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

摘要

本发明公开了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，属于电力系统及其自动化技术领域。本发明根据监测并网点电压对风电场中的双馈异步发电机组和永磁同步发电机组采取不同的控制策略，当并网点电压偏离正常工作范围时，对双馈异步发电机群仍采用现有的低电压穿越控制策略，而对永磁同步发电机群采取无功支援控制策略。本发明根据监测并网点电压实时调整风电场中不同风力发电机组的运行方式，在不增加硬件设备的前提下通过改变双馈同步发电机组和永磁同步发电机组的接线拓扑即可实现现有风电场无功电压平衡，增加了整个区域风电场的低电压穿越能力。

主权项

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，其特征在于，包括如下步骤：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)；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；所述网侧变流器控制策略指按以下公式计算永磁同步发电机群中每台发电机组注入电网的动态无功电流要求I_gq：I_gq＝1.5·I_N·(0.9‑V_out‑pu)其中，I_N为永磁同步发电机组的额定电流；然后，根据I_gq对永磁同步发电机群进行控制，在这种控制模式下，网侧变流器的动态有功电流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)；无功支援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；所述网侧变流器控制策略包括以下步骤：4‑1)按以下公式计算双馈异步发电机群中第i台发电机组在并网点电压标幺值为V_out‑pu时的机端电压U_i‑out：$U_{i-out}=V_{out}+\frac{P_i{R}_i+Q_i{X}_i}{V_{out}}$其中，R_i为双馈异步发电机群中第i台发电机组并网等值阻抗Z_i的电阻部分，X_i为双馈异步发电机群中第i台发电机组并网等值阻抗Z_i的电抗部分，Z_i＝R_i+jX_i；P_i为双馈异步发电机群中第i台发电机组向电网输出的功率S_i的有功功率部分，Q_i为双馈异步发电机群中第i台发电机组向电网输出的功率S_i的无功功率部分，S_i＝P_i+jQ_i；4‑2)按以下公式计算双馈异步发电机群在并网点电压标幺值为V_out‑pu时无功需求Q_all：$Q_{all}=\underset{i=1}{\overset{N_1}{\Sigma }}\left(\frac{3}{2}{U}_{i-out}^2\frac{x_i}{r_i^2+x_i^2}\right)$其中，N₁为双馈异步发电机群中所有发电机组的总数，r_i为双馈异步发电机群中第i台发电机组在撬棒电路接入后等值阻抗电阻部分，x_i为相应的电抗部分；4‑3)按以下公式计算永磁同步发电机群中每台发电机组需提供的无功量P′_s‑pmsg：$P_{s-pmsg}^{\prime }=\frac{Q_{all}}{N_2}$其中，N₂为永磁同步发电机群中所有发电机组的总数；4‑4)按以下公式计算永磁同步发电机群中每台发电机组注入电网的动态无功电流要求I_gq：$I_{gq}=max\{I_N·\frac{P_{s-pmsg}^{\prime }}{P_{s-pmsg}},1.5·I_N·\left(0.9-V_{out-pu}\right)\}$其中，I_N为永磁同步发电机组的额定电流，P_s‑pmsg为永磁同步发电机组的额定功率；然后，根据I_gq对永磁同步发电机群进行控制，在这种控制模式下，网侧变流器的动态有功电流所述N₂，在风电场没有配置无功功率补偿装置的情况下，应满足以下条件：$N_2\ge \left[{\left(\frac{Q_{all}}{Q_{max}}\right)}_{V_{out-pu}=0.2}\right]+1$其中，Q_max为永磁同步发电机组在指定机端电压条件下的无功输出极限，[]为取整符号，表示当V_out‑pu＝0.2时的值；所述Q_max应满足以下条件：Q_max＝min{Q_max1，Q_max2}$Q_{max1}={\omega }_0{\mathrm{CU}}_{dc}^2$$Q_{max2}=\frac{3V_{out}\sqrt{U_{dc}^2-\frac{2P·X}{\sqrt{3}{V}_{out}}}-9V_{out}^2}{2X}$其中，ω₀为永磁同步发电机组的配套变流器输出信号角频率，C为永磁同步发电机组的配套变流器直流环节电容；U_dc为永磁同步发电机组的配套变流器直流环节电压，X为永磁同步发电机组并网等值阻抗的电抗部分，P为永磁同步发电机组向电网输出的功率的有功功率部分；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/T 19963‑2011)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。