一種分布式雙饋風(fēng)力發(fā)電機組自動電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機組控制方法，尤其是一種風(fēng)力發(fā)電機組自動電壓控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國風(fēng)電集中式規(guī)模化發(fā)展?jié)u趨飽和，并網(wǎng)難問題日益突出。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā) 展經(jīng)歷了爆發(fā)式增長，以集中式"大風(fēng)電"為主，隨著電力系統(tǒng)擴容需要，分布式風(fēng)力發(fā)電以 其效率高、方便靈活、占地要求低、建設(shè)周期短、成本低等優(yōu)點，受到廣泛關(guān)注。分布式風(fēng)電 一般規(guī)模較小，適用于靠近用電負荷中心的地區(qū)，便于就近并網(wǎng)、就地消納。接入電網(wǎng)與大 規(guī)模風(fēng)電集中接入電網(wǎng)相比，節(jié)省了遠距離輸送電能的輸變電設(shè)施（包含風(fēng)電場內(nèi)的集電 線路、升壓站、送至系統(tǒng)的輸電線路）建設(shè)及維護費用。
[0003] 分布式風(fēng)電場直接連接在配電網(wǎng)，為用戶提供需要的電能，那么分布式發(fā)電系統(tǒng) 對電網(wǎng)的影響以及分布式發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的問題受到重點關(guān)注。由于分布式風(fēng)電多處于 偏遠地區(qū)，常接于電網(wǎng)的末端，這將使并網(wǎng)后系統(tǒng)的潮流發(fā)生改變，影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。同 時，由于分布式風(fēng)電接入的電網(wǎng)較弱，那么風(fēng)電場對電力系統(tǒng)的影響也隨之增大，進而對供 電負荷產(chǎn)生較大影響，對電網(wǎng)產(chǎn)生的影響主要包括電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、電網(wǎng)頻率、電能質(zhì)量等 方面。
[0004] 分布式風(fēng)電就近接入電網(wǎng)，不新建升壓站，因此大多數(shù)情況下無法集中安裝無功 補償設(shè)備，需要風(fēng)電機組具有一定的無功調(diào)節(jié)能力進行電壓控制。不同的電壓等級中，輸 電線路呈現(xiàn)不同的參數(shù)特點。一般高壓輸電線路呈感性，中壓輸電線路呈阻感性，低壓輸電 線路呈阻性。由于分布式風(fēng)電機組接入配電網(wǎng)，中低壓電纜電阻不能忽略。那么傳統(tǒng)的下 垂控制會導(dǎo)致有功功率和無功功率的耦合，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服分布式風(fēng)電接入電網(wǎng)帶來的系統(tǒng)電壓不穩(wěn)定、無電壓調(diào)節(jié)能力的不足， 本發(fā)明提供一種系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性良好、具有動態(tài)電壓調(diào)節(jié)能力的分布式雙饋風(fēng)力發(fā)電機組 自動電壓控制方法。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種分布式雙饋風(fēng)力發(fā)電機組自動電壓控制方法，所述控制方法包括以下步驟：
[0008] 1)檢測風(fēng)電機組出口的電壓值和電流值，計算風(fēng)電機組實時有功功率和無功功率 值；
[0009] 2)根據(jù)風(fēng)電機組出口的電流值，通過虛擬阻抗模塊，計算出虛擬阻抗電壓值，形成 負反饋以獲得新的電壓參考值；
[0010] 3)根據(jù)風(fēng)電機組出口的電壓值和電流值，送入無功功率能力評估模塊，此模塊根 據(jù)風(fēng)電機組的運行特性，計算出機組當(dāng)前的無功功率能力，即當(dāng)前機組無功功率的最大值 和最小值；
[0011] 4)通過虛擬阻抗值的大小、風(fēng)力發(fā)電機組出口的電壓值、風(fēng)電機組的無功功率極 限能力，獲得下垂系數(shù)h的修正系數(shù)a，計算出最優(yōu)的下垂控制系數(shù)^ ;
[0012] 5)根據(jù)風(fēng)電機組實時無功功率、公共連接點電壓值，實現(xiàn)下垂控制，計算出分布式 風(fēng)電機組輸出無功功率的參考值，用以機側(cè)變流器無功功率控制，最終通過風(fēng)電機組的無 功功率控制，實現(xiàn)公共連接點電壓的控制。
[0013] 進一步，述步驟4)中，優(yōu)化步驟如下：
[0014] 4. 1)利用下垂控制系數(shù)h和虛擬阻抗壓降系數(shù)L尋找到風(fēng)電機組輸出的無功功 率值Q1;
[0015] 4. 2)利用風(fēng)力發(fā)電機組實時有功功率和機組的特性，計算出風(fēng)電機組當(dāng)前輸出無 功功率的能力范圍（Qinun，Qiniax);
[0016] 4. 3)判斷風(fēng)電機組輸出的無功功率值Q1是否滿足風(fēng)電機組當(dāng)前輸出無功功率的 能力范圍（Qin^Qiniax),若滿足，下垂控制系數(shù)確定。（4)若不滿足，分為兩種情況：當(dāng)Q 1Mimx時，計算修正系數(shù)a用以調(diào)節(jié)kQ，使得風(fēng)電機組輸出無功功率值為Qimax;當(dāng)Q XQimin時，計算 修正系數(shù)a用以調(diào)節(jié)Iv使得風(fēng)電機組輸出無功功率值為Qinun。
[0017] 再進一步，所述步驟2)中，虛擬阻抗引入產(chǎn)生電壓降，
[0018] 虛擬阻抗產(chǎn)生的壓降關(guān)系如下：
[0020] 其中：&為虛擬阻抗壓降系數(shù)；
[0021] A U為虛擬阻抗上產(chǎn)生電壓降；
[0022] Q1為風(fēng)電機組實際無功功率輸出值；
[0023] X1為單臺分布式風(fēng)電機組的虛擬阻抗值；
[0024] U1為單臺分布式風(fēng)電機組出口端電壓值；
[0025] i為風(fēng)電機組編號。
[0026] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：采用虛擬電抗的方法，防止中低壓線路中有功功率和無功 功率的耦合，并且充分利用雙饋風(fēng)力發(fā)電機組具有的無功功率能力；采用修正系數(shù)計算模 塊進行下垂系數(shù)修正，避免了虛擬阻抗帶來的靜態(tài)電壓偏差以及防止風(fēng)電機組無功功率能 力不足，保證電壓控制的精度以及電壓控制的穩(wěn)定性。
[0027] 本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在：1、虛擬電抗采用實現(xiàn)分布式風(fēng)電機組在中低壓配 電網(wǎng)中，通過無功功率調(diào)節(jié)實現(xiàn)公共連接點電壓有效控制；2、修正系數(shù)計算避免了虛擬阻 抗產(chǎn)生的電壓誤差；3、修正系數(shù)計算充分考慮了虛擬阻抗壓降、風(fēng)電機組無功功率能力等 因素，系數(shù)需要根據(jù)風(fēng)機的運行情況（風(fēng)電機組機端電壓、風(fēng)電機組有功功率）進行動態(tài)調(diào) -K- To
【附圖說明】
[0028] 圖1是風(fēng)電機組分布式接入電力系統(tǒng)示意圖
[0029] 圖2是單臺風(fēng)電機組分布式接入電網(wǎng)等值電路圖。
[0030] 圖3是分布式風(fēng)電機組控制圖。
[0031] 圖4是分布式風(fēng)電機組控制流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0033] 參照圖1~圖4, 一種分布式雙饋風(fēng)力發(fā)電機組自動電壓控制方法，所述控制方法 包括以下步驟：
[0034] 1)檢測風(fēng)電機組出口的電壓值和電流值，計算風(fēng)電機組實時有功功率和無功功率 值；
[0035] 2)根據(jù)風(fēng)電機組出口的電流值，通過虛擬阻抗模塊，計算出虛擬阻抗電壓值，形成 負反饋以獲得新的電壓參考值；
[0036] 3)根據(jù)風(fēng)電機組出口的電壓值和電流值，送入無功功率能力評估模塊，此模塊根 據(jù)風(fēng)電機組的運行特性，計算出機組當(dāng)前的無功功率能力，即當(dāng)前機組無功功率的最大值 和最小值；
[0037] 4)通過虛擬阻抗值的大小、風(fēng)力發(fā)電機組出口的電壓值、風(fēng)電機組的無功功率極 限能力，獲得下垂系數(shù)h的修正系數(shù)a，計算出最優(yōu)的下垂控制系數(shù)^ ;
[0038] 5)根據(jù)風(fēng)電機組實時無功功率、公共連接點電壓值，實現(xiàn)下垂控制，計算出分布式 風(fēng)電機組輸出無功功率的參考值，用以機側(cè)變流器無功功率控制，最終通過風(fēng)電機組的無 功功率控制，實現(xiàn)公共連接點電壓的控制。
[0039] 進一步，述步驟4)中，優(yōu)化步驟如下：
[0040] 4. 1)利用下垂控制系數(shù)h和虛擬阻抗壓降系數(shù)L尋找到風(fēng)電機組輸出的無功功 率值Q1;
[0041] 4. 2)利用風(fēng)力發(fā)電機組實時有功功率和機組的特性，計算出風(fēng)電機組當(dāng)前輸出無 功功率的能力范圍（Qinun，Qiniax);
[0042] 4. 3)判斷風(fēng)電機組輸出的無功功率值Q1是否滿足風(fēng)電機組當(dāng)前輸出無功功率的 能力范圍（Qin^Qiniax),若滿足，下垂控制系數(shù)確定。（4)若不滿足，分為兩種情況：當(dāng)Q 1Mimx時，計算修正系數(shù)a用以調(diào)節(jié)kQ，使得風(fēng)電機組輸出無功功率值為Qimax;當(dāng)Q XQimin時，計算 修正系數(shù)a用以調(diào)節(jié)Iv使得風(fēng)電機組輸出無功功率值為Qinun。
[0043] 參照圖3,本發(fā)明主要通過改進雙饋機組的機側(cè)變流器控制實現(xiàn)。雙饋風(fēng)力發(fā)電機 組通過坐標(biāo)變換使得有功分量和無功分量解耦、調(diào)節(jié)，機側(cè)變流器的無功功率參考值由恒 功率因數(shù)控制方式變?yōu)橛上麓箍刂颇K給定。虛擬阻抗引入的電壓疊加在機側(cè)變流器電流 控制器輸出的q軸電壓上，作為機側(cè)變流器交流側(cè)q軸電壓參考值。
[0044] 由于風(fēng)電機組分布式接入電網(wǎng)，那么機組的地理位置較為分散，若采用通訊線的 方法實現(xiàn)各個機組時間的協(xié)調(diào)控制，會大大限制機組地理位置的分布。根據(jù)機組分布式接 入電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點以及機組的控制要求，采用無互聯(lián)通訊線的下垂控制才能適應(yīng)機組分布 式接入電網(wǎng)的控制要求。
[0045] 風(fēng)力發(fā)電機組分布式接入配電網(wǎng)，接線示意圖見圖1。配電網(wǎng)的線路不同于高壓線 路中的感性阻抗特性，特別是電纜線路的使用，使得線路等效阻抗主要為阻感混合型。傳統(tǒng) 的下垂控制不適用于既有阻性線