[发明专利]提升风电接入弱电网暂态稳定性的风电场无功控制策略

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统暂态稳定领域，具体涉及一种弱电网条件下大规模风电接入暂态稳定性能提升策略。

背景技术

目前甘肃电网已经形成的远距离输电系统具有：“风光电比例高、送端负荷小、送端电网薄弱、外送线路距离长”几大特征，送端电网电源内部消化较小，主要依靠外送线路输送。在正常运行方式下，风电随机性、波动性已经造成电网无功电压的控制困难等问题。由于部分风电机组不具备低电压穿越能力，个别风电场的电压跌落直接导致在变电站并网的其他风电场机组大量脱网，风电场事故的相互影响问题更加突出。由于风电送出的750kV双回线路长达近1000km，属于典型的弱电网结构，风电机组的大规模脱网导致系统电压、频率的大幅度波动，直接威胁电力系统的安全稳定运行。对高比例风电集中接入弱电网的暂态失稳机理进行研究，并提出暂稳提升策略，是研究中的难点。现有并网标准中的风电场故障穿越相关指标是以强电网作为假设条件。因此仅仅按照电网标准提供无功电流并不能保证弱电网下风电场的电压稳定性。电网越弱，风电场电压静态稳定极限和有功功率传输极限越小。在故障清除后电网恢复的暂态过程中，风电机组可能因锁相环瞬态误差变大而暂时失控，从电网吸收无功功率。并且在恢复过程中，变压器以及鼠笼电动机等设备也会大量从电网吸收无功，系统很容易因为无功的失衡而发生电压崩溃现象。因此有必要对弱电网下风电场的故障穿越性能进行详细的研究，而直驱永磁风电机组是国内主流风电机组类型，其故障穿越性能较双馈类型更好，因此提出一种基于直驱永磁风电机组的暂态无功补偿策略。

发明内容

提出弱电网条件下大规模风电接入暂态稳定分析方法，分析暂态电压稳定性和暂态功角稳定性的交互影响机理。弱电网一般传输线路长，电网内抗大，电压易受到电压源型变换器功率变化或电网扰动的影响，对并接的同步机组输出功率以及功角稳定极限产生影响。当扰动发生后，风机有功输出波动不大，从而不影响其余同步机组的暂态不平衡能量。线路扰动切除后，沿线路各点电压得不到强支撑，会使得暂态能量函数中的功率功角减速面积缩小，系统稳定裕度减小。提出一种提升大规模风电接入弱电网暂态稳定性的风电场无功控制策略，分为机组和风电场2个层面：在机组层面，风机采用无功优先控制，在网侧变流器输出的有功电流控制环节加入限流控制；在风电场层面，基于暂态能量法计算暂态不平衡能量预测值，并计算暂态电压稳定裕度，调整不同直驱风电机组无功出力，并将无功调节指令下达给各机组。

永磁直驱风电系统双PWM变换器在常规控制策略下发生暂态故障时，直流母线电压波动幅度较大、控制系统的响应速度较慢，并且无功补偿模块不能发挥最大效应，这将不利于系统的安全、稳定运行。提出了一种直驱风电机组的暂态无功补偿措施，直流电压在电网故障扰动前后始终由不受电网故障干扰的机侧变流器控制，稳定性更好；由于输出有功与无功功率的控制同在网侧变流器中完成，易于在故障穿越过程中对其协调控制；该控制策略无需增加直流卸荷电路。在电压下降后能发出一定的无功，无功值与风电场电压稳定裕度有关，使得电压快速恢复，增大同步机组减速面积，减小功角首摆值，传输线路阻抗增大后，采用所提附加控制策略的方式下的最大切除极限时间始终高于未采用附加控制策略的方式。将非同步电源占比高，导致交流系统旋转惯性低。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中:

图1为弱电网等效电路图；

图2为弱电网条件暂态能量函数特性曲线；

图3为直驱风电机组机侧变流器外环控制结构图；图中为d轴电流参考值。为q轴参考电流值。

图4为直驱风电机组网侧变流器外环控制结构图；为有功优先策略下定子d轴电流；为有功优先策略下定子q轴电流；V_g为机端电压；为机端电压参考值；P_sel为最大功率控制参考功率值；I_emax为定子电流上限值；为无功优先策略下定子d轴电流；为有功优先策略下定子q轴电流。为定子电流参考值。

图5为弱电网简化模型；

图6为2种运行方式下风电场输出无功功率；

图7为2种运行方式下母线b1电压；

图8为二种运行方式下火电机组G1的功角曲线；

图9为二种运行方式下火电机组G1的输出功率；

图10为专利流程示意图。

具体实施方式