适用于AVC系统的风电机组及其无功控制方法

技术领域

本发明涉及风电变流器控制技术领域，具体涉及适用于AVC系统的风电机组及其无功控制方法。

背景技术

传统的双馈风电机组一般采用单位功率因数模式(UPF mode)，风电机组控制系统下发的无功指令设为零，发电机只发出有功功率。随着风电机组大规模并网，电网越来越需要风电机组通过AVC(Automatic Voltage Control)功能提高电网运行的安全性和经济性，这就对风电机组的无功调节能力提出了新的要求。

双馈式风电机组的无功调节主要通过机组控制系统和风电变流器实现，现有的双馈式风电变流器一般主要接收控制系统的有功指令，少数发出无功的变流器一般采用机侧单独发出无功的方式，已有技术中未有变流器针对AVC系统配套无功的动态分配方法。

发明内容

为解决已有技术存在的不足，本发明提供了一种适用于AVC系统的风电机组，包括风电变流器、原机组主控制器及外置AVC控制装置，其中，外置AVC控制装置包括外置AVC控制器及传感器，传感器通过硬接线与外置AVC控制器及风电变流器连接，外置AVC控制器通过现场总线与风电变流器连接，风电变流器通过现场总线与原机组主控制器连接。

其中，所述传感器包括电压传感器及电流传感器。

其中，所述外置AVC控制器通过CANopen或Profibus现场总线与风电变流器连接。

其中，所述外置AVC控制器及传感器均与风电变流器中的变流器控制器连接。

其中，所述双馈变流器通过下述方法实现AVC系统的无功控制：

步骤S1：选取若干个典型工况，根据机组功率曲线

其中，机组功率曲线中，Q

步骤S2：选取若干个典型工况，根据双馈电机等效电路

其中，双馈电机等效电路中，P

步骤S3：引入无功分配系数K，通过下述公式确定网侧及机侧的无功分配：

-1≤K≤1

其中，Q

步骤S4：获取实时工况并根据实时工况以及步骤S1及步骤S2所拟合出的曲线，得到当前工况下机侧及网侧的变流器无功容量限值；通过步骤S3中公式得到机侧及网侧变流器无功，其中，在电网电压接近故障穿越阈值时，K值动态调整；在电网电压未接近故障穿越阈值时，取K＝1；

步骤S5：使机侧输出步骤S4中机侧无功容量限值及机侧变流器无功的较小者；使网侧输出步骤S4中网侧无功容量限值及剩余无功的较小者，剩余无功为双馈系统总无功与机侧输出的无功的差值。

本发明另外提供了一种适用于AVC系统的双馈式风电变流器无功控制方法，包括下述步骤：

步骤S1：选取若干个典型工况，根据机组功率曲线

其中，机组功率曲线中，Q

步骤S2：选取若干个典型工况，根据双馈电机等效电路

其中，双馈电机等效电路中，P

步骤S3：引入无功分配系数K，通过下述公式确定网侧及机侧的无功分配：

-1≤K≤1

其中，Q

步骤S4：获取实时工况并根据实时工况以及步骤S1及步骤S2所拟合出的曲线，得到当前工况下机侧及网侧的变流器无功容量限值；通过步骤S3中公式得到机侧及网侧变流器无功，其中，在电网电压接近故障穿越阈值时，K值动态调整；在电网电压未接近故障穿越阈值时，取K＝1；

步骤S5：使机侧输出步骤S4中机侧无功容量限值及机侧变流器无功的较小者；使网侧输出步骤S4中网侧无功容量限值及剩余无功的较小者，剩余无功为双馈系统总无功与机侧输出的无功的差值。

其中，所述步骤S4中，通过检测电压变化和持续时间来判断电网电压是否接近故障穿越阈值。

其中，所述步骤S1中，所拟合的网侧无功容量限值曲线包括感性无功容量限值曲线及容性无功容量限值曲线。

其中，所述步骤S2中，所拟合的机侧无功容量限值曲线包括感性无功容量限值曲线及容性无功容量限值曲线。

本发明提供的适用于AVC系统的风电机组及其无功控制方法，能够充分利用双馈变流器的容量，提高双馈变流器无功输出能力，通过准故障状态下动态优化网侧及机侧的无功分配，提高了故障穿越时的无功响应速度。

附图说明

图1：本发明的适用于AVC系统的风电机组的通讯拓扑图。

图2：本发明的适用于AVC系统的双馈式风电变流器无功控制方法工作流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面结合附图详细说明本发明的技术方案及其产生的有益效果。

双馈式风电变流器无功能力与风电机组的运行工况存在直接关系，因此风电机组的AVC功能作用时，有必要根据此时机组的工况调整无功分配方法及相应的无功控制系统，具体请参见图1，为本发明的适用于AVC系统的风电机组的通讯拓扑图：虚线框内及虚线连接部分为本发明在已有的风电机组的基础上新增加的硬件；外置控制装置由新PLC控制器、高精度电流及电压传感器组成。新的PLC控制器通过CANopen或Profibus等现场总线形式与风电变流器进行通讯，风电变流器同时与原控制器和新控制器建立通讯连接，有功指令来自原控制器，无功指令来自新控制器。

新控制器内部可集成AVC算法，根据变流器通过通讯反馈的各数据状态以及高精度传感器采集的电网电压、电流，判断当前AVC功能所需无功指令。

风电变流器同时接受原主控发送的有功指令和新控制器发送的无功指令，在变流器内部增加无功控制算法，通过机组运行工况，实时响应新控制器下发无功指令以配合新控制器实现AVC功能。

因此，本发明通过在风电机组外置AVC控制装置，不需要对原有风电机组主控进行替换或改造，通过增加外置AVC控制器及高精度传感器以配合风电变流器的程序升级，即可实现风电机组AVC功能，适应性强、通用性好、成本低、便于实现，具有很好的实用价值。

本发明中，新控制器通过下述方式发送无功控制指令：

1、选取若干个典型工况，根据机组功率曲线

其中，机组功率曲线中，Q

2、选取若干个典型工况，根据双馈电机等效电路

其中，双馈电机等效电路中，P

3、引入无功分配系数K，通过下述公式(公式3)确定网侧及机侧的无功分配：

-1≤K≤1

其中，Q

5.考虑到机侧容量大，正常状态下优先由机侧发出无功(此时K值取1)，故障穿越状态下机侧变流器可能需要封锁脉冲，此时由网侧发送无功更易实现且可靠，因此当变流器检测到电网电压接近故障穿越阈值时(通过检测电压变化和持续时间来判断是否为接近故障状态)，通过动态调整K值，将原来机侧发送的部分无功提前转移到网侧发送。

6.根据网侧、机侧变流器无功容量曲线判断无功指令是否达到限值。

7.如机侧无功指令达到机侧限值，无功分配关系不再满足公式3，机侧按限值发出无功，剩余无功通过网侧补充。

8.如网侧也达到限值，此时机侧，网侧均按照最大限幅发出无功。

因此，本发明在接近故障阈值时，通过准故障状态下动态优化网侧及机侧的无功分配，将原来机侧发送的部分无功提前转移到网侧发送，能够充分利用双馈变流器的容量，提高双馈变流器无功输出能力，提高了故障穿越时的无功响应速度。

在实际工作时，当风电机组投入AVC功能时，通过通讯或硬接线等方式将变流器内AVC无功控制标志位置1，将原有的无功控制方式切换为本发明所提供的控制方式，当风电机组退出AVC功能时，通过通讯或硬接线等方式将变流器内AVC无功控制标志位清零，无功控制方式切换为原有的无功控制方式。

虽然本发明已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本发明的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本发明所保护的范围，因此本发明的保护范围以权利要求书所界定的为准。