基于双馈风电机组风电场无功补偿装置及控制方法制造方法及图纸

一种基于双馈风电机组风电场无功补偿装置及控制方法，该装置包括直流母线、直流母线切换开关、直流母线电容、网侧换流器、网侧换流器的换流控制器、SVG控制器、双馈风电机组控制系统和机侧换流器，1.本发明专利技术通过将网侧换流器改造成SVG，使双馈风电机组即可按常规方式运行，又可在风机弃风停机的情况下作为SVG使用。相应的增加了风电场处于热备用状态的动态无功补偿设备的容量，提高了风电场应对电网电压波动能力。2.本发明专利技术在改造费用不高的情况下，提高了风电机组网侧换流器的利用率，可相应降低建设无功补偿装置的投资。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于风力发电
，为无功补偿装置，是基于双馈风电机组网侧换流器或具有相似结构的风电场无功补偿装置。技术背景：由于我国电网消纳风电的能力有限，风电场经常出现弃风现象。风电场在弃风时，经常会采用一部分机组停机，一部分机组工作的运行方式。若能将处于停机状态的风电设备加以利用，则可以起到提高设备利用率的作用。双馈风电机组的网侧换流器、直流母线和电容的电路结构(如图1中虚线包含区域所示)与电压桥式静止无功发生器(以下简称SVG)的电路结构相似，故可通过对虚线部分的电路和网侧换流器的控制系统进行改进，将其改造成SVG使用。从而实现双馈风电机组即可按常规方式运行，又可在风机停运情况下按SVG方式运行。这样不仅可提高风电设备的利用率，又可以增加风电场中处于热备用状态的动态无功补偿设备的容量，进而提高了风电场应对电网电压波动的能力。
技术实现思路
：专利技术目的：本专利技术的目的在于解决双馈风电机组因弃风停机而导致的设备闲置问题。使双馈风电机组在发电机停运时，可专门作为无功发生器为风电场进行无功补偿，从而提高风电设备利用率。与此同时，还能起到增加风电场中处于热备用状态的动态无功补偿设备的容量，提高风电场应对电网电压波动能力的作用。技术方案：一种基于双馈式风电机组网侧换流器的风电场无功补偿装置，其该装置包括直流母线、直流母线切换开关、直流母线电容、网侧换流器、网侧换流器的换流控制器、SVG控制器、双馈风电机组控制系统和机侧换流器；所述的直流母线一端与机侧换流器相连，另一端与网侧换流器相连，直流母线电容装在机侧换流器与网侧换流器之间的位置，直流母线电容连接在两条直流母线间，直流母线切换开关装在正、负母线上机侧换流器与直流母线电容之间，所述的网侧换流器的换流控制器和SVG控制器并联后一端与网侧换流器连接，另一端与双馈风电机组控制系统相连接，双馈风电机组控制系统还与直流母线切换开关连接。机侧换流器连接发电机，发电机连接风机叶轮，网侧换流器连接箱式升压变压器，网侧换流器还通过发电机定子功率输出线连接至发电机。风机处于停机状态时，网侧换流器和直流母线电容配合组成静止无功发生器。网侧换流器配置了网侧换流器的换流控制器和SVG控制器两个功能不同的控制器。网侧换流器作为静止无功发生器时，网侧换流器受SVG控制器控制。双馈风电机组控制系统连接风电场主控系统。此外，两个控制器还分别与双馈风电机组的控制系统相连并受其控制。双馈风电机组的控制系统根据机组运行状态对网侧换流器控制系统的工作方式进行选择：当机组正常发电时，由换流控制器控制网侧换流器运行，网侧换流器工作于换流模式；当机组由于弃风导致停机时，断开直流母线切换开关，由SVG控制器控制网侧换流器运行，网侧换流器工作于SVG模式。对于网侧控制器的具体控制策略为：双馈风电机组由风电场主控系统设定当前的运行模式，根据运行模式切换网侧换流器控制器并控制切换开关的开断。所述的换流器控制器即为风电机组正常运行时使用的控制器。其控制方程如公式(1)所示：式中：Lg为网侧换流器串联的电感，ugd为电网电压的直轴分量，ud、uq为网侧换流器电压的直轴、交轴分量，为网侧换流器电流的直轴、交轴分量，ωs为同步角速度，kip为电流内环的比例调节增益，kil为电流内环的积分调节增益，kup为电压外环的比例调节增益，kul为电压外环的积分调节增益，角标中的带有ref的量为某量的参考值。所述的SVG控制器为机组停机时网侧换流器运行在SVG模式时使用的控制器。所述的SVG控制器中的控制策略包含：1)换流器控制方程如公式(1)所示；2)计算公式(1)中无功补偿电流参考值的算法。所述的计算无功补偿电流参考值的算法如下所述：首先判断机组并网点电压是否在要求的范围以内。当双馈风电机组并网点电压在要求范围内时，先由锁相环得到机组并网点功率因数角并计算得到功率因数之后测得机组并网点电流的幅值Is。再由公式(2)求得三相静止坐标系下的无功补偿电流幅值的参考值Iref。式中：λref为机组并网点功率因数参考值，由风电场运行人员给定，给定后多固定不变。再由公式(3)得到三相静止坐标系下无功补偿电流的参考值iref。式中的由机端电压同步信号cosωt求得，该信号由锁相获得。式中：为机组并网点的功率因数角参考值，由式(2)中的λref经反余弦求得。最后将三相静止坐标系下的参考值经坐标变换变为两相旋转坐标系下的无功电流参考值iqref。当双馈风电机组并网点电压在要求范围以外时，先由锁相环得到机组并网点功率因数角并计算得到功率因数之后测得机组并网点电流的幅值Is。之后由公式(4)或公式(5)求得三相静止坐标系下的无功补偿电流幅值的参考值Iref。其中，公式(4)为电压越上限时的计算公式，公式(5)为电压越下限时的计算公式。式中：Us为机组并网点电压的幅值；Umax是系统电压上限；Umin是系统电压下限。最后将三相静止坐标系下的参考值经坐标变换变为两相旋转坐标系下的无功电流参考值iref。若网侧换流器运行在SVG模式而直流母线电容原有容量无法满足网侧换流器的损耗时，可按公式(6)对电容容量进行重新计算，并对直流母线电容进行更换。式中：为母线电容输出功率；α为母线电压降落百分比；K为裕量系数，根据网侧换流器的实际损耗情况而定。优点效果：本专利技术优点和积极效果为：1.本专利技术通过将网侧换流器改造成SVG，使双馈风电机组即可按常规方式运行，又可在风机弃风停机的情况下作为SVG使用。相应的增加了风电场处于热备用状态的动态无功补偿设备的容量，提高了风电场应对电网电压波动能力。2.本专利技术在改造费用不高的情况下，提高了风电机组网侧换流器的利用率，可相应降低建设无功补偿装置的投资。附图说明：图1是本专利技术的双馈风电机组主接线及控制原理图。图中：1—直流母线；2—直流母线切换开关；3—直流母线电容；4—网侧换流器；5—换流控制器；6—SVG控制器；7—双馈风电机组控制系统；8—风电场主控系统；9—机侧换流器；10—叶轮；11—发电机；12—箱式升压变压器，13—发电机定子功率输出线。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。如图1所示，一种基于双馈式风电机组网侧换流器的风电场无功补偿装置，该装置包括直流母线1、直流母线切换开关2、直流母线电容3、网侧换流器4、网侧换流器的换流控制器5、SVG控制器6、双馈风电机组控制系统7和机侧换流器9；所述的直流母线1一端与机侧换流器9相连，另一端与网侧换流器4相连，直流母线电容3装在机侧换流器9与网侧换流器4之间的位置，直流母线电容3连接在两条直流母线间，直流母线切换开关2装在正、负母线上机侧换流器9与直流母线电容3之间，所述的网侧换流器的换流控制器5和SVG控制器6并联后一端与网侧换流器4连接，另一端与双馈风电机组控制系统7相连接，双馈风电机组控制系统7还与直流母线切换开关2连接。机侧换流器9连接发电机11，发电机11连接风机叶轮10，网侧换流器4连接箱式升压变压器12，网侧换流器4还通过发电机定子功率输出线连接至发电机11。风机处于停机状态时，网侧换流器4和直流母线电容3配合组成静止无功发生器。网侧换流器配置了网侧换流器的换流控制器和SV本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于双馈式风电机组网侧换流器的风电场无功补偿装置，其特征在于：该装置包括直流母线(1)、直流母线切换开关(2)、直流母线电容(3)、网侧换流器(4)、网侧换流器的换流控制器(5)、SVG控制器(6)、双馈风电机组控制系统(7)和机侧换流器(9)；所述的直流母线(1)一端与机侧换流器(9)相连，另一端与网侧换流器(4)相连，直流母线电容(3)装在机侧换流器(9)与网侧换流器(4)之间的位置，直流母线电容(3)连接在两条直流母线间，直流母线切换开关(2)装在正、负母线上机侧换流器(9)与直流母线电容(3)之间，所述的网侧换流器的换流控制器(5)和SVG控制器(6)并联后一端与网侧换流器(4)连接，另一端与双馈风电机组控制系统(7)相连接，双馈风电机组控制系统(7)还与直流母线切换开关(2)连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于双馈式风电机组网侧换流器的风电场无功补偿装置，其特征在于：该装置包括直流母线(1)、直流母线切换开关(2)、直流母线电容(3)、网侧换流器(4)、网侧换流器的换流控制器(5)、SVG控制器(6)、双馈风电机组控制系统(7)和机侧换流器(9)；所述的直流母线(1)一端与机侧换流器(9)相连，另一端与网侧换流器(4)相连，直流母线电容(3)装在机侧换流器(9)与网侧换流器(4)之间的位置，直流母线电容(3)连接在两条直流母线间，直流母线切换开关(2)装在正、负母线上机侧换流器(9)与直流母线电容(3)之间，所述的网侧换流器的换流控制器(5)和SVG控制器(6)并联后一端与网侧换流器(4)连接，另一端与双馈风电机组控制系统(7)相连接，双馈风电机组控制系统(7)还与直流母线切换开关(2)连接。2.根据权利要求1所述的基于双馈式风电机组网侧换流器的风电场无功补偿装置，其特征在于：机侧换流器(9)连接发电机(11)，发电机(11)连接风机叶轮(10)，网侧换流器(4)连接箱式升压变压器(12)，网侧换流器(4)还通过发电机定子功率输出线连接至发电机(11)。3.根据权利要求2所述的基于双馈式风电机组网侧换流器的风电场无功补偿装置，其特征在于：风机处于停机状态时，网侧换流器(4)和直流母线电容(3)配合组成静止无功发生器。4.根据权利要求1、2或3所述的基于双馈式风电机组网侧换流器的风电场无功补偿装置，其特征在于：网侧换流器(4)作为静止无功发生器时，网侧换流器受SVG控制器(6)控制。5.根据权利要求1所述的基于双馈式风电机组网侧换流器的风电场无功补偿装置，其特征在于：双馈风电机组控制系统(7)连接风电场主控系统(8)。6.利用权利要求1所述的基于双馈式风电机组网侧换流器的风电场无功补偿装置所实施的控制方法，其特征在于：利用网侧换流器由双馈风电机组控制系统(7)根据机组运行状态进行选择：当机组正常发电时，由换流控制器5按正常换流要求控制网侧换流器运行，机组对外输出有功功率和无功功率；当机组停止发电时，断开直流母线切换开关(2)，切换为由SVG控制器(6)控制网侧换流器运行，把网侧换流器变为SVG向外输出无功功率。7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：对于网侧控制器的具体控制策略为：双馈风电机组由风电场主控系统设定当前的运行模式，根据运行模式切换网侧换流器控制器并控制切换开关的开断；所述的换流器控制器即为风电机组...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭权利，杨森，徐春明，杨宇昕，赵化峰，翟岭江，王艳春，
申请(专利权)人：郭权利，
类型：发明
国别省市：辽宁;21