專利名稱：一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障隔離、阻尼控制、無功補(bǔ)償、電能質(zhì)量控制、短路電流限制等綜合功能?？山鉀Q電網(wǎng)故障對風(fēng)電場或太陽能電站造成的脫網(wǎng)問題。在故障期間中使風(fēng)場或太陽電站仍能提供頻率和電壓支持，提高風(fēng)場和太陽能電站抵御電網(wǎng)故障和擾動的能力。另外本發(fā)明可以解決小水電群遠(yuǎn)距離接入阻尼控制問題。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于風(fēng)電、太陽能、微網(wǎng)和小水電群的集中并網(wǎng)。
背景技術(shù)：
新能源發(fā)電是目前發(fā)展最快的可再生能源之一。在過去的10年中，新能源發(fā)電在整個(gè)電力系統(tǒng)所占的比例越來越大。小水電由于受自然條件限制接入電網(wǎng)有很大的季節(jié)性。這對電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行提出了很大的挑戰(zhàn)。國家電網(wǎng)在2009年12月頒布并實(shí)施了《風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定在電壓跌落80% (跌落至20%)時(shí)能夠持續(xù)625毫秒，并在2秒內(nèi)恢復(fù)至90%時(shí)不脫網(wǎng)。目前大多數(shù)并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)不具備低電壓穿越能力，2010年上半年，由于電力系統(tǒng)故障，甘肅風(fēng)電場造成大面積脫網(wǎng)事故。嚴(yán)重影響西北電網(wǎng)運(yùn)行安全。另外在可再生能源利用方面，我國中國小水電資源豐富，據(jù)初步調(diào)查，理論蘊(yùn)藏量有15億kW，可開發(fā)的資源為7000萬kW。在全國2300多個(gè)縣中，有1104個(gè)縣的可開發(fā)資源超過I萬kW，其中471個(gè)縣的可開發(fā)資源為I 3萬kW，499個(gè)縣為3 10萬kW，134個(gè)縣超過10萬kW。小水電群多半位于山區(qū)，水能資源十分豐富。但這些水電站多半遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，這樣就形成了“長線路、重負(fù)荷、弱聯(lián)系”的輸電格局。并且水電站絕大多數(shù)的發(fā)電機(jī)組均采用自并勵(lì)快速勵(lì)磁方式，這對系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定是有利的。但研究證明，在動態(tài)穩(wěn)定方面，這種位于送電端的發(fā)電機(jī)自動勵(lì)磁調(diào)節(jié)器提供了負(fù)阻尼，這是快速勵(lì)磁的特性所決定的。綜合上述四點(diǎn)誘發(fā)因素，那么當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)敏感振蕩頻率的擾動時(shí)，由于快速勵(lì)磁調(diào)節(jié)器提供負(fù)阻尼加劇系統(tǒng)擺動，而小大網(wǎng)的聯(lián)系又很薄弱，就很容易造成低頻功率振蕩現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前風(fēng)電場的低電壓穿越問題和豐水期小水電易發(fā)功率振蕩的問題，本發(fā)明的目的是提供一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效解決低電壓穿越問題和電網(wǎng)的功率振蕩問題，同時(shí)該系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償、電能質(zhì)量控制、短路電流限制等功能。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，其特征在于，包括隔離阻抗模塊、電壓支持模塊、控制系統(tǒng)，所述的隔離阻抗模塊串聯(lián)于需要隔離系統(tǒng)與電網(wǎng)之間，電壓支持模塊并聯(lián)在需要隔離系統(tǒng)上；所述的控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號同時(shí)控制隔離阻抗模塊的阻抗的投退與等效阻抗的大小，及控制電壓支持模塊進(jìn)行電流補(bǔ)償。
所述的隔離阻抗模塊由阻抗、可控電力電子器件、高速開關(guān)并聯(lián)連接組成，通過控制系統(tǒng)控制可控電力電子器件導(dǎo)通角大小來控制等效阻抗的大小。所述的可控電力電子器件可為晶閘管(或LTT)閥組，也可為全控型器件，如GT0、IGBT、IEGT 等。所述的電壓支持模塊為靜止無功補(bǔ)償裝置SVC或靜止無功發(fā)生器SVG。所述的控制系統(tǒng)具有阻尼控制功能，電壓支持模塊經(jīng)阻尼控制輸出的電流能疊加無功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償和負(fù)序補(bǔ)償所輸出的電流，即電壓支持模塊的阻尼控制和其固有的無 功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償和負(fù)序補(bǔ)償功能可以同時(shí)使用或單獨(dú)使用；通過測量電網(wǎng)的電壓、頻率與流過的功率，識別振蕩模式的特征，通過隔直、移相、比例控制環(huán)節(jié)，輸出一個(gè)抑制電網(wǎng)功率振蕩的阻尼控制電流。所述系統(tǒng)的電網(wǎng)故障隔離方法，包括以下步驟當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，高速開關(guān)FBK12閉合，旁路開關(guān)BK12斷開；開關(guān)BK10、BK20、BK30閉合；刀閘S12、S22、S30、SI I、S21閉合；接地刀閘GlO斷開；電壓支持模塊按實(shí)際需求運(yùn)行在無功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償和負(fù)序補(bǔ)償、阻尼控制模式或以上功能共用的綜合模式，阻抗RO和可控電力電子器件TO被短路；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，高速開關(guān)FBK12快速斷開，該斷開過程在8-12ms內(nèi)完成，控制系統(tǒng)根據(jù)故障電壓和電流的大小計(jì)算所需補(bǔ)償阻抗的大小和所需補(bǔ)償電流的大小，分別控制隔離阻抗模塊和電壓支持模塊完成相應(yīng)的控制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是該系統(tǒng)可以用于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障隔離、阻尼控制、無功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償和負(fù)序補(bǔ)償、短路電流限制等綜合功能?？山鉀Q電網(wǎng)故障對風(fēng)電場或太陽能電站造成的脫網(wǎng)問題。在故障期間中使風(fēng)場或太陽電站仍能提供頻率和電壓支持，提高風(fēng)場和太陽能電站抵御電網(wǎng)故障和擾動的能力。另外本發(fā)明可以解決小水電群遠(yuǎn)距離接入阻尼控制問題。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于風(fēng)電、太陽能、微網(wǎng)和小水電群的集中并網(wǎng)。


圖I是隔離阻抗模塊采用晶閘管的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)的接線原理圖；圖2是隔離阻抗模塊采用全控型器件的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)的接線原理圖；圖3是阻尼控制邏輯框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)敘述。見圖I、圖3，一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，由隔離阻抗模塊I、電壓支持模塊2、控制系統(tǒng)3三部分組成，串聯(lián)在電網(wǎng)與風(fēng)場、小水電群、負(fù)載或其它電網(wǎng)之間；或串聯(lián)在電網(wǎng)與大用戶負(fù)載之間。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，整體可看成一個(gè)串聯(lián)的雙端元件。可針對不同的功能要求進(jìn)行配置，可實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障隔離、阻尼控制、無功補(bǔ)償、電能質(zhì)量控制、短路電流限制等單個(gè)功能或綜合功能。隔離阻抗模塊串聯(lián)于需要隔離系統(tǒng)與電網(wǎng)之間，電壓支持模塊并聯(lián)在需要隔離系統(tǒng)上；所述的控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號控制隔離阻抗模塊的阻抗投退與大小，控制電壓支持模塊進(jìn)行電流補(bǔ)償。隔離阻抗模塊由阻抗R0、可控電力電子器件T0、高速開關(guān)FBK12并聯(lián)連接組成，通過控制系統(tǒng)控制可控電力電子器件導(dǎo)通角大小來控制等效阻抗的大小。所述的可控電力電子器件可為晶閘管(或LTT)閥組，也可為全控型器件，如GT0、IGBT、IEGT等。電壓支持模塊可為靜止無功補(bǔ)償裝置SVC或靜止無功發(fā)生器SVG。所述的控制系統(tǒng)具有阻尼控制功能。所述的電壓支持模塊所阻尼控制輸出的電流能疊加無功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償和負(fù)序補(bǔ)償所輸出的電流，即電壓支持模塊的阻尼控制和其固有的無功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償和負(fù)序補(bǔ)償功能可以同時(shí)使用或單獨(dú)使用；通過測量電網(wǎng)的電壓、頻率與流過的功率，識別振蕩模式的 特征，通過隔直、移相、比例控制環(huán)節(jié)，輸出一個(gè)抑制電網(wǎng)功率振蕩的阻尼控制電流。電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)的操作方法是當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，高速開關(guān)FBK12閉合，旁路開關(guān)BK12斷開；開關(guān)BK10、BK20、BK30閉合；分支刀閘S12、S22、S30、S11、S22閉合；接地刀閘GlO斷開。電壓支持模塊2按實(shí)際需求運(yùn)行在無功補(bǔ)償、電能質(zhì)量控制、阻尼控制模式或綜合模式。隔離阻抗模塊RO和可控電力電子器件TO被短路。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，高速開關(guān)FBK12快速斷開，該斷開過程在8-12ms內(nèi)完成，控制系統(tǒng)3根據(jù)故障電壓和電流的大小計(jì)算所需補(bǔ)償阻抗的大小和所需補(bǔ)償電流的大小，分別控制隔離阻抗模塊I和電壓支持模塊2完成相應(yīng)的控制。使系統(tǒng)阻抗恢復(fù)至故障前水平。既限制故障電流的大小，又為系統(tǒng)提供頻率和電壓支持，有利于系統(tǒng)恢復(fù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生功率振蕩時(shí)，電壓支持模塊2按附加阻尼控制策略，控制母線電壓，從而使振蕩快速衰減。隔離阻抗模塊支路的傳輸有功功率P = .丨:-1 > Sin 0
... 其中U1、U2為支路兩端電壓幅值，0為兩端電壓相角差，Z為支路阻抗。抑制母線電壓，即改變Ul或U2的大小可以控制支路傳輸功率。控制電壓采用電流和阻抗同時(shí)調(diào)節(jié)的策略，控制邏輯如圖3所示。通過輸入的有功，頻率，電壓信號，識別振蕩特征，同時(shí)控制阻抗模塊和電壓支持模塊來控制節(jié)點(diǎn)電壓，抑制振湯。當(dāng)系統(tǒng)檢修隔離阻抗模塊I時(shí)，將旁路開關(guān)BK12導(dǎo)通；開關(guān)BK10、BK20關(guān)斷；刀閘S12、S22關(guān)斷；接地刀閘GlO閉合。當(dāng)系統(tǒng)檢修電壓支持模塊2時(shí)可以將開關(guān)BK30關(guān)斷；刀閘S30關(guān)斷。
權(quán)利要求
1.一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，其特征在于，包括隔離阻抗模塊、電壓支持模塊、控制系統(tǒng)，所述的隔離阻抗模塊串聯(lián)于需要隔離系統(tǒng)與電網(wǎng)之間，電壓支持模塊并聯(lián)在需要隔離系統(tǒng)上；所述的控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號同時(shí)控制隔離阻抗模塊的阻抗的投退與等效阻抗的大小，及控制電壓支持模塊進(jìn)行電流補(bǔ)償。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種用于 清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，其特征在于，所述的隔離阻抗模塊由阻抗、可控電力電子器件、高速開關(guān)并聯(lián)連接組成，通過控制系統(tǒng)控制可控電力電子器件導(dǎo)通角大小來控制等效阻抗的大小。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，其特征在于，所述的可控電力電子器件可為晶閘管或LTT閥組，也可為全控型器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，其特征在于，所述的電壓支持模塊為靜止無功補(bǔ)償裝置SVC或靜止無功發(fā)生器SVG。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制系統(tǒng)具有阻尼控制功能，電壓支持模塊經(jīng)阻尼控制輸出的電流能疊加無功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償和負(fù)序補(bǔ)償所輸出的電流，即電壓支持模塊的阻尼控制和其固有的無功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償和負(fù)序補(bǔ)償功能可以同時(shí)使用或單獨(dú)使用；通過測量電網(wǎng)的電壓、頻率與流過的功率，識別振蕩模式的特征，通過隔直、移相、比例控制環(huán)節(jié)，輸出一個(gè)抑制電網(wǎng)功率振蕩的阻尼控制電流。
6.一種權(quán)利要求5所述系統(tǒng)的電網(wǎng)故障隔離方法，其特征在于，包括以下步驟 當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，高速開關(guān)FBK12閉合，旁路開關(guān)BK12斷開；開關(guān)BK10、BK20、BK30閉合；刀閘S12、S22、S30、SI I、S21閉合；接地刀閘GlO斷開；電壓支持模塊按實(shí)際需求運(yùn)行在無功補(bǔ)償、諧波補(bǔ)償、負(fù)序補(bǔ)償、阻尼控制模式或以上功能的綜合模式，阻抗RO和可控電力電子器件TO被短路； 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，高速開關(guān)FBK12快速斷開，該斷開過程在8-12ms內(nèi)完成，控制系統(tǒng)根據(jù)故障電壓和電流的大小計(jì)算所需補(bǔ)償阻抗的大小和所需補(bǔ)償電流的大小，分別控制隔離阻抗模塊和電壓支持模塊完成相應(yīng)的控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于清潔能源并網(wǎng)的電網(wǎng)故障隔離系統(tǒng)，包括隔離阻抗模塊、電壓支持模塊、控制系統(tǒng)，所述的隔離阻抗模塊串聯(lián)于需要隔離系統(tǒng)與電網(wǎng)之間，電壓支持模塊并聯(lián)在需要隔離系統(tǒng)上；所述的控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號同時(shí)控制隔離阻抗模塊的阻抗投退與大小，及控制電壓支持模塊進(jìn)行邏輯補(bǔ)償及無功輸出。隔離阻抗模塊由阻抗、可控電力電子器件、高速開關(guān)并聯(lián)連接組成，該系統(tǒng)可以用于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)故障隔離、阻尼控制、無功補(bǔ)償、電能質(zhì)量控制、短路電流限制等綜合功能。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于風(fēng)電、太陽能、微網(wǎng)和小水電群的集中并網(wǎng)。
文檔編號H02H9/02GK102646992SQ20121011084
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者李文鋒, 楊雙, 王小路, 韓旭 申請人:榮信電力電子股份有限公司