一种避免大型风电场谐振的控制方法及其装置制造方法
【专利摘要】一种避免大型风电场发生谐振的控制方法，包括以下步骤：1)数据测量采集与处理分析，以风电场出口为测量点，采集电压和电流数据，依次进行高通滤波HPF、离散傅里叶分解DFT信号处理，利用戴维南等效定理，求出风电场系统的谐波阻抗，对计算的谐波阻抗结果进行分析，得到谐振频率；2)并联电容器投切容量逻辑计算，在某电容器容量下以切出、投入的次序判断，电场并网点阻抗值是否位于两个阻抗中间值的±30％范围内，直至满足要求为止；3)晶闸管控制电容器组合并入电网运行。以及提供一种避免大型风电场发生谐振的控制装置。本发明能有效避免出现高次谐波谐振、消除安全隐患。
【专利说明】-种避免大型风电场谐振的控制方法及其装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电场【技术领域】，尤其是一种避免风电场谐振的控制方法及其控制装 置。
【背景技术】
[0002] 电力电子技术的飞速发展，影响着各种电力电子装置在电力系统、工业、交通W及 家庭中的广泛应用，导致了谐波问题日益突出，谐波造成的危害日益严重。
[0003] 长期W来，我国风电产业走"大规模、高度集中开发，W及远距离、高电压输送"的 路线，开发大型风电场，融入大电网。风电并网会引起电能质量问题，由于谐波对于电网的 影响和危害十分严重，因此风机接入电网的谐波问题成为备受关注的电能质量问题之一。 目前，大型风电场并网运行过程中出现的谐波和谐振问题日益突出，全国多处风场出现了 风电场内部谐振事故。风电场谐振的发生导致了风电场内的风机大面积脱网甚至烧毁风机 模块，造成严重的后果W及经济损失，引起了业主、电网公司W及整机厂家的重点关注。
[0004] 谐波产生的主要原因是由于系统的发、输、用电环节中出现了非线性负载，形成非 正弦的电压和电流，产生谐波。发电环节中，由于发电机很难做到绝对对称，使得发出的电 能质量降低；输电环节中，变压器的饱和特性，导致了奇次谐波的产生；用电环节中，电力 电子器件的广泛使用，会产生大量的谐波电压和电流，成为电网中最大的谐波源。同时，谐 振会导致谐波电流和电压的放大，并联谐振引起严重的电压失真，串联谐振引起严重的电 流失真。
[0005] 风电系统中，谐波产生的主要来源有两方面；一方面，风电机组中使用的电力电子 装置，可能会产生谐波。对于恒速风力发电机组，软并网系统在机组启动阶段，采用晶间管 移相触发方式平稳的完成风机并网，晶间管的移相控制会产生谐波。对于变速恒频机组，变 流器装置参与风机运行，接入系统，所W会产生一定的谐波。另一方面，电网的背景谐波注 入风电场，会导致风电场的串联谐振而产生较大的谐波电流，从而引发背景谐波的放大。
【发明内容】
[0006] 为了克服已有风电场中无法避免出现高次谐波谐振问题、存在安全隐患的不足， 本发明提供了一种有效避免出现高次谐波谐振、消除安全隐患的避免大型风电场谐振的控 制方法及其装置。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] -种避免大型风电场发生谐振的控制方法，所述控制方法包括W下步骤：
[0009] 1)数据测量采集与处理分析
[0010] W风电场出口为测量点，采集电压和电流数据，依次进行高通滤波HPF、离散傅里 叶分解DFT信号处理，利用戴维南等效定理，求出风电场系统的谐波阻抗；
[0011] 对计算的谐波阻抗结果进行分析，画出阻抗幅值Z与谐波次数h的关系图，阻抗角 Pz与谐波次数h的关系图；谐振点由阻抗幅值较大且阻抗角为零确定，计算得到谐振频率； 存储谐波阻抗计算结果及谐振频率；
[0012] 2)并联电容器投切容量逻辑计算
[001引 电容器组分为m组电容器，其容量值为等比数列递增，分别为Cfi、2Cfi、…、 容量值形成2--1种容量组合；
[0014] 2. 1)投切容量值从2--1种电容容量组合中按从小到大的顺序依次选取；
[001引 2.。根据谐振点n及相邻两个频次n-1、n+1对应的阻抗值为Z(n)、z(n-l)、 Z (n+1)，计算两个阻抗中也点，采用如下公式：
【权利要求】
1. 一种避免大型风电场发生谐振的控制方法，其特征在于：所述控制方法包括以下步 骤： 1) 数据测量采集与处理分析 以风电场出口为测量点，采集电压和电流数据，依次进行高通滤波HPF、离散傅里叶分 解DFT信号处理，利用戴维南等效定理，求出风电场系统的谐波阻抗； 对计算的谐波阻抗结果进行分析，画出阻抗幅值Z与谐波次数h的关系图，阻抗角I与 谐波次数h的关系图；谐振点由阻抗幅值较大且阻抗角为零确定，计算得到谐振频率；存储 谐波阻抗计算结果及谐振频率； 2) 并联电容器投切容量逻辑计算 电容器组分为m组电容器，其容量值为等比数列递增，分别为Cfl、2Cfl、…、ZnrlC fl容量 值形成2m-l种容量组合； 2. 1)投切容量值从2m-l种电容容量组合中按从小到大的顺序依次选取； 2. 2)根据谐振点n及相邻两个频次n-1、n+1对应的阻抗值为Z(n)、Z(n-l)、Z(n+1)， 计算两个阻抗中心点，采用如下公式：
在某电容器容量下以切出、投入的次序判断，电场并网点阻抗值是否位于两个阻抗中 间值的±30%范围内，直至满足要求为止； 3) 晶闸管控制电容器组合并入电网运行： 每个电容器分别通过晶闸管与风电场的公共连接点连接，对选定的电容器通过晶闸管 的通断控制电容器的投切。
2. 如权利要求1所述的一种避免大型风电场发生谐振的控制方法，其特征在于：所述 步骤3)中，每个晶闸管均与触发电路连接，通过触发电路实现电容器的投切。
3. 如权利要求1或2所述的一种避免大型风电场发生谐振的控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，阻抗计算利用如下公式：
其中，ZQO、Z.e#是风电场系统谐波阻抗值，R是风电场系统谐波电阻值，Xhf是风电 场系统谐波电抗值，[/? 风电场PCC点电压测量值，/?￡>#风电场PCC点电流测量值。
4. 一种如权利要求1所述的避免大型风电场发生谐振的控制方法实现的装置，其特征 在于：所述装置包括： 电容器组，分为m组电容器，其容量值为等比数列递增，分别为Cfl、2Cfl、…、ZnrlC fl容量 值形成2m-l种容量组合； 晶闸管脉冲触发电路，每个电容器分别通过晶闸管与风电场的公共连接点连接，所述 晶闸管受控于所述触发电路； 风电场并网点电压和电流检测模块，用于对风电场的公共连接点的电压和电流信号进 行采样以获取风电场实时运行数据； 信号处理模块，用于对电压和电流信号进行高通滤波HPF、离散傅里叶分解DFT号处 理； 风电场阻抗计算模块，用于计算风电场并网点的各次谐波阻抗值； 阻抗分析模块，用于画出阻抗幅值Z与谐波次数h的关系图，阻抗角I与谐波次数h的 关系图，并确定阻抗幅值最大且阻抗角为零的点为谐振点； 以及，电容器组投切逻辑模块，用于从2m-l种容量组合中按从小到大的规则依次选取， 电容器组投切方式选择依据是判定电容投切后风电场并网点阻抗值位于投切前两相邻谐 振点阻抗中间值的±30%范围内，确定电容器组后向触发电路发出投切控制指令； 所述风电场并网点电压和电流检测模块与所述信号处理模块连接，所述信号处理模块 与所述风电场阻抗计算模块连接，所述风电场阻抗计算模块与所述阻抗分析模块连接，所 述阻抗分析模块与所述电容器组投切逻辑模块连接，所述电容器组投切逻辑模块与所述触 发电路连接。
5. 如权利要求4所述的装置，其特征在于：所述阻抗计算模块中，基于戴维南等效定 理，风电场并网点的各次谐波阻抗值的计算公式如下：
其中，ZQO、Z 是风电场系统谐波阻抗值，R是风电场系统谐波电阻值，Xhf是风电 场系统谐波电抗值，风电场PCC点电压测量值，j.风电场PCC点电流测量值。
6. 如权利要求4或5所述的装置，其特征在于：所述电容器组投切逻辑模块中，投切容 量值从2m-l种电容容量组合中按从小到大的顺序依次选取，根据谐振点n及相邻两个频次 n-1、n+1对应的阻抗值为Z (n)、Z (n-1)、Z (n+1)，计算两个阻抗中心点Zm ^、Zm (n+1)，采用 如下公式：
在某电容器容量下以切出、投入的次序判断，电场并网点阻抗值是否位于两个阻抗中 间值的±30%范围内，直至满足要求为止。
7. 如权利要求4或5所述的装置，其特征在于：每个电容器均与电阻串联。
【文档编号】H02J3/01GK104362628SQ201410507505
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月28日 优先权日:2014年9月28日
【发明者】杨靖, 许国东, 应有, 朱凌志, 陈宁, 钱敏惠, 姜达军, 施涛, 韩华玲 申请人:浙江运达风电股份有限公司, 国家电网公司, 江苏省电力公司, 中国电力科学研究院