风力发电机组的低电压穿越控制方法、装置和仿真系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种风力发电机组的低电压穿越控制方法、装置和仿真系统。其中，该方法包括：实时监测电网的电气量参数；基于电气量参数判断电网是否发生短路故障；若发生短路故障，则执行低电压穿越模式；在短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并根据短路容量比，由风力发电机组按预设范围的恢复斜率对电网恢复无功补偿。由此，本发明专利技术实施例可以通过对低电压穿越模式后的无功恢复斜率进行限制，使得无功电流可以缓和变化，防止了无功电流瞬间阶跃对电网造成的冲击，提高了风力发电机组对弱电网友好的性能。

Low voltage ride through control method, device and simulation system of wind turbine generator set

The invention discloses a low voltage ride through control method, a device and a simulation system of a wind power generation unit. Among them, the method includes: Electrical Parameters Real-time Monitoring of the power grid; electrical parameter grid short-circuit fault based on whether the judgment; if the short-circuit fault occurs, the implementation of low voltage ride through mode; to eliminate the short circuit fault after the end of the low voltage ride through mode, and according to the short-circuit capacity ratio, by the wind turbine according to the preset range of recovery the slope of Power Grid Reactive Power Compensation recovery. Thus, the embodiment of the invention can be based on the reactive recovery slope limit low voltage through mode, the reactive current can alleviate the change, prevent the reactive current moment step on the grid impact, improve the performance of weak power grid friendly wind turbine.

【技术实现步骤摘要】
风力发电机组的低电压穿越控制方法、装置和仿真系统
本专利技术涉及电力控制
，尤其涉及一种用于风力发电机组的低电压穿越控制方法、装置和仿真系统。
技术介绍
随着社会经济的发展，电力资源已经成为人们生活的必需品。用于提供电力资源的发电方式除了传统的火力发电和水力发电等方式之外，还存在新兴的风力发电和核发电等方式。由于风力发电具有清洁、可再生、不破坏地理环境等优点，受到了人们的广泛关注。因为风力具有不稳定的特性，所以对风力发电的控制变得尤为关键。现有的针对风力发电的控制策略为：正常运行状态下，变流器根据主控(风力发电机组的主控)的指令向电网发送无功电流。当发生高电压或低电压穿越时，主控的指令被切断，变流器直接按照风力发电机的机端电压的升高或跌落程度向电网发送感性无功或容性无功功率，以帮助恢复电网电压。当故障被清除瞬间，变流器输出的无功电流瞬间跌至0。随后，变流器发送无功电流的指令源切换回主控。此时，风机发出的无功电流立即阶跃至主控的无功电流指令值。专利技术人经研究发现现有的针对风力发电的控制策略具有如下问题：故障前，变流器根据主控的指令，向电网发送的无功电流为q(q≠0)。故障时，主控的指令被切断。故障清除后，切换回主控发出的无功电流指令的瞬间，会出现一个由0到q的阶跃。因为风机发出的容性无功功率会对电网电压起到抬升的作用，风机发出的感性无功功率会对电网电压起到压低的作用，所以这个阶跃会对电网电压产生一个冲击。尤其在电网较弱的地区，或者是在风力发电机台数较多的风场，亦或是在电压故障前风力发电机发出的无功电流量较多时，这个阶跃产生的冲击会更大。情况严重时，这个阶跃甚至可能会反复引起电网电压波动。如何减少因低电压穿越故障带来电压阶跃的问题，保障低电压穿越故障结束后电压稳定恢复成为业界亟待解决的问题。
技术实现思路
为了减少因低电压穿越故障带来电压阶跃的问题，保障低电压穿越故障结束后电压稳定恢复，本专利技术实施例提供了一种风力发电机组的低电压穿越控制方法、装置和仿真系统。第一方面，提供了一种风力发电机组的低电压穿越控制方法。该方法包括以下步骤：实时监测电网的电气量参数；基于电气量参数判断电网是否发生短路故障；若发生所述短路故障，则执行低电压穿越模式；在短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并根据短路容量比，由风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对电网恢复无功补偿。第二方面，提供了一种风力发电机组的低电压穿越控制装置。该装置包括：参数监测单元，用于实时监测电网的电气量参数；故障判断单元，用于基于电气量参数判断电网是否发生短路故障；模式执行单元，用于在发生所述短路故障时，执行低电压穿越模式；无功补偿单元，用于在所述短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并基于短路容量比，由风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对电网恢复无功补偿。第三方面，提供了一种风力发电机组的低电压穿越仿真系统。该系统可以包括：测试电网；与测试电网连接的风力发电机组，用于在测试电网发生短路故障后，执行低电压穿越模式；在短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并根据短路容量比，由所述风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对测试电网恢复无功补偿；分别与测试电网和风力发电机连接的变压器，用于将风力发电机组所输出的电压进行变压后，输送至测试电网；分别与测试电网和风力发电机组连接的PSCAD服务器，用于在PSCAD平台上对风力发电机组进行低电压穿越控制的仿真。本专利技术实施例可以应用于实际的风力发电场的当风机无功输出不为0时，发生高电压穿越或低电压穿越的场景中，也可以应用于实验室的仿真电压控制场景中，此方面内容不做限制。由此，本专利技术实施例可以通过对电压故障后无功电流恢复斜率进行限制，使得无功电流可以缓和变化，防止了无功电流瞬间阶跃对电网造成的冲击，提高了风力发电机组对弱电网友好的性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制方法的流程示意图；图2是本专利技术一实施例的获取预设范围的恢复斜率的流程示意图；图3是本专利技术一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制仿真系统的架构示意图；图4(a)是本专利技术一实施例的按第一控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图；图4(b)是本专利技术一实施例的按第一控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图；图5(a)是本专利技术一实施例的按第二控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图；图5(b)是本专利技术一实施例的按第二控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图；图6(a)是本专利技术一实施例的按第三控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图；图6(b)是本专利技术一实施例的按第三控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图；图7(a)是本专利技术一实施例的按第四控制策略实验获得的电网电压正序分量标幺值示意图；图7(b)是本专利技术一实施例的按第四控制策略实验获得的风机无功电流输出标幺值示意图；图8是本专利技术一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制装置的结构示意图；图9是本专利技术一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制仿真系统的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。图1是本专利技术一实施例的风力发电机组的低电压穿越控制方法的流程示意图。如图1所示，该方法可以包括以下步骤：S110，实时监测电网的电气量参数；S120，基于电气量参数判断电网是否发生短路故障；S130，若发生短路故障，则执行低电压穿越模式；S140，在短路故障消除后，结束低电压穿越模式，并根据短路容量比，由风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率(可以简称为恢复斜率)对电网恢复无功补偿。本专利技术实施例可以应用于实际的风力发电场的当风机无功输出不为0时，发生高电压穿越或低电压穿越的场景中，也可以应用于实验室的仿真电压控制场景中，此方面内容不做限制。本专利技术实施例的各个操作步骤的执行主体可以是风力发电机组的低电压穿越控制装置或者仿真系统。该装置或者系统可以采用功能单元的形式进行构建，此方面内容还将在下文详细描述。在S110中，电网可以是用于人们实际生活的由各种电压的变电所及输配电线路组成的电力系统，也可以是用于实验室的预设短路容量比的一段电网。例如，短路容量比为2、4、6、8的电网。短路容量比可以是风场或者风力发电机组并网点电网的短路容量比。短路容量比的数值可以是并网点容量与风场额定容量的比值。可以理解，当风场扩容等改建时，风场额定容量可以根据实际情况变更。通常，短路容量比的数值越小，电网越弱，越易受干扰。例如，短路容量比为2或者4的电网属于比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机组的低电压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤：实时监测电网的电气量参数；基于所述电气量参数判断所述电网是否发生短路故障；若发生所述短路故障，则执行低电压穿越模式；在所述短路故障消除后，结束所述低电压穿越模式，并根据短路容量比，由所述风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对所述电网恢复无功补偿。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组的低电压穿越控制方法，其特征在于，包括以下步骤：实时监测电网的电气量参数；基于所述电气量参数判断所述电网是否发生短路故障；若发生所述短路故障，则执行低电压穿越模式；在所述短路故障消除后，结束所述低电压穿越模式，并根据短路容量比，由所述风力发电机组按预设范围的无功电流恢复斜率对所述电网恢复无功补偿。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实时监测电网的电气量参数之前，还包括：将风力发电机组经由变压器接入预设短路容量比的测试电网生成电压控制模型；利用电磁暂态仿真软件PSCAD平台，仿真所述测试电网先发生所述短路故障，再消除所述短路故障；在消除所述短路故障后，利用所述风力发电机组按预设的无功电流恢复斜率对所述测试电网恢复无功补偿；判断所述测试电网在接受所述无功补偿时，是否能够承受因所述无功补偿带来的电压冲击；获取能够承受电压冲击的所述无功电流恢复斜率的所述预设范围。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无功电流恢复斜率与所述短路容量比正相关。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述无功电流恢复斜率与所述电压冲击正相关。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围包括：当所述短路容量比为2时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.20pu/s且小于0.22pu/s；当所述短路容量比为4时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.26pu/s且小于0.28pu/s；当所述短路容量比为6时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.34pu/s且小于0.36pu/s；当所述短路容量比为8时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.50pu/s且小于0.52pu/s；当所述短路容量比为10时，所述无功电流恢复斜率的所述预设范围是大于0.77pu/s且小于0.79pu/s。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述无功电流恢复斜率包括：当所述短路容量比为2时，所述无功电流恢复斜率为0.21pu/s；当所述短路容量比为4时，所述无功电流恢复斜率为0.27pu/s；当所述短路容量比为6时，所述无功电流恢复斜率为0.35pu/s；当所述短路容量比为8时，所述无功电流恢复斜率为0.51pu/s；当所述短路容量比为10时，所述无功电流恢复斜率为0.78pu/s。7.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述电气量参数包括：电网电压正序分量。8.一种风力发电机组的低电压穿越控制装置，其特征在于，包括：参数监测单元，用于实时监测电网的电气量参数；故障判断单元，用于基于所述电气量参数判断所述电网是否发生短路故障；模式执行单元，用于当发生所述短路故障时，执行低电压穿越模式；无功补偿单元，用于在所述短路故障消除后，结束所述低电压穿越模式，并根据短路容量比，由所述风力发电...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫虹，
申请(专利权)人：北京金风科创风电设备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11