成的风电场低电压穿越过程中以风电场不从电网吸收无功为目标，协调控制风电场不同风电机组运行方式，保证风电场无功平衡。

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：

1）实时监测风电场并网点电压标幺值其中V_out为并网点电压观测值，V_out-ref为并网点参考电压基准值；

2）当0.9≤V_out-pu≤1.1时，采用现有的风机组常态控制策略使双馈异步发电机群和永磁同步发电机群中的各发电机组工作在单位功率因素模式，返回步骤1），否则进入步骤3）；

3）当V_out-pu＜0.2时,切除风电机群，结束本方法，否则对双馈异步发电机群仍采用现有的低电压穿越控制策略，并实时监测双馈异步发电机群中风电机组撬棒电路（crowbar）投入信号；

当双馈异步发电机群中各风电机组撬棒电路未投入时，对永磁同步发电机群采取无功维持控制策略，进入步骤5），否则进入步骤4）；

4）对永磁同步发电机群则采取无功支援控制策略，然后进入步骤5）；

5）监测风电场并网点电压在步骤1）所监测到V_out-pu的值上的维持时间T，当T超过国家标准《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T19963-2011）中要求时，切除风电机群，结束本方法，否则返回步骤1）进行下一轮控制。

上述技术方案的进一步特征在于：在所述步骤3）中，无功维持控制策略分为机侧和网侧变流器控制策略，其中：

所述机侧变流器控制策略为，在控制过程中，变流器不消耗有功功率，而通过提高发电机转子转速ω，将风机发出的多余功率全部由风电机转子动能来储存以保持变流器直流环节功率平衡；