一种风力发电机组分散式接入一次调压方法与流程

本发明涉及风力发电分散式接入及风力发电一次调压的
技术领域：
，尤其是指一种风力发电机组分散式接入一次调压方法。
背景技术：
：大型半直驱永磁同步风力发电机组，主要部件包括齿轮箱、中速永磁同步发电机、叶片、塔筒、全功率变流器。随着国家对风电消纳能力的要求逐步加强，大型风力发电机组分散式接入将会成为一个重要的发展方向。然而，大型风力发电机组分散式接入有别于传统集中式接入方案，其主要特点为：距离电源远且距离负荷近，机网电抗大，接入电网负荷的接入退出与风电功率的波动等都将大大影响接入点电压稳定。但分散式接入均未配备稳定系统电压的自动无功补偿设备，因此其接入电网的稳定控制难度大，亦影响了大型风力发电机组分散式接入的推广。目前，大型半直驱永磁同步风力发电机组(以下简称风机)由于采用全功率变流器，均可运行在功率因数-0.95(感性)～0.95(容性)范围内，具备较强的无功能力。但风力发电机组控制算法中并未涉及接入点一次调压相关控制逻辑，机组仅运行在恒定功率因数或恒定无功功率模式。不能控制接入点电压水平，为大型半直驱永磁同步风力发电机组分散式接入推广形成了阻力。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供了一种风力发电机组分散式接入一次调压方法，用于解决风力发电机组分散式接入后控制并网点电压稳定问题，采用本发明方法可解决大型风力发电机组分散式接入后机网电抗大、距离电源远且距离负荷近所带来的控制难度大的问题，可有效提高风力发电机组分散式接入后并网点的电压稳定，有利于大型半直驱永磁同步风力发电机组分散式接入的推广。为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种风力发电机组分散式接入一次调压方法，该方法是先通过采集风机并网点三相电流及三相电压瞬时值，然后计算风机并网点平均电压及并网总无功功率，再利用设定电压与并网平均电压偏差值δu计算求取设定无功功率qn+1，最后限幅获得下发无功功率q′n+1，下发变流器执行；其步骤过程如下：1)数据采集风机主控系统利用plc模块采集风机并网点三相电压瞬时值(ua(t)、ub(t)、uc(t))及三相电流瞬时值(ia(t)、ib(t)、ic(t))，并将数据存储至寄存器，具体情况如下：三相电流瞬时值电流是采用电流互感器将一次侧电流转换为1a或5a后再接入plc模块，并在换算软件中换算回一次值ia(t)、ib(t)、ic(t)后再存储至寄存器，若plc模块无内部分流器，则采用在回路中并联电阻的方式；三相电压瞬时值电压是将并网点三相电压直接接入plc采集模块，并存储至寄存器，若plc模块的电压量程无法满足直接采集要求，则需接入电压互感器进行转接，将电压转至可用量程进行采集，并在换算软件中换算回一次值ua(t)、ub(t)、uc(t)后再存储至寄存器；2)采集周期判断判断数据采集时间是否达到设定采集周期tk，若达到跳至步骤3)，若未达到则继续循环上面步骤2)的数据采集；其中采集周期tk＝λt,λ为数据窗周波数，t为系统每周波时间，50hz系统每周波时间60hz系统每周波时间数据窗周波数λ推荐1/2的整数倍数，如果选择一个不是1/2的倍数的随机数，且小于5，那么测量值将大幅波动，在50hz的电力系统中λ≥2.5，而在60hz的电力系统中λ≥3；3)数据计算计算在tk时间采样周期内的三相电压有效值(ua、ub、uc)、三相电流有效值(ia、ib、ic)以及三相总无功功率qn，在tk时间采样周期内数据窗长度n＝n1*λ，式中n1为一个周波内采样的数据点数，50hz系统n1＝fs/50,60hz系统n1＝fs/60，fs为采集频率；计算完成后进入步骤4)，其中详细计算过程如下：3.1)计算并网点电压有效值(ua、ub、uc)，计算公式如下：式中，u(t)为单相瞬时电压值，u为单相电压有效值，n为数据窗长度；3.2)计算并网点电流有效值(ia、ib、ic)，计算公式如下：式中，i(t)为单相瞬时电流值，i为单相电流有效值，n为数据窗长度；3.3)计算并网点单相有功功率(pa、pb、pc)，计算公式如下：式中，p为单相有功功率，n为数据窗长度，u(t)为单相瞬时电压值，i(t)为单相瞬时电流值；3.4)计算并网点单相视在功率(sa、sb、sc)，计算公式如下：s＝u·i式中，s为单相视在功率，u为单相电压有效值，i为单相电流有效值；3.5)计算并网点单相无功功率(qa、qb、qc)，计算公式如下：式中，q为单相无功功率，s为单相视在功率，p为单相有功功率；3.6)计算三相总无功功率qn，计算公式如下：qn＝qa+qb+qc式中，qa为a相无功功率，qb为b相无功功率，qc为c相无功功率；4)fvrt动作判断plc模块利用通讯接收变流器反馈的fvrt动作信号即bool变量，若fvrt动作信号触发，则说明机组处于fvrt状态，进入步骤9)，若fvrt动作信号未触发，则说明机组未处于fvrt状态，进入步骤5)；其中，所述变流器在fvrt动作期间无功功率值不受主控指令控制，自行根据fvrt期间要求输出无功功率，变流器在fvrt动作结束后撤销fvrt动作状态，同时重新接收主控无功指令，变流器无功受主控控制；5)电压偏差计算计算电压偏差值δu用于步骤6)无功输出无功功率计算，计算完成进入步骤6)，计算方法如下：δu＝uref-u′式中，uref为控制点目标电压值，取0.9～1.1倍的u0；对应不同电压等级u0取值不同：电压等级0.38、0.62、0.66、1、1.14、2.3、3、6、10对应的u0取值为0.4、0.62、0.69、1.05、1.2、2.4、3.15、6.3、10.5；u′相电压有效值的计算方法如下：方法1：取三相电压有效值的平均值方法2:取加权值，取三相最大值和三相最小值的平均值6)输出无功功率计算根据电压偏差值δu计算无功功率qn+1，计算完成后进行步骤7)，计算过程如下：当-a≤δu≤a,qn+1＝qn；当-b≤δu＜-a,qn+1＝qn-δq；当b≥δu＞a；,qn+1＝qn+δq；当-b＞δu,δu＞b，其中，a、b、δq为阈值，需根据实际系统参数进行设计，总体目标为满足系统稳定；阈值δq推荐值为δq＝6％p，p为风机有功功率额定值；ssc为风机接入点短路容量，需根据具体接入系统设置；7)输出无功限幅计算，计算公式如下：q′n+1＝limit(qmax，qn+1，qmin)式中，q′n+1为无功功率的限幅，限幅值在机组能力可运行无功功率范围内，qmax为机组最大容性无功功率，qmin为机组最大感性无功功率；8)指令下发变流器执行将q′n+1值下发至变流器，变流器根据q′n+1进行无功输出调节以使得并网无功功率达到q′n+1；9)无功功率指令闭锁闭锁无功指令计算，取qn+1＝qn，进行步骤7)。本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：1、机组在并网发出有功功率的同时会补偿系统无功功率，以平稳系统电压，优化风机接入稳定，同时考虑一定的死区阈值和电压值采样计算的稳定性，在要求周期和死区阈值内无功功率不调整，小幅电压波动时采用固定小步长补偿，以避免过快调节系统电压造成系统不稳定。2、针对大幅电压波动采用无功输出值根据无功需求值进行计算，可满足快速响应要求，同时考虑frt过程，可以在满足系统稳定的同时，针对故障进行快速响应。附图说明图1为本发明方法流程图。图2为数据采集的架构图。图3为并联电阻数据采集的架构图。图4为阀值判断及输出无功功率计算流程图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。参见图1所示，本实施例所提供的风力发电机组分散式接入一次调压方法，包括以下步骤：1)数据采集风机主控系统利用plc模块采集风机并网点三相电压瞬时值(ua(t)、ub(t)、uc(t))及三相电流瞬时值(ia(t)、ib(t)、ic(t))，并将数据存储至寄存器。其中，三相电流瞬时值电流是采用电流互感器将一次侧电流转换为1a或5a后再接入plc模块，并在换算软件中换算回一次值ia(t)、ib(t)、ic(t)后再存储至寄存器，参见图2所示。若plc模块无内部分流器，可采用在回路中并联电阻的方式，参见图3所示。而三相电压瞬时值电压是将并网点三相电压直接接入plc模块，并存储至寄存器。若plc模块电压量程无法满足直接采集要求，可接入电压互感器进行转接，将电压转至可用量程进行采集，并在计算软件中换算回一次值ua(t)、ub(t)、uc(t)，并存储至寄存器。2)采集周期判断判断数据采集时间是否达到设定采集周期tk，若达到跳至步骤3)，若未达到则继续循环上面步骤2)的数据采集。其中采集周期tk＝λt,λ为数据窗周波数，t为系统每周波时间，50hz系统每周波时间60hz系统每周波时间数据窗周波数λ推荐1/2的整数倍数，如果选择一个不是1/2的倍数的随机数，且小于5，那么测量值将大幅波动。在50hz的电力系统中λ≥2.5，而在60hz的电力系统中λ≥3。经验表明，这是测量速度和稳定性之间的一个很好的折中。只有在特殊情况下才可以对这个值进行改变(例如，高测量速度、低信号频率或者特殊电流曲线)。3)数据计算计算在tk时间采样周期内的三相电压有效值(ua、ub、uc)、三相电流有效值(ia、ib、ic)以及三相总无功功率qn，在tk时间采样周期内数据窗长度n＝n1*λ，式中n1为一个周波内采样的数据点数，50hz系统n1＝fs/50,60hz系统n1＝fs/60，fs为采集频率，建议fs≥1000hz；计算完成后进入步骤4)，其中详细计算过程如下：3.1)计算并网点电压有效值(ua、ub、uc)，以a相电压有效值ua为例计算公式如下：ua(t)--a相瞬时电压值；ua--a相电压有效值；n--数据窗长度；3.2)计算并网点电流有效值(ia、ib、ic)，以a相电流有效值ia为例计算公式如下：ia(t)--a相瞬时电流值；ia--a相电压有效值；n--数据窗长度；3.3)计算并网点单相有功功率(pa、pb、pc)，以a相有功功率pa为例计算公式如下：pa--a相有功功率；n--数据窗长度；ua(t)--a相瞬时电压值；ia(t)--a相瞬时电流值；3.4)计算并网点单相视在功率(sa、sb、sc)，以a相视在功率sa为例计算公式如下：sa＝ua·iaua--a相电压有效值；ia--a相电流有效值；3.5)计算并网点单相无功功率(qa、qb、qc)，以a相无功功率qa为例计算公式如下：sa--视在功率值；pa--有功功率值；3.6)计算三相总无功功率qn，计算公式如下：qn＝qa+qb+qcqa--a相无功功率；qb--b相无功功率；qc--c相无功功率。4)fvrt动作判断plc模块利用通讯接收变流器反馈的fvrt动作信号(bool变量)。若fvrt动作信号触发，则说明机组处于fvrt状态，进入步骤9)；若fvrt动作信号未触发，则说明机组未处于fvrt状态，进入步骤5)。变流器在fvrt动作期间无功功率值不受主控指令控制，自行根据fvrt期间要求输出无功功率。变流器在fvrt动作结束后撤销fvrt动作状态，同时重新接收主控无功指令，变流器无功受主控控制。5)电压偏差计算计算电压偏差值δu用于步骤6)无功输出无功功率计算，计算完成进入步骤6)，计算方法如下：式中，uref为控制点目标电压值，取0.9～1.1倍的u0；对应不同电压等级u0取值不同，参见下表1所示。表1电压等级对应u0取值电压等级0.380.620.6611.14u0取值0.40.620.691.051.2电压等级2.33610u0取值2.43.156.310.5u′相电压有效值的计算方法如下：方法1：取三相电压有效值的平均值方法2:取加权值，取三相最大值和三相最小值的平均值6)输出无功功率计算根据电压偏差值δu计算无功功率qn+1，计算完成后进行步骤7)，参见图4所示，计算过程如下：当-a≤δu≤a,qn+1＝qn；当-b≤δu＜-a,qn+1＝qn-δq；当b≥δu＞a；,qn+1＝qn+δq；当-b＞δu,δu＞b，其中，a、b、δq为阈值，需根据实际系统参数进行设计，总体目标为满足系统稳定，以690v系统为例，阈值a推荐值为5，阈值b推荐值为20；阈值δq推荐值为δq＝6％p，p为风机有功功率额定值；ssc为风机接入点短路容量，需根据具体接入系统设置。7)输出无功限幅计算，计算公式如下：q′n+1＝limit(qmax，qn+1，qmin)式中，q′n+1为无功功率的限幅，限幅值在机组能力可运行无功功率范围内，qmax为机组最大容性无功功率，qmin为机组最大感性无功功率。8)指令下发变流器执行将q′n+1值下发至变流器，变流器根据q′n+1进行无功输出调节以使得并网无功功率达到q′n+1。9)无功功率指令闭锁闭锁无功指令计算，取qn+1＝qn，进行步骤7)。在采用以上方案后，与现有技术相比，机组在并网发出有功功率的同时会补偿系统无功功率，以平稳系统电压，优化风机接入稳定。同时，考虑一定的死区阈值和电压值采样计算的稳定性，在要求周期和死区阈值内无功功率不调整，小幅电压波动时采用固定小步长补偿，以避免过快调节系统电压造成系统不稳定。而针对大幅电压波动采用无功输出值根据无功需求值进行计算，可满足快速响应要求。同时考虑frt过程，可以在满足系统稳定的同时，针对故障进行快速响应。总之，采用本发明方法可解决大型风力发电机组分散式接入后机网电抗大、距离电源远且距离负荷近所带来的控制难度大的问题，可有效提高风力发电机组分散式接入后并网点的电压稳定，有利于大型半直驱永磁同步风力发电机组分散式接入的推广，具有实际应用价值，值得推广。以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。当前第1页12