CN107086661B - 一种风电场偏航应急电源***的设计方法及投入方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风电场偏航应急电源***的设计方法及投入方法，该方法考虑应急电源***和偏航电机的启动过程，进行容量设计，保证应急电源***和偏航电机可以正常启动。采用风电场电缆的等值电路进行仿真，从而确定无功补偿容量，能够更准确地补偿风电场内的无功功率。从风电场等值电路的幅频特性曲线分析的角度设计谐振抑制装置，保证谐振频率的合理性和谐振峰值较小，可有效减小***中的谐波。总之，采用本发明方法能够有效减小柴油发电机组出口和集电线路的冲击电流，保证应急电源***可以正常投入运行并且保证偏航电机可以正常启动并稳定运行。

Description

一种风电场偏航应急电源***的设计方法及投入方法
技术领域
本发明涉及风电场偏航应急电源***设计的技术领域，尤其是指一种风电场偏航应急电源***设计方法及投入方法。
背景技术
风电场偏航应急电源***是在风电场与外电网断开时接入风电场的集电线路，为机组偏航电机的正常运行提供应急电源。应急电源***包括柴油发电机组、升压变压器、无功补偿装置和谐振抑制装置。目前的风电场偏航应急电源***设计主要考虑应急电源和偏航电机处于稳定运行状态，而忽略应急电源和偏航电机的暂态过程。然而，应急电源和偏航电机的启动过程是影响应急电源***能否进入稳定运行状态的关键。其中，柴油发电机组和无功补偿装置的投入方式不当，则可能造成冲击电流过大，设备自动切出；柴油发电机组和无功补偿装置容量选择不当，则无法保证线路电压稳定在额定值附近和偏航电机正常启动。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种考虑应急电源和电机暂态过程的风电场偏航应急电源***的设计方法及投入方法，既能够保证冲击电流较小又能够保证偏航电机正常启动并稳定运行，从而保证应急电源***能够顺利投入及稳定运行。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风电场偏航应急电源***的设计方法，所述风电场偏航应急电源***由柴油发电机组、升压变压器、无功补偿装置和谐振抑制装置构成；该方法包括以下步骤：
1)根据风电场集电线路的电缆型号和电缆连接方式，在电力***仿真软件中建立电缆连接图，根据风机箱式变压器试验参数在电力***仿真软件中建立变压器等值模型并接入集电线路相应节点，根据偏航电机试验参数在电力***仿真软件中建立偏航电机等值模型并接入集电线路相应节点；
2)在电力***仿真软件中采用理想电源模拟风电场电源并接入风电场集电线路的应急电源接入节点，测量理想电源输出有功功率和无功功率，运行仿真模型，并记录理想电源输出有功功率和无功功率曲线；
3)记录有功功率曲线的峰值作为柴油发电机组的容量Pg，记录无功功率曲线的稳定值作为无功补偿装置的容量Qc，升压变压器的容量St选为St＝Pg/0.8；
4)设无功补偿装置接入线路的额定电压为Uc，得到无功补偿装置的阻抗ZN＝Uc2/|Qc|；如果Qc<0，则需要电抗器作为无功补偿装置，则计算电感值Lc＝ZN/ω，其中ω＝2×π×50；如果Qc>0，则需要电容作为无功补偿装置，则计算电容值Cc＝1/(ZN×ω)；
5)累加各电缆型号的电缆的电容值得到风电场集电线路的总电容Cl,累加各电缆型号的电感值得到集电线路总电感Ll，累加各电缆型号的电阻值得到集电线路总电阻Rl；考虑Qc<0，需要电抗器作为无功补偿装置的情况，设计风电场等值电路为：以电压源表示柴油发电机组，柴油发电机组出口连接升压变压器的漏感Lt，升压变压器的漏感Lt经谐振抑制装置并联的电阻Rd和电感Ld后分别连接无功补偿装置的电感Lc和线路的总电容Cl及线路的总电感Ll，其中，无功补偿装置的电感Lc接地，线路的总电容Cl接地，线路的总电感Ll连接线路的总电阻Rl；以从柴油发电机组到升压变压器方向为电流正方向，定义柴油发电机组输出电流为i1，柴油发电机组输出电压为u1，以电压u1为输入，电流i1为输出，得到传递函数为：
6)设Rd＝kωLd，其中k＝1.5、2、3、4、5；首先，设k＝1.5，Rd＝10、30、50、70、90、110…，绘制上述传递函数的幅频特性曲线，同样，绘制k＝2、3、4、5，Rd＝10、30、50、70、90、110…的幅频特性曲线，并在这些幅频特性曲线中，选取的谐振频率避开3、5次谐波频率且谐振频率处的幅值小并无明显尖峰的幅频特性曲线，并记录该幅频特性曲线对应的电阻Rd和k值，进而计算电感至此，就能够得到谐振抑制装置的电阻和电感。
所述风电场偏航应急电源***的投入方法为：在外网断电后，首先将柴油发电机组与升压变压器之间的开关、升压变压器与集电线路之间的开关及无功补偿装置与集电线路之间的开关闭合，所有连接风机的集电线路与连接后备电源***的集电线路之间的开关闭合；然后柴油发电机组的原动机开始启动并升转速，待转速达到同步转速后，接入柴油发电机组励磁电流，集电线路开始升压至额定电压。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、考虑应急电源***和偏航电机的启动过程，进行容量设计，保证应急电源***和偏航电机可以正常启动。
2、采用风电场电缆的等值电路进行仿真，从而确定无功补偿容量，能够更准确地补偿风电场内的无功功率。
3、从风电场等值电路的幅频特性曲线分析的角度设计谐振抑制装置，保证谐振频率的合理性和谐振峰值较小，可有效减小***中的谐波。
4、采用本发明方法能够有效减小柴油发电机组出口和集电线路的冲击电流，保证应急电源***可以正常投入运行。
附图说明
图1为风电场偏航应急电源***的结构示意图。
图2为风电场等值电路示意图。
图3为传递函数的幅频特性曲线图。
图4为选取的谐振频率避开3、5次谐波频率且谐振频率处的幅值小并无明显尖峰的幅频特性曲线图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，风电场偏航应急电源***由柴油发电机组、升压变压器、无功补偿装置和谐振抑制装置构成。而本实施例所提供的风电场偏航应急电源***的设计方法，具体是针对柴油发电机组容量、升压变压器容量、无功补偿装置容量和谐振抑制装置参数的设计方法，包括以下步骤：
1)根据风电场集电线路的电缆型号和电缆连接方式，在电力***仿真软件中建立电缆连接图，根据风机箱式变压器试验参数在电力***仿真软件中建立变压器等值模型并接入集电线路相应节点，根据偏航电机试验参数在电力***仿真软件中建立偏航电机等值模型并接入集电线路相应节点。
2)在电力***仿真软件中采用理想电源模拟风电场电源并接入风电场集电线路的应急电源接入节点，测量理想电源输出有功功率和无功功率；运行仿真模型，并记录理想电源输出有功功率和无功功率曲线。
3)记录有功功率曲线的峰值作为柴油发电机组的容量Pg，记录无功功率曲线的稳定值作为无功补偿装置的容量Qc，升压变压器的容量St选为St＝Pg/0.8。
4)设无功补偿装置接入线路的额定电压为Uc，得到无功补偿装置的阻抗ZN＝Uc2/|Qc|；如果Qc<0，则需要电抗器作为无功补偿装置，则计算电感值Lc＝ZN/ω，其中ω＝2×π×50；如果Qc>0，则需要电容作为无功补偿装置，则计算电容值Cc＝1/(ZN×ω)。
5)累加各电缆型号的电缆的电容值得到风电场集电线路的总电容Cl,累加各电缆型号的电感值得到集电线路总电感Ll，累加各电缆型号的电阻值得到集电线路总电阻Rl；考虑Qc<0，需要电抗器作为无功补偿装置的情况，画出风电场等值电路如图2所示，图中，Lt是柴油发电机组出口的升压变压器的漏感，Rd和Ld分别是谐振抑制装置的电阻和电感，Lc是无功补偿装置的电感，Cl是线路的总电容，Ll是线路的总电感，Rl是线路的总电阻，设计风电场等值电路为：以电压源表示柴油发电机组，柴油发电机组出口连接升压变压器的漏感Lt，升压变压器的漏感Lt经谐振抑制装置并联的电阻Rd和电感Ld后分别连接无功补偿装置的电感Lc和线路的总电容Cl及线路的总电感Ll，其中，无功补偿装置的电感Lc接地，所述线路的总电容Cl接地，线路的总电感Ll连接线路的总电阻Rl；以从柴油发电机组到升压变压器方向为电流正方向，定义柴油发电机组输出电流为i1，柴油发电机组输出电压为u1，以电压u1为输入，电流i1为输出，得到传递函数为：
Figure BDA0001279358380000051
6)设Rd＝kωLd，其中k＝1.5、2、3、4、5；首先，设k＝1.5，Rd＝10、30、50、70、90、110…，绘制上述传递函数的幅频特性曲线，如图3所示。同样，绘制k＝2、3、4、5，Rd＝10、30、50、70、90、110…的幅频特性曲线，并在这些幅频特性曲线中，选取的谐振频率避开3、5次谐波频率且谐振频率处的幅值小并无明显尖峰的幅频特性曲线，如图4所示，并记录该幅频特性曲线对应的电阻Rd和k值，进而计算电感
Figure BDA0001279358380000052
至此，就能够得到谐振抑制装置的电阻和电感。
上述设计的风电场偏航应急电源***的投入方式为：在外网断电后，首先将柴油发电机组与升压变压器之间的开关、升压变压器与集电线路之间的开关及无功补偿装置与集电线路之间的开关闭合，所有连接风机的集电线路与连接后备电源***的集电线路之间的开关闭合；然后柴油发电机组的原动机开始启动并升转速，待转速达到同步转速后，接入柴油发电机组励磁电流，集电线路开始升压至额定电压。
以上所述之实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种风电场偏航应急电源***的设计方法，所述风电场偏航应急电源***由柴油发电机组、升压变压器、无功补偿装置和谐振抑制装置构成；其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)根据风电场集电线路的电缆型号和电缆连接方式，在电力***仿真软件中建立电缆连接图，根据风机箱式变压器试验参数在电力***仿真软件中建立变压器等值模型并接入集电线路相应节点，根据偏航电机试验参数在电力***仿真软件中建立偏航电机等值模型并接入集电线路相应节点；
2)在电力***仿真软件中采用理想电源模拟风电场电源并接入风电场集电线路的应急电源接入节点，测量理想电源输出有功功率和无功功率，运行仿真模型，并记录理想电源输出有功功率和无功功率曲线；
3)记录有功功率曲线的峰值作为柴油发电机组的容量Pg，记录无功功率曲线的稳定值作为无功补偿装置的容量Qc，升压变压器的容量St选为St＝Pg/0.8；
4)设无功补偿装置接入线路的额定电压为Uc，得到无功补偿装置的阻抗ZN＝Uc2/|Qc|；如果Qc<0，则需要电抗器作为无功补偿装置，则计算电感值Lc＝ZN/ω，其中ω＝2×π×50；如果Qc>0，则需要电容作为无功补偿装置，则计算电容值Cc＝1/(ZN×ω)；
5)累加各电缆型号的电缆的电容值得到风电场集电线路的总电容Cl,累加各电缆型号的电感值得到集电线路总电感Ll，累加各电缆型号的电阻值得到集电线路总电阻Rl；考虑Qc<0，需要电抗器作为无功补偿装置的情况，设计风电场等值电路为：以电压源表示柴油发电机组，柴油发电机组出口连接升压变压器的漏感Lt，升压变压器的漏感Lt经谐振抑制装置并联的电阻Rd和电感Ld后分别连接无功补偿装置的电感Lc和线路的总电容Cl及线路的总电感Ll，其中，无功补偿装置的电感Lc接地，线路的总电容Cl接地，线路的总电感Ll连接线路的总电阻Rl；以从柴油发电机组到升压变压器方向为电流正方向，定义柴油发电机组输出电流为i1，柴油发电机组输出电压为u1，以电压u1为输入，电流i1为输出，得到传递函数为：
Figure FDA0002115190450000021
6)设Rd＝kωLd，其中k＝1.5、2、3、4、5；首先，设k＝1.5，Rd＝10、30、50、70、90、110…，绘制上述传递函数的幅频特性曲线，同样，绘制k＝2、3、4、5，Rd＝10、30、50、70、90、110…的幅频特性曲线，并在这些幅频特性曲线中，选取的谐振频率避开3、5次谐波频率且谐振频率处的幅值小并无明显尖峰的幅频特性曲线，并记录该幅频特性曲线对应的电阻Rd和k值，进而计算电感
Figure FDA0002115190450000022
至此，就能够得到谐振抑制装置的电阻和电感。
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