含电压源型发电机组的风电场站无功补偿控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种含电压源型发电机组的风电场站无功补偿控制方法及系统，确定风电场站总无功功率需求Q

【技术实现步骤摘要】
含电压源型发电机组的风电场站无功补偿控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及无功电压协调控制技术，特别是一种含电压源型发电机组的风电场站无功补偿控制方法及系统。

技术介绍

[0002]风力发电具有较大的间歇性和波动性，随着风电机组装机容量不断增加，其大规模并入电网使得电网失稳的可能性大大增加。风电场站往往处于电网末端，电网对于并网点电压支撑能力较弱，一旦遇到电网故障情况，并网点电压会骤然跌落，风电场站脱网运行的几率大大增加，这将给工业生产和经济发展造成严重损失。
[0003]风电场站无功补偿协调控制中通常简单地将电网状态划分为故障和非故障状态，以此为依据进行无功补偿，同时风电机组大多加装Crowbar保护电路。Crowbar保护电路未动作时，风电机组尚可正常运行，可以给并网点电压提供一定的无功支撑，而一旦Crowbar保护电路动作，风电机组的转子绕组将被短接，从无功源变为无功负荷。目前研究中大多没有考虑到根据Crowbar保护电路动作与否进行不同的无功补偿模式，而是采用统一的调控进行无功补偿，这将造成不必要的无功出力，增大投资成本。
[0004]风电场站中多采用电流源型发电机组进行发电，但其存在发电效率损失、增加投资和运行成本等缺点；有研究表明，在风电场站中配置一定比例的电压源型发电机组可以提升发电效率和系统稳定性。目前的研究未考虑到如何充分利用电压源型发电机组和电流型发电机组在无功补偿控制特性方面的差异进行无功协调控制，这将极大地削弱风电场站无功补偿设备配置的灵活性，并将提高投资成本。
[0005]因此，含电压源型发电机组的快速无功补偿方法对于新能源发电的稳定性研究具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种构含电压源型发电机组的风电场站无功补偿控制方法及系统，有效提高含电压源型发电机组风电场站的稳定运行能力。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种含电压源型发电机组的风电场站无功补偿控制方法，该方法包括：
[0008]若电网处于非故障状态，则：若Q
all
≤Q
wmax
，则电压源型发电机组优先进行无功补偿，若无功补偿不足，电流源型发电机组进行二次无功补偿，令Q
wref
＝Q
all
；否则，发电机组优先进行无功补偿，无功补偿设备STATCOM进行二次无功补偿，令Q
wref
＝Q
wmax
，Q
sref
＝Q
all
‑
Q
wmax
；其中，Q
all
为风电场站总无功功率需求，Q
wmax
为风电机组的无功功率上限；所述风电机组包括电压源型发电机组和电流源型发电机组；
[0009]若电网处于故障状态，则判断Crowbar保护电路是否动作，若Crowbar保护电路未动作，无功补偿设备STATCOM提供无功补偿，若Q
all
≤Q
wmax
，则令Q
sref
＝Q
all
，待并网点电压处
于正常范围内，发电机组提供无功补偿，无功补偿设备STATCOM退出运行；若Q
all
>Q
smax
，则风电机组进行二次无功补偿，令Q
sref
＝Q
smax
，Q
wref
＝Q
all
‑
Q
smax
。
[0010]在Crowbar保护电路未动作的时候，风电机组的转子绕组尚未被短接，此时可以充分利用其可以提供无功补偿的特性进行风电场站无功补偿协调控制，减少储能设备的投切，减少投资成本，有效提高含电压源型发电机组风电场站的稳定运行能力。
[0011]进一步地，本专利技术的方法还包括：若Crowbar保护电路已经动作，无功补偿设备STATCOM与储能设备同时动作，支撑并网点电压并向风电机组提供无功补偿；待故障状态解除后，Crowbar保护电路退出保护，电压源型发电机组和电流源型发电机组提供无功补偿，无功补偿设备STATCOM和储能设备退出运行。
[0012]在Crowbar保护电路已经动作时，风电机组的转子绕组被短接，变为无功负荷，需要其他设备提供无功补偿，此时充分利用STATCOM和储能设备的快速无功补偿特性，可以减少风电机组的转子绕组被短接和电网故障的时间，快速解除故障状态，提高风电场站运行稳定性。
[0013]本专利技术中，风电场站总无功功率需求Q
all
的计算公式为：
[0014]Q
all
＝Q
dynamic
+Q
loss
；
[0015]Q
loss
＝Q
T1+
Q
T2+
Q
line
；
[0016][0017][0018][0019]其中，Q
dynamic
为风电场站并网点电压参考值与并网点电压实测值作差经PI控制器计算所得的风电场站动态无功补偿值，Q
loss
为根据风电场站内部集电线路、箱变及升压变压器的无功损耗计算出的风电场站总无功损耗值，Q
T1
为风电场站箱变无功损耗，Q
T2
为风电场站升压变压器无功损耗，Q
line
为风电场站集电线路无功损耗；I
01
(％)为箱变空载电流的百分数，V
K1
(％)为箱变短路电压的百分数，S
e1
为箱变的额定容量，β1为箱变的负载率；I
02
(％)为升压变压器空载电流的百分数，V
K2
(％)为升压变压器短路电压的百分数，S
e2
为升压变压器的额定容量，β2为升压变压器的负载率；P为通过集电线路的有功功率，Q为通过集电线路的无功功率，X为集电线路电抗，U为集电线路电压降。集电线路
[0020]本专利技术中，风电机组的无功功率上限Q
wmax
的计算公式为：
[0021][0022]其中，a＝1，2，
……
，N，N为电压源型发电机组的数量，Q
va_max
为第a个电压源型发电机组的无功功率最大值；b＝1，2，
……
，M，M为电流源型发电机组的数量，Q
ib_max
为第b个电流源型发电机组的无功功率最大值。
[0023]电网是否处于故障状态的判断过程包括：若并网点电压变化速度的绝对值
│
du/dt
│
大于故障临界值或并网点电压超出正常范围，则电网处于故障状态；否则，电网处于非故
障状态。
[0024]本专利技术中，判断Crowbar保护电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含电压源型发电机组的风电场站无功补偿控制方法，其特征在于，该方法包括：若电网处于非故障状态，则：若Q
all
≤Q
wmax
，则电压源型发电机组优先进行无功补偿，若无功补偿不足，电流源型发电机组进行二次无功补偿，令Q
wref
＝Q
all
；否则，发电机组优先进行无功补偿，无功补偿设备STATCOM进行二次无功补偿，令Q
wref
＝Q
wmax
，Q
sref
＝Q
all
‑
Q
wmax
；其中，Q
all
为风电场站总无功功率需求，Q
wmax
为风电机组的无功功率上限；所述风电机组包括电压源型发电机组和电流源型发电机组；若电网处于故障状态，则判断Crowbar保护电路是否动作，若Crowbar保护电路未动作，无功补偿设备STATCOM提供无功补偿，若Q
all
≤Q
wmax
，则令Q
sref
＝Q
all
，待并网点电压处于正常范围内，发电机组提供无功补偿，无功补偿设备STATCOM退出运行；若Q
all
>Q
smax
，则风电机组进行二次无功补偿，令Q
sref
＝Q
smax
，Q
wref
＝Q
all
‑
Q
smax
。2.根据权利要求1所述的含电压源型发电机组的风电场站无功补偿控制方法，其特征在于，还包括：若Crowbar保护电路已经动作，则无功补偿设备STATCOM与储能设备同时动作，支撑并网点电压并向风电机组提供无功补偿；待故障状态解除后，Crowbar保护电路退出保护，电压源型发电机组和电流源型发电机组提供无功补偿，无功补偿设备STATCOM和储能设备退出运行。3.根据权利要求1所述的含电压源型发电机组的风电场站无功补偿控制方法，其特征在于，风电场站总无功功率需求Q
all
的计算公式为：Q
all
＝Q
dynamic
+Q
loss
；Q
loss
＝Q
T1
+Q
T2
+Q
line
；；；其中，Q
dyna...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕东，赵琛，谢志为，伍文华，徐嘉诚，罗聪，李乾元，刘小可，李华，何国庆，王碧阳，李旭东，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司国网陕西省电力有限公司国网陕西省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：