[发明专利]风电场应急电源系统消除谐波谐振的系统设计方法

说明书

本发明属于电抗器技术领域，具体涉及一种风电场应急电源系统消除谐波谐振的系统设计方法，通过计算整个应急电源系统的功率分布，取消阻尼抑制回路，结合母线原有无功补偿设备，增加移频电容器组及感性补偿容量，保证应急电源启动时其固有的并联谐振频率控制在50‑100Hz之间。同时，当应急电源系统不启用时，根据母线无功潮流，投退移频电容器组或感性无功，设备不闲置其价值得到有效利用。

技术领域

本发明属于电力系统脱谐控制技术领域，具体涉及一种风电场应急电源系统消除谐波谐振的系统设计方法。

背景技术

在我国的东南沿海地区，当有台风登陆时，由于台风的极大破坏性及其风向的不确定性，供电主网将会遭受相当程度的破坏。风电场为求自身安全，台风登陆前，需被迫断网，并启动站内风机后备电源及风电场应急电源系统，使得风电机组具备偏航能力，保证风向沿着对叶片受力较为有利的顺浆方向吹入，有效降低叶片的载荷，避免叶片断裂，变浆执行机构受损，同时保证有关重要安全监测系统及通信电源的持续供电。

目前风电场应急电源主要采取以下运行方式：(1)柴油发电机+升压变+阻尼回路+感性无功补偿。例如专利《一种消除谐波谐振的风电场应急电源系统》(专利号2014204898423)，通过35kV母线，集中供电模式，按照集电线路充电容量分组投的运行方式；(2)柴油发电机+升压变。这种供电方式由于柴油发电机容量太小，供电系统阻抗与集电线路充电电容发生并联谐振而无法正常投运；(3)采取分布式控制+UPS电池供电。例如专利《一种风电场偏航用的后备电源系统》(专利号2017205374096)，采用每台风力发电机组就地配置UPS后备电源方式供电；这种供电方式需早期设计上预留安装空间，且需建设的布局点多而广，安装工程量很大，以及维护成本极高，暂未见工程推广使用；

针对上述第一种方式，有以下三个问题：(1)为了有效吸收激磁涌流，其阻尼回路必须采用空心式的大电阻大电感单元方式，占用大量的安装用地，且设备成本占比很大；(2)阻尼回路阻抗在应急电源系统阻抗中占比很大，高达15％以上，导致母线电压大幅降低，发电机的有效输出功率也降低15％以上。同时，考虑到应急电源使用频率很小及每次使用时间很短，长期处于冷热备状态，即阻尼回路也处于长期闲置状态，造成资源浪费。(3)阻尼电阻电抗器体积过大，本身抗台风能力差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电场应急电源系统消除谐波谐振的系统设计方法，以解决背景技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种风电场应急电源系统消除谐波谐振的系统设计方法，其特征在于：应急电源启动时，母线处于空载状态，柴油发电机通过升压变给母线充电，并经过连接在母线上的若干条集电线路给偏航电机提供电源，电缆的等值电感很小，可忽略不计，此时系统等值电抗和容抗分别为：

X＝X_GT＝X_T+X_G“ (1)

式中，X为系统等值电抗，X_GT为柴油发电机到母线处的等值电抗，X_T及X_G“：分别为柴油发电机和升压变等值电抗，X_JC为集电线路容抗，按照每条集电线路总电缆长度大约10km计算，典型值为700～2100Ω，Σ_n＝1 C_n：为各集电线路等值对地电容；

在风电场应急电源系统中，柴油发电机及升压变的容量一般为1200～2000KVA，阻抗分压比选择6-10％，令：

此时的风电场应急电源系统的等值电路固有的谐振频率见下表，全投三条集电线路，采用零起升压对全站应急负荷供电：

投一条集电线路固有谐振频率为：