本發(fā)明涉及風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電利用率領(lǐng)域，特別是一種基于SVG設(shè)備的提高風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越能力的方法。

背景技術(shù)：

為了保證電網(wǎng)故障時(shí)雙饋感應(yīng)式發(fā)電機(jī)(DFIG)能安全運(yùn)行不脫網(wǎng)，適應(yīng)風(fēng)電并網(wǎng)的低電壓穿越(LVRT)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)電網(wǎng)電壓跌落時(shí)風(fēng)電機(jī)組的控制策略和保護(hù)原理進(jìn)行了大量研究。目前，常規(guī)的技術(shù)方案大致可以分為2大類：一類是在控制策略上進(jìn)行研究，另一類是增加硬件電路方法。說(shuō)明書(shū)附圖1為L(zhǎng)VRT技術(shù)方案分類樹(shù)狀圖。

其中，基于控制策略的方法，不需要增加額外的硬件裝置，該類方法僅適用于電網(wǎng)電壓輕微電壓跌落(小值跌落)情況，但對(duì)于嚴(yán)重故障導(dǎo)致的較大幅度的電網(wǎng)電壓跌落(大值跌落)，僅依靠改進(jìn)控制策略很難滿足要求。基于增加硬件電路的方法，由于額外硬件電路的加入，加大了機(jī)組的設(shè)計(jì)難度和制造成本，使風(fēng)電的上網(wǎng)電價(jià)升高，降低了經(jīng)濟(jì)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提出一種基于SVG設(shè)備的提高風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越能力的方法，可以改善電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，提高風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電利用率。

本發(fā)明采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種基于SVG設(shè)備的提高風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越能力的方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：在新能源發(fā)電站的送出線路端并聯(lián)靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG；

步驟S2：所述靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度員下發(fā)的控制模式，以及根據(jù)監(jiān)視到的發(fā)電站內(nèi)運(yùn)行工況實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)末端的無(wú)功輸出，補(bǔ)償線路傳輸無(wú)功功率和發(fā)電站內(nèi)主變壓器的無(wú)功損耗。

進(jìn)一步地，所述控制模式包括恒電壓控制、恒功率因數(shù)控制以及恒無(wú)功控制。

進(jìn)一步地，步驟S2中，所述動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)末端的無(wú)功輸出具體包括：

通過(guò)電網(wǎng)電壓矢量定向控制實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功的解耦控制；

通過(guò)控制i_q^*的大小控制靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG工作在容性或者感性狀態(tài)；

通過(guò)控制i_d和i_q的大小控制靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG傳遞的有功功率和無(wú)功功率的大小。

進(jìn)一步地，所述新能源發(fā)電站為風(fēng)力發(fā)電站。

進(jìn)一步地，風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)機(jī)組并網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)電機(jī)組出口的壓降為：

$d=\frac{R_L{\mathrm{\ΔP}}_i+X_L{\mathrm{\ΔQ}}_i}{U_N^2}\×100\%;$

$d\≈\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_i}{s_{sc}}\×100\%$

R＝R_L+R_l+R_t；

X＝X_L+X_l+X_t；

其中，R_l與X_l分別為線路電阻和電抗，R_L與X_L分別為系統(tǒng)等值電阻和電抗，R_t與X_t分別為風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的等值電阻和電抗，d為考察點(diǎn)處電壓波動(dòng)大小，ΔP_i表示負(fù)荷有功變化量，ΔQ_i表示負(fù)荷無(wú)功變化量，s_sc表示考察點(diǎn)在正常較小方式下的短路容量，U_N表示額定電壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下有益效果：本發(fā)明通過(guò)在新能源發(fā)電站的送出線路端并聯(lián)接入SVG的方式可以有效抑制起送端電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。通過(guò)SVG的快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)來(lái)補(bǔ)償末端的無(wú)功功率，使得線路傳輸無(wú)功功率和站內(nèi)主變壓器無(wú)功損耗得以補(bǔ)償，從而起到穩(wěn)定接入點(diǎn)電壓的作用。本發(fā)明采用SVG，具備無(wú)功響應(yīng)速度快、輸出諧波較低以及占地面積小和無(wú)需無(wú)源濾波器配合的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)接入點(diǎn)電力系統(tǒng)起到穩(wěn)定控制目標(biāo)側(cè)母線電壓的作用。對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)電場(chǎng)，SVG可滿足電網(wǎng)對(duì)無(wú)功的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)需要，可在多種控制模式下協(xié)調(diào)控制和平滑切換，因此具備提升風(fēng)電場(chǎng)LVRT能力的作用，從而提高電力系統(tǒng)可靠性和安全性，提高風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電利用效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的背景技術(shù)中LVRT技術(shù)方案分類樹(shù)狀圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)等值電路圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)有功電流引起的電壓降落矢量示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)無(wú)功電流引起的電壓降落矢量示意圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中SVG控制原理示意圖。

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中SVG控制策略示意圖。

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中投入FC的沖擊電流(A相與C相)波形圖。

圖8為本發(fā)明實(shí)施例中SVG的輸出無(wú)功功率波形圖。

圖9為本發(fā)明實(shí)施例中110kV控制側(cè)母線電壓波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本實(shí)施例提供了一種基于SVG設(shè)備的提高風(fēng)電場(chǎng)低電壓穿越能力的方法，具體包括以下步驟：

步驟S1：在新能源發(fā)電站的送出線路端并聯(lián)靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG；

步驟S2：所述靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度員下發(fā)的控制模式，以及根據(jù)監(jiān)視到的發(fā)電站內(nèi)運(yùn)行工況實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)末端的無(wú)功輸出，補(bǔ)償線路傳輸無(wú)功功率和發(fā)電站內(nèi)主變壓器的無(wú)功損耗。

在本實(shí)施例中，所述控制模式包括恒電壓控制、恒功率因數(shù)控制以及恒無(wú)功控制。

在本實(shí)施例中，步驟S2中，所述動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)末端的無(wú)功輸出具體包括：

通過(guò)電網(wǎng)電壓矢量定向控制實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功的解耦控制；

通過(guò)控制i_q^*的大小控制靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG工作在容性或者感性狀態(tài)；

通過(guò)控制i_d和i_q的大小控制靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG傳遞的有功功率和無(wú)功功率的大小。

在本實(shí)施例中，所述新能源發(fā)電站為風(fēng)力發(fā)電站。

在本實(shí)施例中，風(fēng)力發(fā)電站的風(fēng)機(jī)組并網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，風(fēng)電機(jī)組出口的壓降為：

$d=\frac{R_L{\mathrm{\ΔP}}_i+X_L{\mathrm{\ΔQ}}_i}{U_N^2}\×100\%;$

$d\≈\frac{{\mathrm{\ΔQ}}_i}{s_{sc}}\×100\%$

R＝R_L+R_l+R_t；

X＝X_L+X_l+X_t；

其中，R_l與X_l分別為線路電阻和電抗，R_L與X_L分別為系統(tǒng)等值電阻和電抗，R_t與X_t分別為風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的等值電阻和電抗，d為考察點(diǎn)處電壓波動(dòng)大小，ΔP_i表示負(fù)荷有功變化量，ΔQ_i表示負(fù)荷無(wú)功變化量，s_sc表示考察點(diǎn)在正常較小方式下的短路容量，U_N表示額定電壓。

較佳的，如圖2至圖4所示，圖2至圖4為風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)示意圖。其中E為電網(wǎng)電壓相量，U為風(fēng)電機(jī)組出口電壓相量，R_L、X_L分別為系統(tǒng)等值電阻和電抗，R_l、X_l分別為線路電阻和電抗，R_t、X_t分別為風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部的等值電阻和電抗，I_a、I_r分別為線路上流動(dòng)的有功電流和無(wú)功電流相量。一般而言，有功電流要遠(yuǎn)大于無(wú)功電流。以下公式中，設(shè)定R＝R_L+R_l+R_t，X＝X_L+X_l+X_t。

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電壓降落的橫分量對(duì)電壓幅值的影響小，化簡(jiǎn)后的公式如下：從上式可以看出，如果輸電線路傳輸?shù)臒o(wú)功功率變化較大，將引起末端電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，同時(shí)也會(huì)引起送端電網(wǎng)電壓的波動(dòng)。本實(shí)施例通過(guò)在新能源發(fā)電站的送出線路端并聯(lián)接入SVG的方式可以有效抑制上述問(wèn)題。通過(guò)SVG的快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)來(lái)補(bǔ)償末端的無(wú)功功率，使得線路傳輸無(wú)功功率和站內(nèi)主變壓器無(wú)功損耗得以補(bǔ)償，從而起到穩(wěn)定接入點(diǎn)電壓的作用。

其中，SVG控制原理如圖5所示。圖5中，U_dc表示直流側(cè)電容電壓，v_d、v_q表示電網(wǎng)電壓的dq分量，i_a、i_b、i_c分別表示ABC相電流，i_d、i_q表示為SVG輸出電流的dq分量。

在本實(shí)施例中，通過(guò)電網(wǎng)電壓矢量定向控制可以方便地實(shí)現(xiàn)有功和無(wú)功的解耦控制；通過(guò)控制的大小則可以控制SVG運(yùn)行在容性或感性狀態(tài)；通過(guò)控制i_d與i_q可以控制SVG傳遞的有功與無(wú)功大小。

在本實(shí)施例中，SVG控制策略有恒電壓控制、恒功率因數(shù)控制以及恒無(wú)功控制等。根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)值班員或者上級(jí)調(diào)度員下發(fā)的控制模式以及控制指令，SVG控制保護(hù)系統(tǒng)將自動(dòng)解析指令信息，并根據(jù)監(jiān)視到的站內(nèi)運(yùn)行工況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)無(wú)功輸出以實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。風(fēng)電場(chǎng)加裝SVG設(shè)備，可以提升風(fēng)電場(chǎng)LVRT能力。

其中，SVG控制策略表示如圖6所示。圖6中，P_M表示風(fēng)電機(jī)組有功出力，Z(ω,t)表示第i臺(tái)風(fēng)機(jī)內(nèi)抗等值函數(shù)，δ表示相位角，u_t表示機(jī)端電壓，i_s表示SVG輸出電流實(shí)際值，i_qref表示SVG輸出電流參考值，u_T表示測(cè)量電壓，u_REF表示參考電壓，u_rc表示附加控制參考電壓，

為驗(yàn)證本實(shí)施例所提出方法的可行性及應(yīng)用效果，以下為相關(guān)算例的驗(yàn)證結(jié)果。算例中，SVG工作于恒定該風(fēng)電場(chǎng)站內(nèi)110kV高壓側(cè)電壓模式，SVG通過(guò)10kV/35kV升壓變后接入站內(nèi)35kV低壓側(cè)母線。測(cè)試時(shí)，通過(guò)投切站內(nèi)10MVAR的FC回路造成沖擊效應(yīng)來(lái)模擬電網(wǎng)電壓異常，測(cè)試得到的錄波如圖7、圖8、圖9所示。

從圖7至圖9的測(cè)試波形可見(jiàn)，F(xiàn)C的投切使得110kV母線電壓上升，運(yùn)行于恒壓模式的SVG快速實(shí)現(xiàn)無(wú)功控制，從容性4MVAR輸出迅速調(diào)節(jié)至感性6MVAR輸出，使得被控制側(cè)母線電壓得以快速穩(wěn)定，整個(gè)暫態(tài)過(guò)程響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)30ms。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。