风电系统铁磁谐振分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种风电系统铁磁谐振分析方法及装置，该方法包括：计算风电系统的容抗比，其中，容抗比为风电系统对地电容的容抗与风电系统中汇集线电压互感器的感抗的比值；根据风电系统的容抗比，确定风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振类型，铁磁谐振类型包括如下任意之一：分频谐振、工频谐振和高频谐振。本发明专利技术可以分析出大规模风电场采用动态无功补偿装置时可能产生的分频谐振、工频谐振以及高频谐振，以便采取相应消谐措施来预防各种铁磁谐振的发生，保证风电系统可以正常安全地运行。

Ferromagnetic Resonance Analysis Method and Device for Wind Power System

The invention discloses a ferroresonance analysis method and device for wind power system, which includes: calculating the capacitance-reactance ratio of wind power system, in which the capacitance-reactance ratio is the ratio of the capacitance reactance of wind power system to the ground capacitance and the reactance of the collector line voltage transformer in wind power system; determining the ferroresonance type generated by dynamic reactive power compensation device in wind power system according to the capacitance-reactance ratio of wind power system; Ferromagnetic resonance types include any of the following: frequency division resonance, power frequency resonance and high frequency resonance. The invention can analyze the frequency division resonance, power frequency resonance and high frequency resonance that may occur when the dynamic reactive power compensation device is used in large-scale wind farms, so as to take corresponding harmonic elimination measures to prevent the occurrence of various ferromagnetic resonances and ensure the normal and safe operation of the wind power system.

【技术实现步骤摘要】
风电系统铁磁谐振分析方法及装置
本专利技术涉及风电领域，尤其涉及一种风电系统铁磁谐振分析方法及装置。
技术介绍
本部分旨在为权利要求书中陈述的本专利技术实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。电力系统中包含很多电感元件和电容元件，当开关操作或发生故障时，这些电感和电容元件可能形成不同自振频率的振荡回路，在外加电源作用下产生谐振现象，引起谐振过电压。由于系统参数及外界激发条件的不同，可能引起分频、工频(也称基频)及高频谐振过电压，损坏电气设备，影响电力系统安全运行，甚至危及人身安全。目前，现有技术主要通过判断非线性电感的工频励磁特性与谐振电路戴维南电源伏安特性是否有交点(即回路电阻是否大于临界阻尼电阻)来确定系统是否发生铁磁谐振。这种铁磁谐振分析方法只能确定是否发生工频谐振，而无法确定何种条件下会发生分频或高频谐振。例如，图1为现有技术中提供的一种工频谐振电路示意图，如图1所示，相对于其他频率分量的等效电路，工频谐振电路中没有激励电压源。假设电感上的工频电压为U，流过的工频电流为I，根据克希霍夫电压定律有：其中，E为电源电势，R为电阻，ZC为电容阻抗，式(1)中各项之间的几何关系可用矢量来表示，因此它们间的代数关系为：式(2)为工频谐振电路中戴维南电源的工频伏安特性，称之为US-IS曲线。将式(2)变形可得：式(3)中第一项为主线，第二项为一个椭圆，通过分析可知，该椭圆短轴为长轴为式(2)对电流I求导并整理得：令时，有U＝ZCI，即US-IS曲线极值点得轨迹方程恰好为电容的伏安特性，将U＝ZCI代入式(2)得：式(5)说明在US-IS曲线极值点处，电压值刚好等于椭圆短轴。US-IS曲线由一直线和一正椭圆叠加而成，因此是一个偏椭圆。图2示出了当ZC发生变化时US-IS曲线的变化情况，图3示出了当R变化时US-IS曲线的变化情况。由图2和图3可以直观判断出电路是否发生了工频谐振：如果戴维南电源伏安特性US-IS曲线与非线性电感工频励磁特性UP-IP曲线没有交点，则不会发生工频谐振；如果戴维南电源伏安特性US-IS曲线与非线性电感工频励磁特性UP-IP曲线有交点(一个或两个)，则可能发生工频谐振，并且在一定的条件下谐振可能被激发。另外，两条曲线是否有交点，取决于方程组有无实根。其中，US-IS曲线方程为：将该式代入式(2)可得到一元二次方程，若要使得该方程没有实根，需满足：其中，R0为工频谐振临界阻尼电阻。当回路电阻小于临界阻尼电阻时，电路不会发生工频铁磁谐振，当回路电阻大于临界阻尼电阻时，电路会发生工频铁磁谐振，式(7)为是否发生工频谐振的判据。综上可知，现有的铁磁谐振分析方法，只能够分析发生工频谐振的条件，并不能判断出在何种条件下会发生分频谐振和高频谐振，具有很大的局限性。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种风电系统铁磁谐振分析方法，用以解决现有的铁磁谐振分析方法只能判断出工频谐振的技术问题，该方法包括：计算风电系统的容抗比，其中，容抗比为风电系统对地电容的容抗与风电系统中汇集线电压互感器的感抗的比值；根据风电系统的容抗比，确定风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振类型，铁磁谐振类型包括如下任意之一：分频谐振、工频谐振和高频谐振。本专利技术实施例还提供一种风电系统铁磁谐振分析装置，用以解决现有的铁磁谐振分析方法只能判断出工频谐振的技术问题，该装置包括：容抗比计算单元，用于计算风电系统的容抗比，其中，容抗比为风电系统对地电容的容抗与风电系统中汇集线电压互感器的感抗的比值；铁磁谐振确定单元，用于根据风电系统的容抗比，确定风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振类型，铁磁谐振类型包括如下任意之一：分频谐振、工频谐振和高频谐振。本专利技术实施例还提供一种计算机设备，用以解决现有的铁磁谐振分析方法只能判断出工频谐振的技术问题，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述的风电系统铁磁谐振分析方法。本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，用以解决现有的铁磁谐振分析方法只能判断出工频谐振的技术问题，计算机可读存储介质存储有执行上述任一风电系统铁磁谐振分析方法的计算机程序。本专利技术实施例中，根据风电系统的对地电容的容抗与汇集线电压互感器的感抗计算风电系统的容抗比，进而根据容抗比的取值范围，确定风电系统是否发生分频谐振、工频谐振或高频谐振；由于风电系统中汇集线的电压互感器饱和引起谐振过电压后，会通过汇集线将干扰引入风电系统中动态无功补偿发生装置SVG的控制中，从而引起风电系统发生铁磁谐振，因而，本专利技术实施例采用风电系统的对地电容的容抗与汇集线电压互感器的感抗来计算风电系统的容抗比，可以确定风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振的类型。通过本专利技术实施例，可以分析出大规模风电场采用动态无功补偿装置时可能产生的分频谐振、工频谐振以及高频谐振，以便采取相应消谐措施来预防各种铁磁谐振的发生，保证风电系统可以正常安全地运行。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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。在附图中：图1为现有技术中提供的一种工频谐振电路示意图；图2为现有技术中提供的一种工频谐振电路中戴维南电源伏安特性曲线随电容阻抗变化的示意图；图3为现有技术中提供的一种工频谐振电路中戴维南电源伏安特性曲线随电阻变化的示意图；图4为本专利技术实施例中提供的一种带动态无功补偿装置的风电系统接线示意图；图5为本专利技术实施例中提供的一种带动态无功补偿装置的风电系统等效电路图；图6为本专利技术实施例中提供的一种中性点电压发生位移后的等效电路图；图7为本专利技术实施例中提供的一种中性点电压发生位移后的电压电流向量图；图8为本专利技术实施例中提供的一种风电系统动SVG控制策略示意图；图9为本专利技术实施例中提供的一种风电系统铁磁谐振分析方法流程图；图10为本专利技术实施例中提供的一种风电场电网示意图；图11为本专利技术实施例中提供的一种风电系统铁磁谐振分析装置示意图。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明白，下面结合附图对本专利技术实施例做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。随着新能源装机容量不断增加，新能源电站运行过程中暴露的问题也越来越突出。近年来，出现了多起风电场的铁磁谐振过电压事故，导致过电压保护跳闸，严重的甚至造成母线电压互感器保险熔断、爆炸、母线短路、断路器击穿、电缆头短路、主变压器低压侧套管击穿漏油等事故，严重影响电网的安全运行。常规中低压变电站或配电网的铁磁谐振是由于电磁式电压互感器的非线性饱和特性与站内对地电容形成特殊的三相或单相共振回路，激发起持续的、较高幅值的过电压引起。而相比常规变电站，风电场中采用了大量的电力电子设备(例如，动态无功补偿装置等)，当电磁式电压互感器饱和引起谐振过电压后，动态无功补偿装置会进一步加剧铁磁谐振过电压等不利影响。然而，现有技术中，并没有一套有效的评估方法，以确定大规模风电场中动态无功补偿装置在何本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电系统铁磁谐振分析方法，其特征在于，包括：计算风电系统的容抗比，其中，所述容抗比为所述风电系统对地电容的容抗与所述风电系统中汇集线电压互感器的感抗的比值；根据所述风电系统的容抗比，确定所述风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振类型，所述铁磁谐振类型包括如下任意之一：分频谐振、工频谐振和高频谐振。

【技术特征摘要】
1.一种风电系统铁磁谐振分析方法，其特征在于，包括：计算风电系统的容抗比，其中，所述容抗比为所述风电系统对地电容的容抗与所述风电系统中汇集线电压互感器的感抗的比值；根据所述风电系统的容抗比，确定所述风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振类型，所述铁磁谐振类型包括如下任意之一：分频谐振、工频谐振和高频谐振。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述风电系统的容抗比，确定所述风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振类型，包括：当所述风电系统的容抗比位于0.01～0.08的范围时，确定所述风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振类型为分频谐振；当所述风电系统的容抗比位于0.08～0.6的范围时，确定所述风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振类型为工频谐振；当所述风电系统的容抗比位于0.6～3.0的范围时，确定所述风电系统中动态无功补偿装置产生的铁磁谐振类型为高频谐振。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取风电系统的对地电容；根据所述风电系统的对地电容，计算风电系统对地电容的容抗。4.如权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述风电系统中汇集线电压互感器的感抗为风电系统中汇集线电压互感器在额定线电压下的励磁感抗。5.一种风电系统铁磁谐振分析装置，其特征在于，包括：容抗比计算单元，用于计算风电系统的容抗比，其中，所述容抗比为所述风电系统对地电容的容抗与所述风电系统中汇集线电压互感器的感抗的比值；铁磁谐振确定单...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘京波，吴宇辉，宋鹏，柳玉，张扬帆，刘辉，吴林林，崔阳，王俊杰，杜军，王正宇，马彦伟，
申请(专利权)人：华北电力科学研究院有限责任公司，国家电网有限公司，国网冀北电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11