CN105207234B - 一种可进行强励作用的风电机组无功控制方法 - Google Patents

一种可进行强励作用的风电机组无功控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可进行强励作用的风电机组无功控制方法，对采用具有强励功能的变流器的风电机组进行控制，包括：(1)风电机组主控***强励使能开启；(2)对风电机组***实际电压值U进行判断，当U小于低电压强励运行阈值Ulow或是大于高电压强励运行阈值Uhigh后，开启强励功能，风电机组进入强励模式；如果U小于Ulow，则进行超前强励补偿；如果U大于Uhigh，则进行滞后强励补偿；当U介于Ulow与90％风电机组***额定电压之间或是Uhigh与110％风电机组***额定电压之间时，则按照正常的无功支撑进行补偿。本发明可以使风电机组的电压适应性增强，能够在更大电压范围内运行，在***电压故障期间对电网进行更强的支撑作用，尤其适用于双馈型风电机组。

Description

一种可进行强励作用的风电机组无功控制方法
技术领域
本发明涉及风电控制领域，特别是涉及一种可进行强励作用的风电机组无功控制方法。
背景技术
目前风力发电机组用变流器容量一般都是小于等于机组的容量，或者是略高于风电机组所需容量。而双馈风电机组用变流器容量一般都是小于机组总容量的，双馈风电机组在运行时，如果要实现无功补偿功能，主要是依靠变流器控制发电机组进行无功补偿和网侧变流器无功补偿的；当风电机组处于非运行状态时，补偿容量将由网侧变流器自身容量决定。
随着大规模风电机组接入电力***，对电网安全运行带来了新的挑战，而风电机组运行的随机性导致整个电网电压产生波动，为解决该问题，风电场必须要有无功补偿装置。新型的风电机组本身是可以作为无功补偿设备运行的，可以进行无功支撑作用。以往的风电场多采用场级无功补偿设备，例如电容补偿器、SVG、SVC等，无功补偿投资的大小取决于风电场无功补偿设备的容量。如果风电机组具备良好的无功补偿功能，那么可以减小场级无功补偿设备的容量，从而减少风电场投资。目前风电机组的无功补偿能力在稳态时可以稳定输出一定量的无功功能。当风电机组处于电网故障电压运行时，风电机组对电网进行快速无功补偿，此时电网需要风电机组尽可能地发出无功来支撑电网电压。而目前的风电机组容量与控制算法所限，只能进行部分支撑，一般情况无功补偿电流为100％额定电流，无法进行更强大的无功支撑。
中国实用新型专利CN202772580U(双馈风电机组无功支撑的机端电压调节***)，该专利通过控制方法，进行电压判断，采用风电机组无功调节，从而对电压进行控制。达到了在一定范围内对风电机组机端电压进行控制的技术效果，但其只是涉及到常规型风电机组机端电压控制，未在超过常规风电机组无功补偿能力时进行分级控制。
中国发明专利CN102496938A(风电机组运行过程中无功调节容量的确定方法及装置)，该专利根据变流器、定转子电流的约束，评估双馈风机组的固有的无功功率调节容量的范围；确定静态稳定裕度，在所述静态稳定裕度的约束条件下矫正所述无功功率调节容量的范围；为双馈风电机组无功功率调节容量的确定提供了更加全面准确的评估方法；但其只是对风电机组无功调节容量进行确定，属于一种计算无功能力的方法，并非一种控制风电机组无功支撑的具体方法。
由此可见，上述现有的风电机组无功控制方法，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可以使风电机组的电压适应性增强，能够在更大电压范围内运行，在***电压故障期间对电网进行更强的支撑作用的风电机组无功控制方法，成为当前业界急需改进的目标。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可进行强励作用的风电机组无功控制方法，以使风电机组的电压适应性增强，能够在更大电压范围内运行，在***电压故障期间对电网进行更强的支撑作用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种可进行强励作用的风电机组无功控制方法，对采用具有强励功能的变流器的风电机组进行控制，包括：
(1)风电机组主控***强励使能开启；
(2)对风电机组***实际电压值U进行判断，当实际电压值U小于低电压强励运行阈值Ulow或是大于高电压强励运行阈值Uhigh后，开启强励功能，风电机组进入强励模式；Ulow与Uhigh可根据机组自身强励能力设定；
如果实际电压值U小于Ulow，则进行超前强励补偿；如果实际电压值U大于Uhigh，则进行滞后强励补偿；
当实际电压值U介于Ulow与90％风电机组***额定电压之间或是Uhigh与110％风电机组***额定电压之间时，则按照正常的无功支撑进行补偿。
作为本发明的一种改进，在所述步骤(2)的强励模式中，根据实际电压值U与低电压强励运行阈值Ulow比较的差值Δu的大小通过PI调节器进行计算强励输出值，该值与正常补偿值Q- 正常求和后作为无功补偿给定值Q- 强励控制风电机组进行无功补偿输出，之后根据实际电压值反馈进行调节强励程度，使得电压稳定在允许范围之内；在所述步骤(2)的强励模式中，根据实际电压值U与高电压强励运行阈值Uhigh比较的差值Δu的大小通过PI调节器进行计算强励输出值，该值与正常补偿值Q+ 正常求和后作为无功补偿给定值Q+ 强励控制风电机组进行无功补偿输出，之后根据实际电压值反馈进行调节强励程度，使得电压稳定在允许范围之内。
在PI调节器后设有限幅控制器，对计算出的强励输出值进行幅值限制，然后再进行所述的求和。
所述风电机组为双馈型风电机组。
采用上述技术方案后，本发明至少具有以下有益效果：
1、该控制方法可以使风电机组无功补偿能力增强，虽然增加了风电机组资金投入，但可以减小风电场场级无功设备容量，减少场级无功设备资金投入。
2、该控制方法可以通过强励使能来开启或关闭风电机组强励功能。
3、该控制方法中阈值电压Uhigh与Ulow的设置，可以根据不同情况进行调节，从而设定强励功能开启门限。
4、该控制方法可以控制风电机组无功补偿的输出给定值，从而实现强励型风电机组强励过程的控制。
5、该控制方法应用后可以使风电机组的电压适应性增强，使得风电机组能够在更大电压范围内运行。
6、该控制方法应用后可以使风电机组在***电压故障期间对电网进行更强的支撑作用，提高风电机组的并网性能。
7、该方法可以适用于可进行无功调节的风电机组，但双馈型风电机组提升效果更加明显。
附图说明
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是风电机组***电压分段无功补偿区域图；
图2是风电机组强励功能逻辑开启条件图；
图3是风电机组强励模式下无功给定值计算图。
具体实施方式
本发明的方法是基于将常规风电机组变流器换成可以进行强励功能的变流器(该变流器的容量大于常规双馈型风电机组)，通过主控无功控制算法控制风电机组进行强励功能，实现增强风电机组无功补偿能力。强励功能包括强励使能、强励判断、强励控制设计以及强励过程中无功大小计算。其中，强励使能就是强励功能的软件开关，需要用时开启，不用时关闭。
下面以双馈型风电机组为例进行说明。
参考图1、图2所示，本实施例的可进行强励作用的双馈型风电机组无功控制方法，包括：首先风电机组主控***中强励使能后，风电机组允许进行强励功能。之后通过电压检测装置对风电机组***实际电压值U进行判断，当实际电压值U小于低电压强励运行阈值Ulow或是大于高电压强励运行阈值Uhigh后，开启强励功能，风电机组进入强励模式。如果实际电压值U是小于Ulow，则进行超前强励补偿，对电压有抬升作用；如果实际电压值U是大于Uhigh，则进行滞后强励补偿，对电压有拉低作用。当实际电压值U介于Ulow与90％额定电压之间或是Uhigh与110％额定电压之间时，则按照正常的无功支撑进行补偿。
其中Ulow与Uhigh值可以根据不同要求进行设定，一般需要根据实际电网参数进行设置，比如电压高于1.3倍时，进行1.5倍的滞后无功补偿来降低电压。风电机组正常的无功支撑是按照国家相关标准进行，一般以电压跌落程度的比例进行无功输出，无功补偿最大值为风电机组100％额定电流。
参考图3所示，在强励模式中，根据实际电压值U与低电压强励运行阈值Ulow比较的差值Δu的大小通过PI调节器进行计算强励输出值，该值与正常补偿值Q- 正常求和后作为无功补偿给定值Q- 强励控制风电机组进行无功补偿输出，之后根据实际电压反馈进行调节强励程度，使得电压稳定在允许范围之内；同理可得出高电压运行时风电机组无功补偿给定值Q+ 强励，具体为：根据实际电压值U与高电压强励运行阈值Uhigh比较的差值Δu的大小通过PI调节器进行计算强励输出值，该值与正常补偿值Q+ 正常求和后作为无功补偿给定值Q+ 强励控制风电机组进行无功补偿输出，之后根据实际电压值反馈进行调节强励程度，使得电压稳定在允许范围之内。
在PI调节器后设有限幅控制器，对计算出的强励输出值进行限制，防止超出可控范围。当电网电压恢复后，也是根据电压变化进行调节，之后恢复到正常电压状态，整个电压调整过程需要控制在风电机组允许范围之内，否则可能引起相关故障以及造成电压波动。
综上所述，本发明是强励风电机组的一种主控控制强励的方法，而风电机组强励能力的大小取决于强励磁变流器的容量及变流器的控制方法。该技术方案实施后可以增强风电机组控制无功能力，在风电机组***电压超过国家相关标准1.1pu.时可以通过无功控制进行电压调节，当电压继续上升时，超过风电机组强励阈值电压Uhigh时，风电机组可以进行强励磁功能，注入更大的无功电流进行电压调节，使电压控制在一定范围之内。当风电机组电压下降时，可以向***注入容性无功电流，提升电压。当电压继续下降超过强励阈值电压Ulow时，将进行强励磁功能，注入更大的无功电流进行电压调节，对电网起到更强的支撑功能。
本发明的上述无功控制方法采用强励磁变流器后对双馈风电机组进行控制，可以增强风电机组在电压波动时对***进行无功补偿的能力，在电压波动时对***进行无功补偿的能力可由现有技术中最大为100％额定电流，增大至150％额定电流甚至更高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种可进行强励作用的风电机组无功控制方法，其特征在于，对采用具有强励功能的变流器的风电机组进行控制，包括：
(1)风电机组主控***强励使能开启；
(2)对风电机组***实际电压值U进行判断，当实际电压值U小于低电压强励运行阈值Ulow或是大于高电压强励运行阈值Uhigh后，开启强励功能，风电机组进入强励模式；
如果实际电压值U小于Ulow，则进行超前强励补偿；如果实际电压值U大于Uhigh，则进行滞后强励补偿；
当实际电压值U介于Ulow与90％风电机组***额定电压之间或是Uhigh与110％风电机组***额定电压之间时，则按照正常的无功支撑进行补偿；
其中，在所述的强励模式中，根据实际电压值U与低电压强励运行阈值Ulow比较的差值Δu的大小通过PI调节器进行计算强励输出值，该值与正常补偿值Q- 正常求和后作为无功补偿给定值Q- 强励控制风电机组进行无功补偿输出，之后根据实际电压值反馈进行调节强励程度，使得电压稳定在允许范围之内；
在所述的强励模式中，根据实际电压值U与高电压强励运行阈值Uhigh比较的差值Δu的大小通过PI调节器进行计算强励输出值，该值与正常补偿值Q+ 正常求和后作为无功补偿给定值Q+ 强励控制风电机组进行无功补偿输出，之后根据实际电压值反馈进行调节强励程度，使得电压稳定在允许范围之内。
2.根据权利要求1所述的可进行强励作用的风电机组无功控制方法，其特征在于，在PI调节器后设有限幅控制器，对计算出的强励输出值进行幅值限制，然后再进行所述的求和。
3.根据权利要求1或2所述的可进行强励作用的风电机组无功控制方法，其特征在于，所述风电机组为双馈型风电机组。
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