基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法技术方案

本发明专利技术公开了基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法，检测到直流输电系统闭锁信号时，计算风电交直流送出系统盈余的有功功率Pol；选择紧急功率控制方案；将风电场承担的盈余有功功率按每台双馈风电机组中最大主动耗能能力进行分配；执行紧急功率控制方案；检测到故障清除、直流输电系统恢复信号后，对每台主动耗能控制下的双馈风电机组实施恢复控制。本发明专利技术利用双馈风电机组主动耗能运行，在交流电网产生有功盈余时可使双馈风电机组从发电状态迅速切换为电动状态，吸收有功功率，从而实现盈余有功的快速平抑。本发明专利技术控制响应快，恢复速度快，易于实现，代价小，可有效减小火电切机量，有利于提高系统功角稳定性和频率稳定性。

Emergency Power Control Method for Wind Power Supply System Based on Active Energy Consumption Operation of Fans

The invention discloses an emergency power control method for wind power delivery system based on active energy consumption operation of wind turbine, calculates the surplus active power Pol of wind power AC/DC transmission system when detecting the blocking signal of DC transmission system, chooses an emergency power control scheme, and distributes the surplus active power borne by wind farm according to the maximum active energy consumption capacity of each doubly fed wind turbine. Emergency power control scheme; after detecting fault clearance and HVDC system recovery signal, the recovery control is implemented for each doubly fed wind turbine under active energy consumption control. The invention utilizes the active energy consumption operation of doubly fed wind turbines to make the doubly fed wind turbines switching from the power generation state to the electric state rapidly when the active surplus is generated in the AC power network, and absorbs the active power, thereby realizing the fast stabilization of the surplus active power. The invention has fast control response, fast recovery speed, easy realization and low cost, can effectively reduce the amount of thermal power cut, and is beneficial to improving the power angle stability and frequency stability of the system.

【技术实现步骤摘要】
基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法
本专利技术涉及电力系统保护和控制
，具体涉及基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法。
技术介绍
新能源和直流输电系统的接入，使传统电网发生了很大的变化。源网之间、交直流之间的耦合性逐渐增强，电网故障引起的不平衡有功功率随着故障的发展和蔓延也愈发强烈，故障影响范围也随着扩大。现有的有功紧急控制措施主要有快速汽门控制、制动、切机。其中，快速汽门控制受风电机组参数影响，当存在大量有功盈余时，其无法满足要求。制动电阻虽然在减小不平衡方面发挥直接作用，但容易受到热稳、安全场地等限制。切机通常以系统加速能量或同步机转子角预测作为判据。然而，切机控制一般采用基于离线策略表的控制方式，有限的策略数可能无法完全涵盖风电场、直流系统复杂多变的输出特性，控制灵活性不足，可能造成决策失误，从而导致过切或欠切，不利于系统安全。此外切机控制代价较大，在超速、热应力及轴疲劳寿命方面给风电机组带来威胁，同时故障清除后恢复时间较长。而在高渗透率的风电交直流混联电网中，由于同步机装机容量较小，当电网出现有功盈余时，仅采用切机控制会造成控制裕度不足。双馈风电机组是目前应用广泛的风力发电装备之一，具有技术成熟、成本相对较低、安装相对方便等优势。由于采用变流器提供变频励磁电压，双馈风电机组能在较大风速范围内正常运行。双馈风电机组可以通过转子加速存储过剩能量，减小自身输出功率，也可以采用转子侧变流器转速或转矩控制来调节自身输出的有功功率，从而能够被用于电网的有功调节。亚同步运行的双馈风电机组在转子无励磁条件下会进入电动状态，可有效地消耗交流系统中的盈余有功，从而保证系统安全性。基于主动耗能这一特点，本专利技术提出了一种基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法，相比于火电机组切机控制，具有代价小、响应快、恢复速度快、控制更灵活等优点。
技术实现思路
因此，本专利技术需要解决的问题是如何在交流电网产生有功盈余时使双馈风电机组从发电状态迅速切换为电动状态，吸收有功功率，从而实现盈余有功的快速平抑。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法，包括如下步骤：S101、获取双馈风电机组参数及双馈风电场交直流送出系统运行参数，当检测到直流输电系统闭锁信号时，计算风电交直流送出系统盈余的有功功率Pol；S102、基于风电交直流送出系统盈余的有功功率Pol选择紧急功率控制方案；S103、基于选择的紧急功率控制方案将风电场承担的盈余有功功率按每台双馈风电机组中最大主动耗能能力进行分配；S104、执行选择的紧急功率控制方案；S105、当检测到故障清除、直流输电系统恢复信号后，对每台主动耗能控制下的双馈风电机组实施恢复控制。优选地，双馈风电机组参数包括双馈风电机组参数包括额定容量、定子额定电压、转子额定电压、定子电阻、转子电阻、定子漏感、转子漏感、激磁电感、升压变压器正序电抗、故障前定子电流、故障前转子电流及故障前运行风速；风电交直流送出系统运行参数包括外送通道数量、每条外送通道过载能力、每条外送通道故障前的传输功率。优选地，风电交直流送出系统盈余的有功功率Pol按下式计算：式中，n表示风电送出系统外送通道的数量；kL表示直流输电系统闭锁后降低的传输功率相对于闭锁前的传输功率的比值，单极闭锁时kL＝1/2，双极闭锁时kL＝1；ki表示第i条风电送出系统外送通道的过载能力，Pti表示第i条风电送出系统外送通道故障前传输的功率，为第i条风电送出系统外送通道的额定功率，其中i＝1,2,3，…，n，PL表示直流闭锁前传输的有功功率。优选地，若Pol＞Ptpm，则选择的紧急功率控制方案包括实施双馈风电机组主动耗能运行的控制方法及切除火电机组容量Pol-Ptpm；若Pol≤Ptpm，则选择的紧急功率控制方案只包括实施双馈风电机组主动耗能运行的控制方法，Ptpm表示所有亚同步运行的双馈风电机组最大主动耗能功率之和；所有亚同步运行的双馈风电机组最大主动耗能功率之和Ptpm按下式计算：Ptpm＝PtD0+PtDc式中，PtD0为所有亚同步双馈风电机组发电状态下输出功率之和，PtDc为所有亚同步双馈风电机组主动耗能运行控制下吸收的最大功率之和；式中，为第j台亚同步风电机组正常运行时输出的有功功率，为第j台亚同步风电机组最大主动耗能能力下吸收的有功功率，式中，为在安全约束下第j台双馈风电机组的最大虚拟电阻控制系数，和分别为双馈发电机定子等效电感和激磁电感，ωs为同步转速，为定子电压幅值；ωs为同步转速；第j台双馈风电机组的最大虚拟电阻控制系数由下式计算：是第j台双馈风电机组转子电压的调制比约束确定的最大虚拟电阻控制系数，由下式计算：其中，为第j台双馈风电机组背靠背变流器直流电压，为转差速，为转子等效电感，为漏磁系数，mj为转子变流器脉宽调制比；是第j台双馈风电机组最大转子电流约束确定的最大虚拟电阻控制系数，可由下式确定：其中，为第j台双馈风电机组转子电流的最大允许值；是第j台双馈风电机组最大转速约束确定的最大虚拟电阻控制系数，可由以下不等式计算：其中，为函数的极大值，为第j台双馈风电机组虚拟电阻控制系数。取得极大值对应的虚拟电阻控制系数为函数为：式中，为第j台双馈风电机组初始转速；第j台双馈风电机组计算系数分别为其中，Δj、均为计算系数，ρ为空气密度；λopt为最佳叶尖速比，λopt＝6.908；和分别为第j台双馈风电机组风力机和发电机转动惯量；和分别为第j台双馈风电机组轴刚度系数和阻尼系数；为第j台双馈风电机组风速；为第j台双馈风电机组扫风面积，为叶片半径；为第j台双馈风电机组电磁功率，由下式计算是第j台双馈风电机组轴系安全约束确定的最大虚拟电阻控制系数，可由以下不等式计算：其中，为函数的极大值，取得极大值时的虚拟电阻控制系数为时间其中函数为：式中，第j台双馈风电机组计算系数分别为：优选地，在步骤S103中：若紧急功率控制方案包括实施双馈风电机组主动耗能运行的控制方法及切除火电机组容量Pol-Ptpm，第j台亚同步双馈风电机组分配的盈余有功功率按下式计算：第j台亚同步双馈风电机组虚拟电阻控制系数取为若紧急功率控制方案只包括实施双馈风电机组主动耗能运行的控制方法，第j台亚同步双馈风电机组分配的盈余有功功率按下式计算：则第j台亚同步双馈风电机组主动耗能控制系数按下式计算：优选地，双馈风电机组主动耗能运行的控制方法包括如下步骤：获取全部亚同步运行双馈风电机组数量、参数和故障前运行参数，当交流电网发生故障产生有功功率盈余时，对双馈风电机组进行调整控制，将亚同步运行的双馈风电机组从发电状态切换至电动状态，消纳交流电网盈余的有功功率，实现交流电网有功功率的平衡。优选地，对第j台亚同步双馈风电机组进行调整控制包括转子虚拟电阻控制，转子虚拟电阻控制由双馈风电机组的转子侧变流器实施，采用前馈解耦控制，控制方程为：其中，为第j台亚同步双馈风电机组转子电压矢量的控制参考值；为转子电流矢量；为虚拟电阻，其值由下式确定：其中，为第j台亚同步双馈风电机组发电机转子转速；为转子电阻。优选地，在第j台亚同步双馈风电机组启动虚拟电阻控制的同时启动无功补偿控制，无功补偿控制通过切换双馈风电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、获取双馈风电机组参数及双馈风电场交直流送出系统运行参数，当检测到直流输电系统闭锁信号时，计算风电交直流送出系统盈余的有功功率Pol；S102、基于风电交直流送出系统盈余的有功功率Pol选择紧急功率控制方案；S103、基于选择的紧急功率控制方案将风电场承担的盈余有功功率按每台双馈风电机组中最大主动耗能能力进行分配；S104、执行选择的紧急功率控制方案；S105、当检测到故障清除、直流输电系统恢复信号后，对每台主动耗能控制下的双馈风电机组实施恢复控制。

【技术特征摘要】
1.基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S101、获取双馈风电机组参数及双馈风电场交直流送出系统运行参数，当检测到直流输电系统闭锁信号时，计算风电交直流送出系统盈余的有功功率Pol；S102、基于风电交直流送出系统盈余的有功功率Pol选择紧急功率控制方案；S103、基于选择的紧急功率控制方案将风电场承担的盈余有功功率按每台双馈风电机组中最大主动耗能能力进行分配；S104、执行选择的紧急功率控制方案；S105、当检测到故障清除、直流输电系统恢复信号后，对每台主动耗能控制下的双馈风电机组实施恢复控制。2.如权利要求1所述的基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法，其特征在于，双馈风电机组参数包括双馈风电机组参数包括额定容量、定子额定电压、转子额定电压、定子电阻、转子电阻、定子漏感、转子漏感、激磁电感、升压变压器正序电抗、故障前定子电流、故障前转子电流及故障前运行风速；风电交直流送出系统运行参数包括外送通道数量、每条外送通道过载能力、每条外送通道故障前的传输功率。3.如权利要求1或2所述的基于风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法，其特征在于，风电交直流送出系统盈余的有功功率Pol按下式计算：式中，n表示风电送出系统外送通道的数量；kL表示直流输电系统闭锁后降低的传输功率相对于闭锁前的传输功率的比值，单极闭锁时kL＝1/2，双极闭锁时kL＝1；ki表示第i条风电送出系统外送通道的过载能力，Pti表示第i条风电送出系统外送通道故障前传输的功率，为第i条风电送出系统外送通道的额定功率，其中i＝1,2,3，…，n，PL表示直流闭锁前传输的有功功率。4.如权利要求3所述的风机主动耗能运行的风电送出系统紧急功率控制方法，其特征在于，若Pol＞Ptpm，则选择的紧急功率控制方案包括实施双馈风电机组主动耗能运行的控制方法及切除火电机组容量Pol-Ptpm；若Pol≤Ptpm，则选择的紧急功率控制方案只包括实施双馈风电机组主动耗能运行的控制方法，Ptpm表示所有亚同步运行的双馈风电机组最大主动耗能功率之和；所有亚同步运行的双馈风电机组最大主动耗能功率之和Ptpm按下式计算：Ptpm＝PtD0+PtDc式中，PtD0为所有亚同步双馈风电机组发电状态下输出功率之和，PtDc为所有亚同步双馈风电机组主动耗能运行控制下吸收的最大功率之和；式中，为第j台亚同步风电机组正常运行时输出的有功功率，为第j台亚同步风电机组最大主动耗能能力下吸收的有功功率，式中，为在安全约束下第j台双馈风电机组的最大虚拟电阻控制系数，和分别为双馈发电机定子等效电感和激磁电感，ωs为同步转速，为定子电压幅值；ωs为同步转速；第j台双馈风电机组的最大虚拟电阻控制系数由下式计算：是第j台双馈风电机组转子电压的调制比约束确定的最大虚拟电阻控制系数，由下式计算：其中，为第j台双馈风电机组背靠背变流器直流电压，为转差速，为转子等效电感，为漏磁系数，mj为转子变流器脉宽调制比；是第j台双馈风电机组最大转子电流约束确定的最大虚拟电阻控制系数，可由下式确定：其中，为第j台双馈风电机组转子电流的最大允许值；是第j台双馈风电机组最大转速约束确定的最大虚拟电阻控制系数，可由以下不等式计算：其中，为函数的极大值，为第j台双馈风电机组虚拟电阻控制系数。取得极大值对应的虚拟电阻控制系数为函数为：式中，为第j台双馈风电机组初始转速；第j台双馈风电机组计算系数分别为其中，Δj、均为计算系数，ρ为空气密度；λopt为最佳叶尖速比，λopt＝6.908；和分别为第j台双馈风电机组风力机和发电机转动惯量；和分别为第j台双馈风电机组轴刚度系数和阻尼系数；为第j台双馈风电机组风速；为第j台双馈风电机组扫风面积，为叶片半径；为第j台双馈风电机组电磁功率，由下式计算是第j台双馈风电机组轴系安全约束确定的最大虚拟电阻控制系数，可由以下不等式计算：其中，为函数的极大值，取...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊小伏，郑迪，欧阳金鑫，庞茗予，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50