[发明专利]一种基于HVAC并网的海上风电场综合故障穿越方法

说明书

本发明公开了一种基于HVAC并网的海上风电场综合故障穿越方法，包括：1）计算故障穿越下的无功需求；2）计算各机组的无功出力极限以及整个海上风电场机组的实时无功出力极限；3）在低电压穿越控制模式，风电场机组配合动态无功补偿装置进行分层容性无功支撑；4）在低电压穿越持续期间，考虑crowbar电路提前切除，恢复机组的定子侧无功输出能力；5）对于低电压穿越持续期间转子换流器受控而无功注入电流无法满足要求的机组，通过限制其有功功率的输出，增大其无功输出能力；6）在高电压穿越控制模式，风电场机组配合动态无功补偿装置进行分层感性无功支撑。本发明能有效提高海上风电场故障穿越能力。

技术领域

本发明涉及一种基于HVAC并网的海上风电场综合故障穿越方法，属于海上风力发电技术领域。

背景技术

随着风电并网容量在电力系统中的比例不断增大，风电故障脱网对电网安全运行的影响也越来越严重。海上风电场因为发展规模要远大于陆地风电场，所以是现阶段风电技术研究热点，但对于其故障脱网的控制方法研究目前仍沿用陆上风电场的相关技术。考虑投资、成本等实际情况，目前我国的海上风电多采用高压交流联网(HVAC)方式，具有海缆充电功率大、海上气候环境复杂、海上变电站平台面积大小有限、设备可靠性要求高、无功补偿配置容量受限等特点，场内风电机组多为具有有功无功解耦控制能力的双馈风力发电机组。正常运行时，为了吸收海缆产生的大量无功，通常利用风电场机组处于超前功率因数配合高抗(补偿度为60％至70％)补偿。

根据《海上风电场接入电网技术规定》(下文简称《规定》)在低电压穿越和高电压穿越期间风电场都必须具备一定的穿越能力。因此充分利用风电机组自身的无功控制能力，优先发挥海上风电场机组的无功支撑作用，对于海上风电场故障穿越能力的提升就显得尤为重要。

目前，针对低电压穿越的方法主要有：对单机增加硬件辅助设备如转子侧并联Crowbar装置限制转子过电流、直流环节并联Chopper装置抑制过电压以及定子串联制动电阻SDBR等方法；改进机组的控制策略，如采用“主动消磁”策略衰减暂态磁链等；针对场群大多考虑利用动态无功补偿装置SVC、SVG进行无功补偿。

针对高电压穿越目前的方法主要有：对单机采用基于变阻尼和虚拟阻抗的转子励磁控制策略来缩短转子振荡过程等；针对场群与低电压穿越类似，利用动态无功补偿装置等端电压支撑装置来补偿电压至正常水平。

这些方法没有充分发挥风电机组的动态无功支撑能力以及有效协调各种无功源进行电压支撑，未考虑实际海上风电场内部各机组所处位置的风速差异，以及风速变化和电压跌落程度对双馈风机的暂态过程及无功极限的综合影响，未考虑海上风电场海缆产生的大量充电无功的影响，尤其在低电压穿越恢复阶段，由于电压的恢复，海缆充电无功以电压平方倍增大产生电压骤升现象。

发明内容

针对目前实际工程中HVAC并网的海上风电场在低电压穿越和高电压穿越过程中无法充分发挥场内机组无功调节能力以及协调风电场机组和无功补偿装置进行无功支撑的问题，本发明提供一种基于HVAC并网的海上风电场综合故障穿越方法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种基于HVAC并网的海上风电场综合故障穿越方法，该方法包括以下步骤：

1)结合HVAC并网海上风电系统的特点，根据控制点电压U_ctrl变化情况，计算故障穿越下的无功需求Q_ref；

2)根据双馈风电机组的无功发生能力、场内各台机组运行状态，计算各机组的无功出力范围，并得出整个海上风电场机组的实时无功出力范围；

3)当海上风电场机组进入低电压穿越控制模式，风电场根据无功指令，通过分层分配策略协调动态无功补偿器和双馈风电场中每台机组转子侧和网侧换流器进行容性无功补偿；