一种多端低频系统及控制方法

技术领域

本发明属于电力系统中柔性输电领域，具体涉及一种低频输电系统及控制方法。

背景技术

传统高压输电技术采用升高电压降低电流的方式达到提高输电效率增加输电容量以及距离的目的，而低频或者分频输电技术创新地通过降低输电频率的方法，在海上风电送出、城市老旧线路扩容改造以及远距离输电等领域应用潜力巨大。

低频系统应用于风电并网时，由多个低频风机汇集在一个低频分压站，再经过低频电缆（或海缆）送至电网站的换频站，换频站中交/交变频器将低频功率转换为工频功率后，输送到工频电网，如文献《分频风电系统风机并网实验研究》中所述。当工频电网发生故障时，交流电网的低电压使得交/交变频器的传输功率受限，从而导致风电功率不能完全通过换频器并入电网，造成低频电缆（或海缆）的过电压以及风机的过电压，影响低频输电系统的可靠性、以及风机功率的利用效率。

为了充分发挥低频输电在风电并网的优势，提高低频风机并网输电系统的可靠性和安全稳定性，推动风电技术以及低频输电技术的快速发展，需要一种运行更灵活，输电更可靠、更适合工程应用的低频输电系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种多端低频系统及控制方法, 结构清晰、接线简单，控制方法灵活、可靠，可实现工频交流电网故障穿越，避免低频电缆和低频风机过电压，提高低频输电系统运行效率和可靠性，适合于风电等新能源并网工程应用。

为了达到上述目的，本发明的解决方案是：

一种多端低频系统，包括至少一组低频风机，至少两个低频母线，两段工频母线，两个交/交变频器，多个低频开关，多个工频开关，以及低频电缆和交流电网；所述低频风机经低频开关连接至风电场侧的低频母线；所述低频电缆的一端经低频开关连接至风电场侧的低频母线，低频电缆的另一端经低频开关连接至交/交变频器侧的低频母线，且该低频母线经低频开关与所述两个交/交变频器的低频侧分别连接，两个交/交变频器的工频侧分别经工频开关连接于两段工频母线；两段工频母线之间通过工频开关连接，并分别通过工频开关连接至交流电网。

进一步地，所述多端低频系统还包括泄能装置，所述泄能装置通过低频开关连接于交/交变频器侧的低频母线。

进一步地，所述多端低频系统还包括泄能装置，所述泄能装置通过低频开关连接于风电场侧的低频母线。

进一步地，所述泄能装置包括电阻、快速开关和过电压检测单元；所述电阻的一端接地，电阻的另一端依次经快速开关和低频开关连接至低频母线；所述过电压检测单元实时检测低频输电系统的交流电压，当检测到低频输电系统的交流电压大于设定值时，电压检测单元输出快速合闸命令至快速开关。

进一步地，所述快速开关为电力电子开关或机械开关。

一种多端低频系统的控制方法，所述交/交变频器的工频侧和低频侧独立进行控制；选择其中一个交/交变频器的低频侧为电压控制模式，控制低频系统的电压和频率，另一个交/交变频器的低频侧为功率控制模式，控制流过该变频器的低频有功功率。

进一步地，当低频侧采用电压控制模式的交/交变频器的工频侧发生故障时，该变频器的低频侧切换为功率控制，另一个变频器的低频侧切换为电压和频率控制。

进一步地，当低频侧采用功率控制模式的交/交变频器的工频侧发生故障时，该变频器的低频侧控制模保持为功率控制，另一个变频器的低频侧保持为电压控制。

进一步地，当低频侧采用功率控制模式的交/交变频器的工频侧发生故障时，该变频器退出，等待一定时间T后，重新投入该变频率器。

采用上述方案后，本发明多端低频系统能够在工频交流电网发生故障时，有效避免低频电缆和低频风机的过电压；且在工频交流电网故障时，充分利用交/交变频器的短时过载能力，减小泄能装置的容量、增加送风电通过低频系统输送的效率和可靠性，更好的发挥低频输电系统应用于风机等新能源并网的优势，适合于工程应用。

附图说明

图1是本发明中多端低频系统的结构图；

图2是本发明另一种多端低频系统的结构图；

图3是本发明再一种多端低频系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明提供一种多端低频输电系统方案，如图1所示，包括至少一组低频风机1、低频电缆3、两个交/交变频器4、多个低频开关2、多个工频开关5、至少两个低频母线7（包括风电场侧的低频母线71和交/交变频器侧的低频母线72）、两段工频母线8，以及交流电网6。

低频风机1经低频开关2连接至风电场侧的低频母线71；低频电缆3的一端经低频开关2连接至风电场侧的低频母线71，低频电缆3的另一端经低频开关2连接至交/交变频器侧的低频母线72，且该低频母线72经低频开关2与两个交/交变频器4的低频侧分别连接，两个交/交变频器4的工频侧分别经工频开关5连接于两段工频母线8；两段工频母线8之间通过工频开关5连接，并分别通过工频开关5连接至交流电网6。

本发明提供另一种多端低频输电系统方案，如图2所示，前述多端低频系统还包括泄能装置9，泄能装置9通过低频开关2连接于低频母线72；泄能装置9包括电阻、快速开关和过电压检测单元，所述电阻的一端接地，电阻的另一端依次经快速开关和低频开关连接至低频母线；所述过电压检测单元实时检测低频输电系统的交流电压，当检测到低频输电系统的交流电压大于设定值时，电压检测单元输出快速合闸命令至快速开关。进一步地，快速开关为电力电子开关或机械开关。

本发明提供再一种多端低频输电系统方案，如图3所示，前述多端低频系统还包括泄能装置9，泄能装置9通过低频开关2连接于低频母线71。

本发明还一种基于图1所示的多端低频系统的控制方法：

前述交/交变频器的工频侧和低频侧可以独立进行控制；选择其中一个所述交/交变频器的低频侧为电压控制模式，控制低频系统的电压和频率；另一个所述交/交变频器的低频侧为功率控制模式，控制流过该变频器的低频有功功率。

当低频侧采用电压控制模式的交/交变频器的工频侧发生故障时，该变频器的低频侧切换为功率控制，另一个变频器的低频侧切换为电压和频率控制。当低频侧采用功率控制模式的交/交变频器的工频侧发生故障时，该变频器的低频侧控制模保持为功率控制，另一个变频器的低频侧保持为电压控制；当低频侧采用功率控制模式的交/交变频器的工频侧发生故障时，该变频器退出，等待一定时间T后，重新投入该变频率器。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。