基于風(fēng)機(jī)主動控制的風(fēng)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(jī)工程學(xué)報　點(diǎn)擊量：評論 (0)

基于風(fēng)機(jī)主動控制的風(fēng)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(xiàng)目背景采用Crowbar保護(hù)的雙饋風(fēng)機(jī)已具備了一定的抗

基于風(fēng)機(jī)主動控制的風(fēng)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(xiàng)目背景

采用Crowbar保護(hù)的雙饋風(fēng)機(jī)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(fēng)電并網(wǎng)容量、滲透率逐年提高的背景下，風(fēng)電場的低電壓穿越能力仍有進(jìn)一步挖掘提升的空間。在一些風(fēng)電場內(nèi)外電壓擾動場景下，存在即便風(fēng)電場內(nèi)可控?zé)o功資源已耗盡，仍然無法達(dá)到電壓控制目標(biāo)的可能性。

2論文所解決的問題及意義

對風(fēng)電場內(nèi)的雙饋風(fēng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的控制，對處于異步運(yùn)行狀態(tài)的風(fēng)機(jī)進(jìn)行適量削減，是進(jìn)一步提升風(fēng)電場低電壓穿越能力的可行途徑。而目前鮮有從整個風(fēng)電場層面出發(fā)，以電壓緊急調(diào)控為目標(biāo)，對雙饋狀態(tài)可控?zé)o功以及處于異步狀態(tài)運(yùn)行的風(fēng)機(jī)無功負(fù)荷進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的研究，本文提出了一種試圖實(shí)現(xiàn)上述目的的風(fēng)機(jī)主動控制策略。

3論文重點(diǎn)內(nèi)容

1）風(fēng)機(jī)主動控制策略適用場景分析。

對于風(fēng)電場外擾動場景，目前，風(fēng)電場常位于風(fēng)火打捆集中送出的電力系統(tǒng)末端，當(dāng)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(diào)控措施使風(fēng)電場電壓恢復(fù)至額定電壓所需的時間較長，有可能導(dǎo)致大規(guī)模風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)。

對于風(fēng)電場內(nèi)擾動場景，目前風(fēng)電場升壓站低壓側(cè)主要采用單母線接線。當(dāng)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(hù)隔離故障點(diǎn)。但與此同時，若失靈保護(hù)動作時間長于非故障線路風(fēng)機(jī)低電壓穿越允許時間，整個風(fēng)電場也將被切除。

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

2）風(fēng)機(jī)主動控制策略的實(shí)現(xiàn)。

風(fēng)機(jī)主動控制策略通過設(shè)置電壓調(diào)控裕度、求解電壓約束下的無功增量及切機(jī)比例可行域、以及設(shè)置多輪無功增量及切機(jī)的方式確保電壓控制目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

在正常運(yùn)行時，風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)機(jī)處于雙饋狀態(tài)。當(dāng)風(fēng)電場內(nèi)或系統(tǒng)內(nèi)鄰近風(fēng)電場的區(qū)域發(fā)生故障時，整個風(fēng)電場內(nèi)都有可能感應(yīng)到低電壓的存在。由于各風(fēng)機(jī)距故障點(diǎn)電氣距離差異，各風(fēng)機(jī)機(jī)端殘壓也可能會造成部分風(fēng)機(jī)Crowbar風(fēng)機(jī)投入成為異步運(yùn)行狀態(tài)，而Crowbar未投入的風(fēng)機(jī)仍保持雙饋運(yùn)行狀態(tài)。通過列寫風(fēng)電場內(nèi)各風(fēng)機(jī)的電壓約束上下限方程，可得到實(shí)現(xiàn)電壓控制目標(biāo)的二維平面可行域。

圖1 實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電壓控制目標(biāo)的可行域

通過可行域可得到實(shí)現(xiàn)電壓目標(biāo)的風(fēng)電場內(nèi)異步狀態(tài)風(fēng)機(jī)最小切機(jī)比例及其對應(yīng)的風(fēng)電場內(nèi)雙饋狀態(tài)風(fēng)機(jī)無功增發(fā)比例。求解完成后，依據(jù)各風(fēng)機(jī)電壓狀態(tài)執(zhí)行切機(jī)或無功增發(fā)指令，以抬升風(fēng)電場電壓。

圖2 暫態(tài)擾動期間風(fēng)電場并網(wǎng)風(fēng)機(jī)臺數(shù)對比

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

4結(jié)論

本文基于風(fēng)電場內(nèi)外電壓擾動可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)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(fù)荷削減相協(xié)調(diào)的風(fēng)電場風(fēng)機(jī)主動控制策略，通過列寫風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)削減比例。通過依據(jù)可用無功輸出比例調(diào)節(jié)風(fēng)電場雙饋風(fēng)機(jī)無功輸出，并依據(jù)異步風(fēng)機(jī)削減比例犧牲部分以異步運(yùn)行狀態(tài)的風(fēng)機(jī)，使其余風(fēng)機(jī)電壓恢復(fù)到電壓控制目標(biāo)以上，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)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(fēng)機(jī)主動控制的風(fēng)電場低電壓穿越能力深度挖掘研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)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(biāo)題:華中科技大學(xué)林湘寧，卓毅鑫等：基于風(fēng)機(jī)主動控制的風(fēng)電場低電壓穿越能力深度挖掘研究

責(zé)任編輯：lixin

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