[发明专利]面向风速波动的双馈风电系统无功功率主动控制方法

说明书

本技术方案提供了面向风速波动的双馈风电系统无功功率主动控制方法，根据预测风速所处的风速区间采用不同的控制方法，以平抑风速波动造成的电网电压波动。本方法考虑了风速波动下系统无功功率的动态需求和双馈感应发电机无功功率的动态极限，考虑了不同风速区间不同主动控制手段的适用性，避免了风速波动引起的风电场无功能力无法满足系统无功需求的问题。该控制方法能够根据风速波动程度采取合适的主动控制手段，进一步发挥双馈感应发电机的无功能力，当风速波动后双馈风电机组的无功能力仍能满足系统无功需求。

技术领域

本发明涉及风电控制领域，具体地说，涉及面向风速波动的双馈风电系统无功功率主动控制方法。

背景技术

随着全球能源危机加剧，新能源开发已经受到世界各国的高度重视，风力发电技术尤其发展迅速。由于中国风能资源较丰富的地区一般都远离负荷中心，风电正在向大规模集中开发、远距离高压输送的方向发展。双馈风力发电机因其具有有功无功解耦能力，较小的变流器容量和灵活多变的控制系统，已成为风电场的主力机型。由于大型风电场大多位于电网末端，电网对并网点的电压支撑不足，若双馈风电机组以单位功率因数运行，当风速波动时，双馈风电场输出的有功功率变化，将导致并网点的电压波动，甚至会削弱电力系统电压稳定性。

针对上述问题，目前主要通过在风电场出口处加装无功补偿设备来平抑并网点电压的波动。但是，由于风速波动具有随机性和快速性的特点，通过电容器和电抗器投切弥补无功缺额难以满足补偿容量和响应速度的要求。有载调压变压器分接头的动作时间长，动作次数有限。静止无功补偿器具有无功功率的实时调节能力，是风电场无功补偿的常用手段。但是风电场中静止无功补偿器与风电机组之间的配合较为困难，特别是静止无功补偿器具有显著的滞后响应，无法快速响应风速波动，可能导致电网无功功率缺额，甚至出现电压过冲现象，造成风电机组连锁性脱网。

双馈风电机组自身具备无功能力，但是在单位功率因数控制模式下，无法充分利用变流器容量，输出无功功率支撑电网电压。部分研究指出大规模双馈风电场在高电压远距离输送时采用定电压控制模式具有更好的电压稳定性；部分研究分析了双馈风电机组内部功率关系，挖掘了定子侧和网侧变流器的无功输出能力；部分研究分析了双馈风电机组功率输出对转子电流、定子电流和转子电压的影响，指出双馈风电机组的无功输出能力主要受到转子电流的限制，而无功吸收能力主要受到定子电流的限制。但是现有研究尚未考虑风速波动下风电场无功能力和交流系统无功需求的动态变化。双馈风电机组的无功能力和有功输出成反比，输电线路的无功需求和传输的有功功率成正比，因此，当风速升高造成双馈风电机组的有功输出增加时，双馈风电机组的无功能力降低，可能无法满足输电线路增长的无功需求，带来并网点电压稳定性问题。

综上所述，双馈风电机组的无功能力尚未得到充分利用，特别是尚未通过有功与无功功率的协调进一步提升无功功率的控制能力。随着风电装机容量的持续增加，风速波动造成电网电压不稳的情况日趋严重，如何协调有功及无功功率，在保证电力系统稳定性的前提下充分利用双馈风电机组的无功能力成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种风速波动下双馈风电场无功主动控制方法，考虑了风速波动下交流系统无功功率的动态需求和双馈感应发电机无功功率的动态极限，考虑了不同风速区间不同主动控制手段的适用性，避免了风速波动引起的风电场无功能力无法满足交流系统无功需求的问题。该控制方法能够根据风速波动程度采取合适的主动控制手段，进一步发挥双馈感应发电机的无功能力，当风速波动后双馈风电机组的无功能力仍能满足交流系统无功需求。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

面向风速波动的双馈风电系统无功功率主动控制方法，根据预测风速所处的风速区间采用不同的控制方法，以平抑风速波动造成的电网电压波动，具体包括：