基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘研究

2017-10-31 14:02:44 中國電機工程學報　點擊量：評論 (0)

基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘林湘寧，卓毅鑫，李正天，童寧，徐鋁洋，張偉，M Shoaib KhalidDOI：10 13334 j 0258-8013 pcsee 1612261項目背景采用Crowbar保護的雙饋風機已具備了一定的抗

基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘

林湘寧，卓毅鑫，李正天，童寧，徐鋁洋，張偉，M. Shoaib Khalid

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.161226

1項目背景

采用Crowbar保護的雙饋風機已具備了一定的抗電壓跌落能力，但由于低電壓穿越允許時間的有限性，在風電并網(wǎng)容量、滲透率逐年提高的背景下，風電場的低電壓穿越能力仍有進一步挖掘提升的空間。在一些風電場內外電壓擾動場景下，存在即便風電場內可控無功資源已耗盡，仍然無法達到電壓控制目標的可能性。

2論文所解決的問題及意義

對風電場內的雙饋風機進行相應的控制，對處于異步運行狀態(tài)的風機進行適量削減，是進一步提升風電場低電壓穿越能力的可行途徑。而目前鮮有從整個風電場層面出發(fā)，以電壓緊急調控為目標，對雙饋狀態(tài)可控無功以及處于異步狀態(tài)運行的風機無功負荷進行協(xié)調控制的研究，本文提出了一種試圖實現(xiàn)上述目的的風機主動控制策略。

3論文重點內容

1）風機主動控制策略適用場景分析。

對于風電場外擾動場景，目前，風電場常位于風火打捆集中送出的電力系統(tǒng)末端，當火電外送走廊發(fā)生永久性故障時，由于無同步電源支持，電網(wǎng)采取電壓調控措施使風電場電壓恢復至額定電壓所需的時間較長，有可能導致大規(guī)模風機脫網(wǎng)。

對于風電場內擾動場景，目前風電場升壓站低壓側主要采用單母線接線。當集電線路發(fā)生短路故障且斷路器失靈時，只能由失靈保護隔離故障點。但與此同時，若失靈保護動作時間長于非故障線路風機低電壓穿越允許時間，整個風電場也將被切除。

上述兩個場景均需要通過風機增發(fā)無功或采取風機切機措施，使風電場電壓抬升，減少風機脫網(wǎng)臺數(shù)，提升風電場的低電壓穿越能力。

2）風機主動控制策略的實現(xiàn)。

風機主動控制策略通過設置電壓調控裕度、求解電壓約束下的無功增量及切機比例可行域、以及設置多輪無功增量及切機的方式確保電壓控制目標的實現(xiàn)。

在正常運行時，風電場內風機處于雙饋狀態(tài)。當風電場內或系統(tǒng)內鄰近風電場的區(qū)域發(fā)生故障時，整個風電場內都有可能感應到低電壓的存在。由于各風機距故障點電氣距離差異，各風機機端殘壓也可能會造成部分風機Crowbar風機投入成為異步運行狀態(tài)，而Crowbar未投入的風機仍保持雙饋運行狀態(tài)。通過列寫風電場內各風機的電壓約束上下限方程，可得到實現(xiàn)電壓控制目標的二維平面可行域。

圖1 實現(xiàn)風機電壓控制目標的可行域

通過可行域可得到實現(xiàn)電壓目標的風電場內異步狀態(tài)風機最小切機比例及其對應的風電場內雙饋狀態(tài)風機無功增發(fā)比例。求解完成后，依據(jù)各風機電壓狀態(tài)執(zhí)行切機或無功增發(fā)指令，以抬升風電場電壓。

圖2 暫態(tài)擾動期間風電場并網(wǎng)風機臺數(shù)對比

通過算例仿真驗證了所提策略的有效性。雖然有可能部分風機將被主動切除，但與全網(wǎng)多數(shù)風機因無法完成低電壓穿越而群體脫網(wǎng)的確定性風險相比，主動切除部分風機的代價是可以接受的。

4結論

本文基于風電場內外電壓擾動可能導致風機脫網(wǎng)的場景分析，提出了基于可用無功輸出與異步無功負荷削減相協(xié)調的風電場風機主動控制策略，通過列寫風機的電壓約束方程組，在二維平面上形成方程組可行域，得出可用無功輸出比例及異步風機削減比例。通過依據(jù)可用無功輸出比例調節(jié)風電場雙饋風機無功輸出，并依據(jù)異步風機削減比例犧牲部分以異步運行狀態(tài)的風機，使其余風機電壓恢復到電壓控制目標以上，從而實現(xiàn)風電場低電壓穿越能力的深度挖掘。

引文信息

林湘寧,卓毅鑫,李正天,等. 基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘研究[J]. 中國電機工程學報,2017,37(15):4388-4398.

Lin Xiangning, Zhuo Yixin, Li Zhengtian, et al. Study on Deeply Improving Low Voltage Ride Through Ability of Wind Farm Based on Wind Turbine Active Control Strategy[J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(15):4388-4398(in Chinese).

原標題:華中科技大學林湘寧，卓毅鑫等：基于風機主動控制的風電場低電壓穿越能力深度挖掘研究