专利名称：一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统，该系统可以用于实现电网故障隔离、阻尼控制、无功补偿、电能质量控制、短路电流限制等综合功能。可解决电网故障对风电场或太阳能电站造成的脱网问题。在故障期间中使风场或太阳电站仍能提供频率和电压支持，提高风场和太阳能电站抵御电网故障和扰动的能力。另外本发明可以解决小水电群远距离接入阻尼控制问题。本发明可广泛应用于风电、太阳能、微网和小水电群的集中并网。
背景技术：
新能源发电是目前发展最快的可再生能源之一。在过去的10年中，新能源发电在整个电力系统所占的比例越来越大。小水电由于受自然条件限制接入电网有很大的季节性。这对电力系统的安全可靠运行提出了很大的挑战。国家电网在2009年12月颁布并实施了《风电场接入电网技术规定》企业标准，规定在电压跌落80% (跌落至20%)时能够持续625毫秒，并在2秒内恢复至90%时不脱网。目前大多数并网运行的风力发电机不具备低电压穿越能力，2010年上半年，由于电力系统故障，甘肃风电场造成大面积脱网事故。严重影响西北电网运行安全。另外在可再生能源利用方面，我国中国小水电资源丰富，据初步调查，理论蕴藏量有15亿kW，可开发的资源为7000万kW。在全国2300多个县中，有1104个县的可开发资源超过I万kW，其中471个县的可开发资源为I 3万kW，499个县为3 10万kW，134个县超过10万kW。小水电群多半位于山区，水能资源十分丰富。但这些水电站多半远离负荷中心，这样就形成了“长线路、重负荷、弱联系”的输电格局。并且水电站绝大多数的发电机组均采用自并励快速励磁方式，这对系统的暂态稳定是有利的。但研究证明，在动态稳定方面，这种位于送电端的发电机自动励磁调节器提供了负阻尼，这是快速励磁的特性所决定的。综合上述四点诱发因素，那么当电网出现敏感振荡频率的扰动时，由于快速励磁调节器提供负阻尼加剧系统摆动，而小大网的联系又很薄弱，就很容易造成低频功率振荡现象。
发明内容
针对目前风电场的低电压穿越问题和丰水期小水电易发功率振荡的问题，本发明的目的是提供一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统，该系统可有效解决低电压穿越问题和电网的功率振荡问题，同时该系统还可实现无功补偿、电能质量控制、短路电流限制等功能。为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统，其特征在于，包括隔离阻抗模块、电压支持模块、控制系统，所述的隔离阻抗模块串联于需要隔离系统与电网之间，电压支持模块并联在需要隔离系统上；所述的控制系统发出控制信号同时控制隔离阻抗模块的阻抗的投退与等效阻抗的大小，及控制电压支持模块进行电流补偿。
所述的隔离阻抗模块由阻抗、可控电力电子器件、高速开关并联连接组成，通过控制系统控制可控电力电子器件导通角大小来控制等效阻抗的大小。所述的可控电力电子器件可为晶闸管(或LTT)阀组，也可为全控型器件，如GT0、IGBT、IEGT 等。所述的电压支持模块为静止无功补偿装置SVC或静止无功发生器SVG。所述的控制系统具有阻尼控制功能，电压支持模块经阻尼控制输出的电流能叠加无功补偿、谐波补偿和负序补偿所输出的电流，即电压支持模块的阻尼控制和其固有的无 功补偿、谐波补偿和负序补偿功能可以同时使用或单独使用；通过测量电网的电压、频率与流过的功率，识别振荡模式的特征，通过隔直、移相、比例控制环节，输出一个抑制电网功率振荡的阻尼控制电流。所述系统的电网故障隔离方法，包括以下步骤当系统正常运行时，高速开关FBK12闭合，旁路开关BK12断开；开关BK10、BK20、BK30闭合；刀闸S12、S22、S30、SI I、S21闭合；接地刀闸GlO断开；电压支持模块按实际需求运行在无功补偿、谐波补偿和负序补偿、阻尼控制模式或以上功能共用的综合模式，阻抗RO和可控电力电子器件TO被短路；当系统发生故障时，高速开关FBK12快速断开，该断开过程在8-12ms内完成，控制系统根据故障电压和电流的大小计算所需补偿阻抗的大小和所需补偿电流的大小，分别控制隔离阻抗模块和电压支持模块完成相应的控制。与现有技术相比，本发明的有益效果是该系统可以用于实现电网故障隔离、阻尼控制、无功补偿、谐波补偿和负序补偿、短路电流限制等综合功能。可解决电网故障对风电场或太阳能电站造成的脱网问题。在故障期间中使风场或太阳电站仍能提供频率和电压支持，提高风场和太阳能电站抵御电网故障和扰动的能力。另外本发明可以解决小水电群远距离接入阻尼控制问题。本发明可广泛应用于风电、太阳能、微网和小水电群的集中并网。
图I是隔离阻抗模块采用晶闸管的电网故障隔离系统的接线原理图；图2是隔离阻抗模块采用全控型器件的电网故障隔离系统的接线原理图；图3是阻尼控制逻辑框图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细叙述。见图I、图3，一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统，由隔离阻抗模块I、电压支持模块2、控制系统3三部分组成，串联在电网与风场、小水电群、负载或其它电网之间；或串联在电网与大用户负载之间。本系统采用模块化设计，整体可看成一个串联的双端元件。可针对不同的功能要求进行配置，可实现电网故障隔离、阻尼控制、无功补偿、电能质量控制、短路电流限制等单个功能或综合功能。隔离阻抗模块串联于需要隔离系统与电网之间，电压支持模块并联在需要隔离系统上；所述的控制系统发出控制信号控制隔离阻抗模块的阻抗投退与大小，控制电压支持模块进行电流补偿。隔离阻抗模块由阻抗R0、可控电力电子器件T0、高速开关FBK12并联连接组成，通过控制系统控制可控电力电子器件导通角大小来控制等效阻抗的大小。所述的可控电力电子器件可为晶闸管(或LTT)阀组，也可为全控型器件，如GT0、IGBT、IEGT等。电压支持模块可为静止无功补偿装置SVC或静止无功发生器SVG。所述的控制系统具有阻尼控制功能。所述的电压支持模块所阻尼控制输出的电流能叠加无功补偿、谐波补偿和负序补偿所输出的电流，即电压支持模块的阻尼控制和其固有的无功补偿、谐波补偿和负序补偿功能可以同时使用或单独使用；通过测量电网的电压、频率与流过的功率，识别振荡模式的 特征，通过隔直、移相、比例控制环节，输出一个抑制电网功率振荡的阻尼控制电流。电网故障隔离系统的操作方法是当系统正常运行时，高速开关FBK12闭合，旁路开关BK12断开；开关BK10、BK20、BK30闭合；分支刀闸S12、S22、S30、S11、S22闭合；接地刀闸GlO断开。电压支持模块2按实际需求运行在无功补偿、电能质量控制、阻尼控制模式或综合模式。隔离阻抗模块RO和可控电力电子器件TO被短路。当系统发生故障时，高速开关FBK12快速断开，该断开过程在8-12ms内完成，控制系统3根据故障电压和电流的大小计算所需补偿阻抗的大小和所需补偿电流的大小，分别控制隔离阻抗模块I和电压支持模块2完成相应的控制。使系统阻抗恢复至故障前水平。既限制故障电流的大小，又为系统提供频率和电压支持，有利于系统恢复。当系统发生功率振荡时，电压支持模块2按附加阻尼控制策略，控制母线电压，从而使振荡快速衰减。隔离阻抗模块支路的传输有功功率P = .丨:-1 > Sin 0
... 其中U1、U2为支路两端电压幅值，0为两端电压相角差，Z为支路阻抗。抑制母线电压，即改变Ul或U2的大小可以控制支路传输功率。控制电压采用电流和阻抗同时调节的策略，控制逻辑如图3所示。通过输入的有功，频率，电压信号，识别振荡特征，同时控制阻抗模块和电压支持模块来控制节点电压，抑制振汤。当系统检修隔离阻抗模块I时，将旁路开关BK12导通；开关BK10、BK20关断；刀闸S12、S22关断；接地刀闸GlO闭合。当系统检修电压支持模块2时可以将开关BK30关断；刀闸S30关断。
权利要求
1.一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统，其特征在于，包括隔离阻抗模块、电压支持模块、控制系统，所述的隔离阻抗模块串联于需要隔离系统与电网之间，电压支持模块并联在需要隔离系统上；所述的控制系统发出控制信号同时控制隔离阻抗模块的阻抗的投退与等效阻抗的大小，及控制电压支持模块进行电流补偿。
2.根据权利要求I所述的一种用于 清洁能源并网的电网故障隔离系统，其特征在于，所述的隔离阻抗模块由阻抗、可控电力电子器件、高速开关并联连接组成，通过控制系统控制可控电力电子器件导通角大小来控制等效阻抗的大小。
3.根据权利要求2所述的一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统，其特征在于，所述的可控电力电子器件可为晶闸管或LTT阀组，也可为全控型器件。
4.根据权利要求I或2所述的一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统，其特征在于，所述的电压支持模块为静止无功补偿装置SVC或静止无功发生器SVG。
5.根据权利要求I或2所述的一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统，其特征在于，所述的控制系统具有阻尼控制功能，电压支持模块经阻尼控制输出的电流能叠加无功补偿、谐波补偿和负序补偿所输出的电流，即电压支持模块的阻尼控制和其固有的无功补偿、谐波补偿和负序补偿功能可以同时使用或单独使用；通过测量电网的电压、频率与流过的功率，识别振荡模式的特征，通过隔直、移相、比例控制环节，输出一个抑制电网功率振荡的阻尼控制电流。
6.一种权利要求5所述系统的电网故障隔离方法，其特征在于，包括以下步骤 当系统正常运行时，高速开关FBK12闭合，旁路开关BK12断开；开关BK10、BK20、BK30闭合；刀闸S12、S22、S30、SI I、S21闭合；接地刀闸GlO断开；电压支持模块按实际需求运行在无功补偿、谐波补偿、负序补偿、阻尼控制模式或以上功能的综合模式，阻抗RO和可控电力电子器件TO被短路； 当系统发生故障时，高速开关FBK12快速断开，该断开过程在8-12ms内完成，控制系统根据故障电压和电流的大小计算所需补偿阻抗的大小和所需补偿电流的大小，分别控制隔离阻抗模块和电压支持模块完成相应的控制。
全文摘要
本发明涉及一种用于清洁能源并网的电网故障隔离系统，包括隔离阻抗模块、电压支持模块、控制系统，所述的隔离阻抗模块串联于需要隔离系统与电网之间，电压支持模块并联在需要隔离系统上；所述的控制系统发出控制信号同时控制隔离阻抗模块的阻抗投退与大小，及控制电压支持模块进行逻辑补偿及无功输出。隔离阻抗模块由阻抗、可控电力电子器件、高速开关并联连接组成，该系统可以用于实现电网故障隔离、阻尼控制、无功补偿、电能质量控制、短路电流限制等综合功能。本发明可广泛应用于风电、太阳能、微网和小水电群的集中并网。
文档编号H02H9/02GK102646992SQ20121011084
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者李文锋, 杨双, 王小路, 韩旭 申请人:荣信电力电子股份有限公司