双馈风电机组无功支撑的机端电压调节方法及其系统技术方案

本发明专利技术是有关于一种双馈风电机组无功支撑的机端电压调节方法及其系统，该方法包括：系统初始化；测量机端电压，并计算误差e；判断误差e是否在死区之间，并计算无功给定QPI；计算此时双馈风电机组的最大无功容量Qmax；根据QPI和Qmax确定无功控制指令Qout；根据无功控制指令Qout，驱动双馈风电机组发出相应的无功功率。该系统包括电能质量模块、死区滞回比较器、PI控制器、无功容量计算模块以及变流器和双馈风电机组。本发明专利技术充分发挥了双馈风电机组有功功率和无功功率的解耦控制特性，实现了双馈风电场电压的动态调节，提高电网的质量，同时降低了现有无功调节设备SVC和SVG的容量，降低了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发电领域，特别是涉及一种双馈风电机组无功支撑的机端电压调节方法及其系统。
技术介绍
近年来随着风力发电不断地发展，风电场装机容量逐年上升，风力发电所占的比例越来越大，已逐渐成为了一种常规能源。然而风能的随机性使得风电机组输出的功率和电压具有一定的随机波动性，对电网质量会造成一定的影响。随着我国单台风电机组容量的扩大和总装机容量在国家电网中所占比例的升高，风电机组并网运行时对电网的影响范围也逐渐扩大并且影响程度也在加深。因此国家电网公司对风电机组的运行能力提出了较高的要求，即风电场并网点电压在0. 9-1. 1倍额定电压(含边界值)范围内时，场内并网机组应能正常连续运行，并且具有一定的过压能力(额定电压的1.3倍)。然而风电机组内部所有电气零部件，其能够承受的工作电压范围通常为0. 9-1. 1倍额定电压。对于这一问题，目前有两种解决方案一种是提高风电机组内部所有电气零部件的工作电压水平，将其更换为可以承受1.3倍额定电压的电气设备，这将耗费大量的人力物力，且是一种被动满足要求的方法，无法适应未来的可能的新变化；二是投放更多的SVC 和SVG等无功补偿设备实现电压的调节功能，通过无功支撑将机端电压调节到0. 9-1. 1倍额定电压范围内，但这会增加投入成本，且难以实现机端电压的动态调节。因此，对于双馈风电场，积极发挥风电机组的无功能力，研究基于无功支撑的机端电压的动态调节方法，具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种双馈风电机组无功支撑的机端电压调节方法，使其利用双馈风电机组的无功支撑能力实现机端电压的闭环调节，以保证当机端电压波动时，通过无功支撑将电压调节到(100士 10) %额定电压范围之内，使得风电机组仍可以正常连续运行。为解决上述技术问题，本专利技术一种双馈风电机组无功支撑的机端电压调节方法， 包括以下步骤A.系统初始化，累计误差e·清零，给定参考电压UMf，设置死区(_δ，δ)， 死区滞回系数Kth设置为1 ；B.测量机端电压，并与U,ef比较计算出误差e ;C.判断误差e是否在-δ UrefKth 与 δ UrefKth 之间，Cl.如果-δ UrefKth ^ e ^ δ UrefKth,则无功给定 Qpi 为零， 同时将累计误差esim清零，并设置死区滞回系数Kth为1，C2.如果e < - δ UrefKth,则以容性无功对机端电压进行调节，eSUffl = eSUffl+e,并根据PI算法计算无功给定QPI，同时，设定Kth = k，(0<k< 1)，C3.如果e> 3^^则以感性无功对机端电压进行调节，6_ = 6_+6，并根据PI算法计算无功给定G!PI，同时，设定Kth = k, (0 < k < 1) ；D.计算此时双馈风电机组的最大无功容量Qmax ；E.如果Qpi的绝对值小于或等于Qmax，则无功控制指令Q。ut = Qpi ；如果 Qpi的绝对值大于Qmax，则采用容性无功控制时Q。ut = Qmax，采用感性无功控制时Q。ut = -Qfflax ；F.根据无功控制指令Q。ut，驱动双馈风电机组发出相应的无功功率。作为本专利技术的一种改进，所述的步骤C2中Qpi的计算公式为Qpi = K。pe+KaeSUffl，其 Kcp^Kci为容性无功的PI参数；所述的步骤C3中Qp1的计算公式为Qp1 = I^e+KuesUffl，其中，I^P、KU为感性无功的PI参数。所述的步骤D中Qmax的计算公式为0max =Js2-P2 ,其中，S为视在功率容量，P为现在时刻的有功功率。所述的δ为10%。所述的给定参考电压设置为690V。所述的步骤B中，测量机端电压由电能质量模块完成；所述的步骤C中，判断误差 e是否在-SU,rfKth与间，以及设置死区滞回系数Kth，由死区滞回比较器完成；所述的步骤C中，无功给定Qpi由PI控制器计算；所述的步骤D中最大无功容量Qmax的计算， 以及步骤E中Q。ut的确定，由无功容量计算模块完成；所述的步骤F中，变流器根据无功控制指令Q。ut，驱动双馈风电机组发出相应的无功功率对机端电压进行调节。本专利技术还提供了一种应用上述方法的双馈风电机组无功支撑的机端电压调节系统，包括对机端电压进行实时测量，并产生反馈信号的电能质量模块；判断机端电压误差 e是否在死区区间内，当在死区区间内时，无功支撑不进行调节，并在死区的阈值处设置Kth 的滞回环节的死区滞回比较器；当e不在死区区间内时，计算风电机组调节机端电压所需的无功给定Qpi的PI控制器；计算当前有功功率下的最大无功容量Qmax，并根据(iPI、Qfflax确定无功控制指令Q。ut的无功容量计算模块；以及根据无功指令，驱动双馈风电机组发出相应的无功功率对机端电压进行调节的变流器。采用这样的设计后，本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果1、充分发挥了双馈风电机组无功支撑的优势，实现了机端电压的闭环调节；2、降低了双馈风电场SVC和SVG等无功补偿设备的容量，降低了投入成本；3、实现了双馈风电场的无功动态支撑，有利于电网质量的提高。如上所述，本专利技术根据无功功率对机端电压具有调节能力的原理，充分发挥了双馈风电机组有功功率和无功功率的解耦控制特性，通过采集机端电压作为系统反馈信号， 实现对风电机组机端电压的自动闭环调节，本专利技术的应用能够有效的实现双馈风电场电压的动态调节，提高电网的质量，同时降低了现有无功调节设备SVC和SVG的容量，降低了成本。附图说明图1是本专利技术双馈风电机组无功支撑的机端电压调节方法的流程框图。图2是本专利技术双馈风电机组无功支撑的机端电压调节系统的组成框图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图1所示，本专利技术双馈风电机组无功支撑的机端电压调节方法，包括以下步骤系统初始化；测量机端电压，并计算误差；判断误差是否在死区之间，并计算无功给定Qp1 ；计算此时双馈风电机组的最大无功容量Qmax ；根据Qp1和Qmax确定无功控制指令Q。ut ； 根据无功控制指令Q。ut，驱动双馈风电机组发出相应的无功功率。具体来说，步骤一系统初始化包括累计误差eSUffl清零，给定参考电压Uref，根据需要设置死区(-S，δ),并将死区滞回系数Kth设置为1 (没有滞回)。例如，通常将给定参考电压UMf设置为690V，δ可设置为10%。需要说明的是由于国家电网公司规定的电压在(100士 10)%波动范围内时，风电机组必须连续稳定的运行，风电机组在设计时已具备在(100士 10) %额定电压范围内稳定运行的能力。因此本专利技术可以将机端电压闭环调节的偏差设置一个死区(比如设为士 10%，考虑系统无功支撑的滞后环节，可以将死区设置小一些)，当偏差在死区范围内时， 控制器不需要发出无功对电网进行支撑指令，风电机组便能稳定运行。同时，为了防止在误差死区阈值附近频繁启动和停止风电机组无功功率，可以在阈值附近设置一个滞回区间。 在后续的控制中，可以通过调节误差死区阈值的大小以调节机端电压的稳定水平，即死区越小，机端电压越接近于给定的参考电压，稳定性越高；通本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种双馈风电机组无功支撑的机端电压调节方法，其特征在于包括以下步骤：Ａ．系统初始化，累计误差ｅｓｕｍ清零，给定参考电压Ｕｒｅｆ，设置死区（－δ，δ），死区滞回系数Ｋｔｈ设置为１；Ｂ．测量机端电压，并与Ｕｒｅｆ比较计算出误差ｅ；Ｃ．判断误差ｅ是否在－δＵｒｅｆＫｔｈ与δＵｒｅｆＫｔｈ之间，Ｃ１．如果－δＵｒｅｆＫｔｈ≤ｅ≤δＵｒｅｆＫｔｈ，则无功给定ＱＰＩ为零，同时将累计误差ｅｓｕｍ清零，并设置死区滞回系数Ｋｔｈ为１，Ｃ２．如果ｅ＜－δＵｒｅｆＫｔｈ，则以容性无功对机端电压进行调节，ｅｓｕｍ＝ｅｓｕｍ＋ｅ，并根据ＰＩ算法计算无功给定ＱＰＩ，同时，设定Ｋｔｈ＝ｋ，（０＜ｋ＜１）Ｃ３．如果ｅ＞δＵｒｅｆＫｔｈ，则以感性无功对机端电压进行调节，ｅｓｕｍ＝ｅｓｕｍ＋ｅ，并根据ＰＩ算法计算无功给定ＱＰＩ，同时，设定Ｋｔｈ＝ｋ，（０＜ｋ＜１）；Ｄ．计算此时双馈风电机组的最大无功容量Ｑｍａｘ；Ｅ．如果ＱＰＩ的绝对值小于或等于Ｑｍａｘ，则无功控制指令Ｑｏｕｔ＝ＱＰＩ；如果ＱＰＩ的绝对值大于Ｑｍａｘ，则采用容性无功控制时Ｑｏｕｔ＝Ｑｍａｘ，采用感性无功控制时Ｑｏｕｔ＝－Ｑｍａｘ；Ｆ．根据无功控制指令Ｑｏｕｔ，驱动双馈风电机组发出相应的无功功率。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪正军，张宪平，徐佳园，原美琳，潘磊，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：11