CN106921177B - 风力发电机组的低电压穿越控制方法、装置和仿真*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风力发电机组的低电压穿越控制方法、装置和仿真***。其中，该方法包括：实时监测电网的电气量参数；基于电气量参数判断电网是否发生短路故障；若发生短路故障，则执行低电压穿越模式；在短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并根据短路容量比，由风力发电机组按预设范围的恢复斜率对电网恢复无功补偿。由此，本发明实施例可以通过对低电压穿越模式后的无功恢复斜率进行限制，使得无功电流可以缓和变化，防止了无功电流瞬间阶跃对电网造成的冲击，提高了风力发电机组对弱电网友好的性能。
Description
技术领域
本发明涉及电力控制技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机组的低电压穿越控制方法、装置和仿真***。
背景技术
随着社会经济的发展，电力资源已经成为人们生活的必需品。用于提供电力资源的发电方式除了传统的火力发电和水力发电等方式之外，还存在新兴的风力发电和核发电等方式。由于风力发电具有清洁、可再生、不破坏地理环境等优点，受到了人们的广泛关注。因为风力具有不稳定的特性，所以对风力发电的控制变得尤为关键。
现有的针对风力发电的控制策略为：正常运行状态下，变流器根据主控(风力发电机组的主控)的指令向电网发送无功电流。当发生高电压或低电压穿越时，主控的指令被切断，变流器直接按照风力发电机的机端电压的升高或跌落程度向电网发送感性无功或容性无功功率，以帮助恢复电网电压。当故障被清除瞬间，变流器输出的无功电流瞬间跌至0。随后，变流器发送无功电流的指令源切换回主控。此时，风机发出的无功电流立即阶跃至主控的无功电流指令值。
发明人经研究发现现有的针对风力发电的控制策略具有如下问题：故障前，变流器根据主控的指令，向电网发送的无功电流为q(q≠0)。故障时，主控的指令被切断。故障清除后，切换回主控发出的无功电流指令的瞬间，会出现一个由0到q的阶跃。因为风机发出的容性无功功率会对电网电压起到抬升的作用，风机发出的感性无功功率会对电网电压起到压低的作用，所以这个阶跃会对电网电压产生一个冲击。尤其在电网较弱的地区，或者是在风力发电机台数较多的风场，亦或是在电压故障前风力发电机发出的无功电流量较多时，这个阶跃产生的冲击会更大。情况严重时，这个阶跃甚至可能会反复引起电网电压波动。
如何减少因低电压穿越故障带来电压阶跃的问题，保障低电压穿越故障结束后电压稳定恢复成为业界亟待解决的问题。
发明内容
为了减少因低电压穿越故障带来电压阶跃的问题，保障低电压穿越故障结束后电压稳定恢复，本发明实施例提供了一种风力发电机组的低电压穿越控制方法、装置和仿真***。
第一方面，提供了一种风力发电机组的低电压穿越控制方法。该方法包括以下步骤：
实时监测电网的电气量参数；
基于电气量参数判断电网是否发生短路故障；
若发生所述短路故障，则执行低电压穿越模式；
在短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并根据短路容量比，由风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对电网恢复无功补偿。
第二方面，提供了一种风力发电机组的低电压穿越控制装置。该装置包括：
参数监测单元，用于实时监测电网的电气量参数；
故障判断单元，用于基于电气量参数判断电网是否发生短路故障；
模式执行单元，用于在发生所述短路故障时，执行低电压穿越模式；
无功补偿单元，用于在所述短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并基于短路容量比，由风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对电网恢复无功补偿。
第三方面，提供了一种风力发电机组的低电压穿越仿真***。该***可以包括：
测试电网；
与测试电网连接的风力发电机组，用于在测试电网发生短路故障后，执行低电压穿越模式；在短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并根据短路容量比，由所述风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对测试电网恢复无功补偿；
分别与测试电网和风力发电机连接的变压器，用于将风力发电机组所输出的电压进行变压后，输送至测试电网；
分别与测试电网和风力发电机组连接的PSCAD服务器，用于在PSCAD平台上对风力发电机组进行低电压穿越控制的仿真。
本发明实施例可以应用于实际的风力发电场的当风机无功输出不为0时，发生高电压穿越或低电压穿越的场景中，也可以应用于实验室的仿真电压控制场景中，此方面内容不做限制。
由此，本发明实施例可以通过对电压故障后无功电流恢复斜率进行限制，使得无功电流可以缓和变化，防止了无功电流瞬间阶跃对电网造成的冲击，提高了风力发电机组对弱电网友好的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例的获取预设范围的恢复斜率的流程示意图；
图3是本发明一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制仿真***的架构示意图；
图4(a)是本发明一实施例的按第一控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图；
图4(b)是本发明一实施例的按第一控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图；
图5(a)是本发明一实施例的按第二控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图；
图5(b)是本发明一实施例的按第二控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图；
图6(a)是本发明一实施例的按第三控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图；
图6(b)是本发明一实施例的按第三控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图；
图7(a)是本发明一实施例的按第四控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图；
图7(b)是本发明一实施例的按第四控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图；
图8是本发明一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制装置的结构示意图；
图9是本发明一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制仿真***的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1是本发明一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制方法的流程示意图。
如图1所示，该方法可以包括以下步骤：S110，实时监测电网的电气量参数；S120，基于电气量参数判断电网是否发生短路故障；S130，若发生短路故障，则执行低电压穿越模式；S140，在短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并根据短路容量比，由风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率(可以简称为恢复斜率)对电网恢复无功补偿。
本发明实施例可以应用于实际的风力发电场的当风机无功输出不为0时，发生高电压穿越或低电压穿越的场景中，也可以应用于实验室的仿真电压控制场景中，此方面内容不做限制。
本发明实施例的各个操作步骤的执行主体可以是风力发电机组的低电压穿越控制装置或者仿真***。该装置或者***可以采用功能单元的形式进行构建，此方面内容还将在下文详细描述。
在S110中，电网可以是用于人们实际生活的由各种电压的变电所及输配电线路组成的电力***，也可以是用于实验室的预设短路容量比的一段电网。例如，短路容量比为2、4、6、8的电网。短路容量比可以是风场或者风力发电机组并网点电网的短路容量比。短路容量比的数值可以是并网点容量与风场额定容量的比值。可以理解，当风场扩容等改建时，风场额定容量可以根据实际情况变更。通常，短路容量比的数值越小，电网越弱，越易受干扰。例如，短路容量比为2或者4的电网属于比较弱的电网。电气量参数可以包括：电网电压正序分量。
在S120中，短路故障可以是三相对称短路故障、两相或单相不对称短路故障。在发生短路故障后，电网的电压会迅速跌落，以此可以判断是否发生短路故障。
在S130中，在发生短路故障后，需要执行低电压穿越模式。此时，主控(风力发电机组的主控)向变流器(也可以是变压器)发出的无功电流指令被切断，变流器可以直接根据电压跌落的深度向电网发送指定数量(例如1pu)的容性无功电流，以帮助抬升电网电压，并恢复至故障前的电压值。
在S140中，在短路故障消除之后，风机(风力发电机组)退出低电压穿越模式并恢复主控的无功命令。为了防止电压穿越模式结束后无功电流阶跃带来的问题，可以基于短路容量比，由风力发电机组按预设范围的恢复斜率对电网恢复无功补偿。即，通过在主控中对风机发出的无功电流进行斜率限幅(将其限制在预设范围内)，使得用于恢复无功补偿的无功电流可以根据一个较缓和的斜率从0pu变为新的指令值(例如，0.25pu)。
由此，本发明实施例可以通过对电压故障后的无功电流恢复斜率进行限制，使得无功电流可以缓和变化，防止了无功电流瞬间阶跃对电网造成的冲击，提高了风力发电机组对弱电网友好的性能。
作为图1所示实施例的一个变形实施例，可以在图1的基础上，增加获取预设范围的恢复斜率的操作。获取预设范围的恢复斜率的操作可以增加在S110之前。
图2是本发明一实施例的获取预设范围的恢复斜率的流程示意图。
如图2所示，该方法可以包括以下步骤：S210，在PSCAD平台上将风力发电机组经由变压器接入预设短路容量比的测试电网，生成电压控制模型。该电压控制模型也可称为风机并网模型；S220，利用PSCAD(Power Systems Computer Aided Design，电磁暂态仿真软件)平台，仿真测试电网先发生短路故障，再消除短路故障；S230，在短路故障消除后，利用风力发电机组按指定恢复斜率对测试电网进行无功补偿；S240，判断测试电网在接受无功补偿时，是否能够承受因无功补偿带来的电压冲击；S250，获取能够承受电压冲击的恢复斜率的预设范围。
在S210中，风机并网模型(仿真模型)的实现方式可以是：利用某永磁直取风力发电机组经箱变接在一段电网上。该仿真模型可以是PSCAD平台中虚拟的模型，某永磁直取风力发电机、变压器和电网并没有实物存在，它们仅仅是虚拟的图标。该仿真模型也可以是实验室中的实验模型，某永磁直取风力发电机、变压器和电网可以有实物存在。此方面内容不做限制。该部分内容还将在图3所示实施例中进行描述。
在S220中，可以利用PSCAD平台，在某一时间点(例如，在仿真实验开始后的1.5s时)发生短路故障，在另一时间点(例如，在仿真实验开始后的1.36s时)消除短路故障。
在S230中，指定恢复斜率K例如可以选自(0，10)范围内的斜率，例如，K(单位可以为pu/s)可以为10、5、1、0.42、0.37、0.27等。
在S240中，在不同的电网的短路容量比状态下，逐个利用不同恢复斜率K的无功电流对电网进行无功补偿实验，并判断实验时电网能够承受无功补偿带来的电压冲击。
在S250中，经过无数次的实验可以总结得知：恢复斜率与短路容量比正相关，恢复斜率与电压冲击正相关。例如，(1)短路容量比越小，无功电流恢复斜率的数值越小；(2)在相同的短路容量比的前提之下，无功电流恢复斜率的数值越小，无功电流阶跃变化而对电网电压产生的冲击越小。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以按实际需要将上述的操作步骤的顺序进行灵活调整，或者将上述步骤进行灵活组合等操作。为了简明，不再赘述各种实现方式。另外，各实施例的内容可以相互参考引用。
在一些实施例中，能够承受电压冲击的恢复斜率的预设范围可以包括：当短路容量比为2时，恢复斜率的预设范围是大于0.20pu/s且小于0.22pu/s；当短路容量比为4时，恢复斜率的预设范围是大于0.26pu/s且小于0.28pu/s；当短路容量比为6时，恢复斜率的预设范围是大于0.34pu/s且小于0.36pu/s；当短路容量比为8时，恢复斜率的预设范围是大于0.50pu/s且小于0.52pu/s；当短路容量比为10时，恢复斜率的预设范围是大于0.77pu/s且小于0.79pu/s。
在一些实施例中，恢复斜率可以包括：当短路容量比为2时，恢复斜率为0.21pu/s；当短路容量比为4时，恢复斜率为0.27pu/s；当短路容量比为6时，恢复斜率为0.35pu/s；当短路容量比为8时，恢复斜率为0.51pu/s；当短路容量比为10时，恢复斜率为0.78pu/s。
图3是本发明一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制仿真***架构示意图。
如图3所示，该***的架构可以是应用于实验室里的仿真模型。该仿真***的架构300可以包括：测试电网301、变压器302、风力发电机组303和PSCAD服务器304。其中，在PSCAD平台上搭建模型，风力发电机组303可以经由变压器302与测试电网301连接。PSCAD服务器304可以分别与测试电网301和风力发电机组303连接。测试电网301可以选预设短路容量比的一段电网。例如，短路容量为2、4、6、8的电网。短路容量比的数值越小，电网越弱，越易受干扰。例如，短路容量比为2或者4的电网属于比较弱的电网。变压器302可以用于将风力发电机组303所输出的电压进行变压后，输送至测试电网301。风力发电机组303可以是永磁直驱风力发电机组或者是其他类型的发电机。风力发电机组303可以用于在测试电网发生短路故障后，执行低电压穿越模式；在短路故障消除后，结束低电压穿越模式，由风力发电机组按预设范围的恢复斜率对测试电网进行无功补偿。PSCAD服务器304可以安装有PSCAD平台软件。PSCAD服务器304可以用于在PSCAD平台上对风力发电机组303进行低电压穿越控制的仿真。
可以理解，上述仿真***中的测试电网301、变压器102、风力发电机组103和PSCAD服务器104的数量和配置可以根据需求进行灵活设置，例如，将变压器302变为变流器。此方面内容不做限制。
下面将运用上述仿真下图进行大数据量的仿真实验，例如应用如下的第一、二、三、四控制策略，从而获取逐步优化的电压控制方式。该优化的电压控制方式可以防止因风力发电机组发生低电压穿越而对电网造成的冲击。本领域的技术人员可以理解，通过该仿真***仿真获取的数据可以应用于实际的风力发电场的电压控制中。
图4(a)是本发明一实施例的按第一控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图。图4(b)是本发明一实施例的按第一控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图。
在本发明实施例中，电网的短路容量比为4，在实验开始后的第1.5s发生三相对称短路故障，在第2.36s故障清除，短路故障清除后无功电流恢复斜率K1(即电流的变化速度X1)为10pu/s。按第一控制策略进行如下的仿真实验。
参见图4(a)，仿真开始后，由于电网电压偏低，风机在主控的指令下发出0.25pu的容性无功电流，将电网电压抬升至1pu，***稳定运行中。
第1.5s，电网发生短路故障，电网电压跌落至0.2pu。风机检测到电压跌落，进入低电压穿越模式。主控向变流器发出的无功电流指令被切断，变流器直接根据电压跌落的深度向电网发送了1pu的容性无功电流，以帮助电网电压抬升至约0.31pu。
第2.36s，电网故障清除，风机退出低电压穿越模式并恢复主控的无功命令。在故障清除的第2.36s瞬间，电网电压阶跃至大约1.10pu后，在3.30s时才降至1.00pu，之后电网电压稳定在1.00pu。
参见图4(b)，仿真开始后，由于电网电压偏低，风机在主控的指令下发出0.25pu的容性无功电流，将电网电压抬升至1pu，***稳定运行中。
第1.5s，发生短路故障，无功电流从0.25pu升至1.18pu后稳定至1.02pu。
第2.36s，故障清除，在故障清除后无功电流控制由变流器向主控切换回的瞬间，无功电流先跌至0，随后直接阶跃至主控命令的0.25pu。
由此可知：图4(b)中第2.36s时的无功电流的阶跃使图4(a)中电网电压受到冲击，电压瞬间被抬高至约1.09pu，随后才慢慢降至额定的1pu。在风机台数较多的风场或较弱的***中，这个无功电流的阶跃变化会对电网电压会造成更加严重的冲击。
因此，本发明实施例中的第一控制策略无法应用于实际风力发电机组的低电压穿越控制中，该第一控制策略需要改进。
图5(a)是本发明一实施例的按第二控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图。图5(b)是本发明一实施例的按第二控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图。
在本发明实施例中，电网的短路容量比为4，在实验开始后的第1.5s发生三相对称短路故障，在第2.36s故障清除，短路故障清除后无功电流恢复斜率K2(即电流的变化速度X2)为1pu/s。按第二控制策略进行如下的仿真实验。
参见图5(a)，仿真开始后，由于电网电压偏低，风机在主控的指令下发出0.25pu的容性无功电流，将电网电压抬升至1pu，***稳定运行中。
第1.5s，电网发生短路故障，电网电压跌落至0.2pu。风机检测到电压跌落，进入低电压穿越模式。主控向变流器发出的无功电流指令被切断，变流器直接根据电压跌落的深度向电网发送了1pu的容性无功电流，以帮助电网电压抬升至约0.31pu。
第2.36s，电网故障清除，风机退出低电压穿越模式并恢复主控的无功命令。在故障清除的第2.36s瞬间，电网电压从1.00pu升至1.08pu后，在第3.30s时才降至1.00pu，之后电网电压稳定在1.00pu。
参见图5(b)，仿真开始后，由于电网电压偏低，风机在主控的指令下发出0.25pu的容性无功电流，将电网电压抬升至1pu，***稳定运行中。
第1.5s，发生短路故障，无功电流从0.25pu升至1.18pu后稳定至1.02pu。
第2.36s故障清除，在故障清除后无功电流控制由变流器向主控切换回的瞬间，无功电流先跌至0，随后按约1pu/s的恢复斜率恢复至故障前的主控指令值0.25pu。
由此可知：本发明实施例的第二策略的无功电流的变化相比第一策略的缓慢一些，恢复斜率K2(1pu/s)要小于K1(10pu/s)。第二策略可减小低电压穿越故障清除后由于无功电流阶跃变化而对电网电压产生的冲击，但该无功电流恢复速率仍对电网造成了一定冲击。
因此，本发明实施例中的第二控制策略无法应用于实际风力发电机组的低电压穿越控制中，该第二控制策略需要改进。
图6(a)是本发明一实施例的按第三控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图。图6(b)是本发明一实施例的按第三控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图。
在本发明实施例中，电网的短路容量比为4，在实验开始后的第1.5s发生三相对称短路故障，在第2.36s故障清除，短路故障清除后无功电流恢复斜率K3(即电流的变化速度X3)为0.42pu/s。按第三控制策略进行如下的仿真实验。
参见图6(a)，仿真开始后，由于电网电压偏低，风机在主控的指令下发出0.25pu的容性无功电流，将电网电压抬升至1pu，***稳定运行中。
第1.5s，电网发生短路故障，电网电压跌落至0.2pu。风机检测到电压跌落，进入低电压穿越模式。主控向变流器发出的无功电流指令被切断，变流器直接根据电压跌落的深度向电网发送了1pu的容性无功电流帮助电网电压抬升至约0.31pu。
第2.36s，电网故障清除，风机退出低电压穿越模式并恢复主控的无功命令。在故障清除的第2.36s瞬间，电网电压在3.00s升至1.04pu后，在3.30s时降至1.00pu，之后电网电压稳定在1.00pu。
参见图6(b)，仿真开始后，由于电网电压偏低，风机在主控的指令下发出0.25pu的容性无功电流，将电网电压抬升至1pu，***稳定运行中。
第1.5s，发生短路故障，无功电流从0.25pu升至1.18pu后稳定至1.01pu。
第2.36s，故障清除。在故障清除后，无功电流控制由变流器向主控切换回的瞬间，无功电流先跌至0，随后按约0.42pu/s的斜率恢复至故障前的主控指令值0.25pu。
由此可知：本发明实施例的第三策略的无功电流的变化相比第二策略的缓慢一些，恢复斜率K3(0.42pu/s)要小于K2(1pu/s)。第三策略可减小电压穿越故障清除后由于无功电流阶跃变化而对电网电压产生的冲击，但该无功电流恢复速率仍会对电网造成了一定冲击。
因此，本发明实施例中的第三控制策略无法应用于实际风力发电机组的低电压穿越控制中，该第三控制策略需要改进。该电流变化的速率X3的值仍需优化。
图7(a)是本发明一实施例的按第四控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图。图7(b)是本发明一实施例的按第四控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图。
在本发明实施例中，电网的短路容量比为4，在实验开始后的第1.5s发生三相对称短路故障，在第2.36s故障清除，短路故障清除后无功电流恢复斜率K4(即电流的变化速度X4)为0.27pu/s。按第四控制策略进行如下的仿真实验。
参见图7(a)，仿真开始后，由于电网电压偏低，风机在主控的指令下发出0.25pu的容性无功电流，将电网电压抬升至1pu，***稳定运行中。
第1.5s，电网发生短路故障，电网电压跌落至0.2pu。风机检测到电压跌落，进入低电压穿越模式。主控向变流器发出的无功电流指令被切断，变流器直接根据电压跌落的深度向电网发送了1pu的容性无功电流帮助电网电压抬升至约0.31pu。
第2.36s，电网故障清除，风机退出低电压穿越模式并恢复主控的无功命令。在故障清除的2.36s瞬间，电网发生轻微波动后稳定在1.00pu。
参见图7(b)，仿真开始后，由于电网电压偏低，风机在主控的指令下发出0.25pu的容性无功电流，将电网电压抬升至1pu，***稳定运行中。
第1.5s，发生短路故障，无功电流从0.25pu升至1.18pu后稳定至1.02pu。
第2.36s故障清除，在故障清除后无功电流控制由变流器向主控切换回的瞬间，无功电流先跌至0，随后后按照约0.27pu/s的斜率恢复至故障前的主控指令值0.25pu。
由此可知：第四策略中无功电流的变化较第三策略更缓慢一些。该策略没有对电网电压造成冲击，使电网电压平稳地恢复到了1pu。
因此，对于较弱的电网(以短路容量比4为例)，低电压穿越后无功电流按照约0.27pu/s的斜率恢复至故障前的指令值为较合适的策略，可以消除低电压穿越故障清除后由于无功电流阶跃变化而对电网电压产生的冲击，提高风电机组对电网的友好性，尤其是电网较弱的区域，可以帮助提高***的稳定性。
另外，其他仿真实验结果可以如下所示：
电网短路容量比为10时，0.78pu/s左右的无功恢复斜率可使电网电压在电压故障后平稳地恢复到1pu。
电网短路容量比为8时，0.51pu/s左右的无功恢复斜率可使电网电压在电压故障后平稳地恢复到1pu。
电网短路容量比为6时，0.35pu/s左右的无功恢复斜率可使电网电压在电压故障后平稳地恢复到1pu。
电网短路容量比为2时，0.21pu/s左右的无功恢复斜率可使电网电压在电压故障后平稳地恢复到1pu。
由上述分析可以获知：(1)短路容量比越小，无功电流恢复斜率的数值越小；(2)在相同的短路容量比的前提之下，无功电流恢复斜率的数值越小，无功电流阶跃变化而对电网电压产生的冲击越小。
上述实施例可以发生在高电压或者低电压穿越之后，在故障恢复的瞬间，对风机发出的无功电流进行控制的优化策略。使无功电流的阶跃变化引对电网电压造成的影响最小，能够保证风机对弱电网具有更加友好的性能。另外，提出了短路容量比与无功电流恢复斜率之间的变化规律，为在风机台数较多的风场或较弱的***中的无功电流控制提供了理论依据。
图8是本发明一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制装置的结构示意图。
如图8所示，该装置800可以包括：参数监测单元810、故障判断单元820、模式执行单元830和无功补偿单元840。其中，参数监测单元810可以用于实时监测电网的电气量参数；故障判断单元820可以用于基于电气量参数判断电网是否发生短路故障；模式执行单元830可以用于发生短路故障，并执行低电压穿越模式；无功补偿单元840可以用于消除短路故障，结束低电压穿越模式，并根据短路容量比，由风力发电机组按预设范围的恢复斜率对电网进行恢复补偿。
在一些实施例中，在图8实施例的基础上，还可以增加风力发电机组的低电压穿越控制仿真***。
图9是本发明一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制仿真***的结构示意图。
如图9所示，该仿真***的结构900可以包括：模型生成单元910、故障仿真单元920、补偿仿真单元930、冲击判断单元940和范围获取单元950。其中，模型生成单元910可以用于将风力发电机组经由变压器接入预设短路容量的测试电网，生成风机并网模型；故障仿真单元920可以用于利用PSCAD平台，仿真测试电网先发生短路故障，再消除短路故障；补偿仿真单元930可以用于在消除短路故障后，利用风力发电机组按指定恢复斜率对测试电网进行无功补偿；冲击判断单元940可以用于判断测试电网在接受无功补偿时，是否能够承受因无功补偿带来的电压冲击；范围获取单元950可以用于获取能够承受电压冲击的恢复斜率的预设范围。
需要说明的是，本发明实施例中所示的功能单元的实现方式可以为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
在一些实施例中，恢复斜率与短路容量比正相关。
在一些实施例中，恢复斜率与电压冲击正相关。
在一些实施例中，恢复斜率的预设范围可以包括：当短路容量比为2时，恢复斜率的预设范围是大于0.20pu/s且小于0.22pu/s；当短路容量比为4时，恢复斜率的预设范围是大于0.26pu/s且小于0.28pu/s；当短路容量比为6时，恢复斜率的预设范围是大于0.34pu/s且小于0.36pu/s；当短路容量比为8时，恢复斜率的预设范围是大于0.50pu/s且小于0.52pu/s；当短路容量比为10时，恢复斜率的预设范围是大于0.77pu/s且小于0.79pu/s。
在一些实施例中，恢复斜率可以包括：当短路容量比为2时，恢复斜率为0.21pu/s；当短路容量比为4时，恢复斜率为0.27pu/s；当短路容量比为6时，恢复斜率为0.35pu/s；当短路容量比为8时，恢复斜率为0.51pu/s；当短路容量比为10时，恢复斜率为0.78pu/s。
在一些实施例中，电气量参数可以包括：电网电压正序分量。
需要说明的是，上述各实施例的装置可作为上述各实施例的用于各实施例的方法中的执行主体，可以实现各个方法中的相应流程。另外，上述各实施例的装置与上述各实施例的方法相对应，二者具有类似的功能，可以解决类似的技术问题，二者可以相互参考引用。为了简洁，此方面内容不再赘述。
以上所描述的装置和***实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (13)
1.一种风力发电机组的低电压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
实时监测电网的电气量参数；
基于所述电气量参数判断所述电网是否发生短路故障；
若发生所述短路故障，则执行低电压穿越模式；
在所述短路故障消除后，结束所述低电压穿越模式，并根据短路容量比，由所述风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对所述电网恢复无功补偿；其中，
所述无功电流恢复斜率的所述预设范围包括：
当所述短路容量比为2时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.20pu/s且小于0.22pu/s；
当所述短路容量比为4时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.26pu/s且小于0.28pu/s；
当所述短路容量比为6时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.34pu/s且小于0.36pu/s；
当所述短路容量比为8时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.50pu/s且小于0.52pu/s；
当所述短路容量比为10时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.77pu/s且小于0.79pu/s。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时监测电网的电气量参数之前，还包括：
将风力发电机组经由变压器接入预设短路容量比的测试电网生成电压控制模型；
利用电磁暂态仿真软件PSCAD平台，仿真所述测试电网先发生所述短路故障，再消除所述短路故障；
在消除所述短路故障后，利用所述风力发电机组按预设的无功电流恢复斜率对所述测试电网恢复无功补偿；
判断所述测试电网在接受所述无功补偿时，是否能够承受因所述无功补偿带来的电压冲击；
获取能够承受电压冲击的所述无功电流恢复斜率的所述预设范围。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无功电流恢复斜率与所述短路容量比正相关。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无功电流恢复斜率与所述电压冲击正相关。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无功电流恢复斜率包括：
当所述短路容量比为2时，所述无功电流恢复斜率为0.21pu/s；
当所述短路容量比为4时，所述无功电流恢复斜率为0.27pu/s；
当所述短路容量比为6时，所述无功电流恢复斜率为0.35pu/s；
当所述短路容量比为8时，所述无功电流恢复斜率为0.51pu/s；
当所述短路容量比为10时，所述无功电流恢复斜率为0.78pu/s。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述电气量参数包括：电网电压正序分量。
7.一种风力发电机组的低电压穿越控制装置，其特征在于，包括：
参数监测单元，用于实时监测电网的电气量参数；
故障判断单元，用于基于所述电气量参数判断所述电网是否发生短路故障；
模式执行单元，用于当发生所述短路故障时，执行低电压穿越模式；
无功补偿单元，用于在所述短路故障消除后，结束所述低电压穿越模式，并根据短路容量比，由所述风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对所述电网恢复无功补偿；其中，
所述无功电流恢复斜率的所述预设范围包括：
当所述短路容量比为2时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.20pu/s且小于0.22pu/s；
当所述短路容量比为4时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.26pu/s且小于0.28pu/s；
当所述短路容量比为6时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.34pu/s且小于0.36pu/s；
当所述短路容量比为8时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.50pu/s且小于0.52pu/s；
当所述短路容量比为10时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.77pu/s且小于0.79pu/s。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：
模型生成单元，用于将风力发电机组经由变压器接入预设短路容量比的测试电网，生成电压控制模型；
故障仿真单元，用于利用PSCAD平台，仿真所述测试电网先发生所述短路故障，再消除所述短路故障；
补偿仿真单元，用于在消除所述短路故障后，利用所述风力发电机组按预设的无功电流恢复斜率对所述测试电网恢复无功补偿；
冲击判断单元，用于判断所述测试电网在接受所述无功补偿时，是否能够承受因所述无功补偿带来的电压冲击；
范围获取单元，用于获取能够承受电压冲击的所述无功电流恢复斜率的所述预设范围。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述无功电流恢复斜率与所述短路容量比正相关。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述无功电流恢复斜率与所述电压冲击正相关。
11.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述无功电流恢复斜率包括：
当所述短路容量比为2时，所述无功电流恢复斜率为0.21pu/s；
当所述短路容量比为4时，所述无功电流恢复斜率为0.27pu/s；
当所述短路容量比为6时，所述无功电流恢复斜率为0.35pu/s；
当所述短路容量比为8时，所述无功电流恢复斜率为0.51pu/s；
当所述短路容量比为10时，所述无功电流恢复斜率为0.78pu/s。
12.根据权利要求7-11中任一项所述的装置，其特征在于，所述电气量参数包括：电网电压正序分量。
13.一种风力发电机组的低电压穿越仿真***，其特征在于，包括：
测试电网；
与所述测试电网连接的风力发电机组，用于在所述测试电网发生短路故障后，执行低电压穿越模式；在所述短路故障消除后，结束所述低电压穿越模式，并根据短路容量比，由所述风力发电机组按预设范围的恢复斜率对所述测试电网恢复无功补偿；
分别与所述测试电网和所述风力发电机连接的变压器，用于将所述风力发电机组所输出的电压进行变压后，输送至所述测试电网；
分别与所述测试电网和所述风力发电机组连接的PSCAD服务器，用于在PSCAD平台上对所述风力发电机组进行低电压穿越控制的仿真；其中，
所述无功电流恢复斜率的所述预设范围包括：
当所述短路容量比为2时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.20pu/s且小于0.22pu/s；
当所述短路容量比为4时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.26pu/s且小于0.28pu/s；
当所述短路容量比为6时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.34pu/s且小于0.36pu/s；
当所述短路容量比为8时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.50pu/s且小于0.52pu/s；
当所述短路容量比为10时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.77pu/s且小于0.79pu/s。
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