海上风电工程受电启动带负荷试验方法

摘要

本发明公开了一种海上风电工程受电启动带负荷试验的方法。目前，如何在海上升压站受电启动期间做带负荷试验，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。本发明在风力发电机组处于安全停机状态时，闭锁机组侧变流器，电网侧变流器作为无功补偿器，根据试验需求调整变流器发出或吸收的无功功率；通过控制每台变流器的功率及投入变流器的数量，进而灵活控制输出电流的幅值，满足海上升压站受电启动试验的要求，实现一次设备、二次回路、计量仪表、继电保护及自动化装置的整套校验。本发明于风力发电机组并网前实现了海上升压站受电启动带负荷试验，完善了海上风电工程受电启动试验内容，降低了后期机组并网试验的风险，提升了调试质量，缩短了试运工期。

权利要求

1.海上风电工程受电启动带负荷试验方法，其特征在于，

利用海上风电场内安装的风力发电机变流器，提供海上升压站受电启动带负荷试验所需的负荷电流；

风力发电机组正常运行时，发电机侧变流器和电网侧变流器均处于解锁状态，异步风机和直驱风机的有功功率从发电机侧经过变流器流向电网，变流器不与电网交换无功功率；双馈风机的有功功率从发电机定子侧直接流向电网，转子侧通过变流器与电网交换一部分有功功率，发送与吸收取决于双馈风机的工作状态，变流器不与电网交换无功功率；

风力发电机组处于带负荷试验状态时，发电机本体停运，发电机侧变流器闭锁，电网侧变流器解锁，对于双馈风机须将发电机定子与电网隔离；通过修改电网侧变流器的控制参数，使其工作在无功补偿运行方式；通过修改无功电流或无功功率给定值，控制每台变流器吸收或发出的无功功率；

根据带负荷试验所需电流大小以及各台风力发电机组变流器的容量，试验时灵活选择投入变流器的台数和控制每台变流器发出或接收的无功功率；

上述海上风电工程受电启动带负荷试验方法还包括如下步骤：

1）修改交流系统运行状态及风力发电机组一次接线，确定投入临时保护，之后通过外接电源预热变流器，利用集电线对变流器及风机升压变压器充电；

2）变流器及风机升压变压器充电完成后，检查变流器控制系统状态是否正常；

如变流器控制系统状态为正常状态，将其切换为就地控制模式，并在就地激活网侧变流器手动无功给定模式，接着强制风力发电机组网侧开关储能，完成后合上该风力发电机组网侧开关，此时网侧变流器交流侧有压，就地启动网侧变流器，检查变流器当前实际输出是否为零；

3）如变流器当前实际输出为零，开放无功电流给定值的限幅，根据试验需求在每台投入试验的变流器上输入无功参考值，检查各台变流器的给定值与实际输出的无功功率是否一致；

4）如各台变流器的给定值与实际输出的无功功率一致，对一次设备、二次回路、计量仪表、继电保护及自动化装置进行整套校验。

2.根据权利要求1所述的海上风电工程受电启动带负荷试验方法，其特征在于，整套校验完成后，降低各台变流器无功输出到0，停运网侧变流器，变流器控制参数恢复至正常运行状态，断开风力发电机组网侧开关，恢复系统运行方式。

3.根据权利要求1或2所述的海上风电工程受电启动带负荷试验方法，其特征在于，步骤2）中，如变流器控制系统状态为非正常状态，切换变流器至正常运行模式。

4.根据权利要求1或2所述的海上风电工程受电启动带负荷试验方法，其特征在于，步骤3）中，如变流器当前实际输出不为零，修改配置，使变流器当前实际输出为零。

5.根据权利要求1或2所述的海上风电工程受电启动带负荷试验方法，其特征在于，步骤4）中，如各台变流器的给定值与实际输出的无功功率不一致，修改配置，使各台变流器的给定值与实际输出的无功功率一致。

说明书

海上风电工程受电启动带负荷试验方法

技术领域

[0001] 本发明涉及海上风力发电领域，具体地说是一种基于变流器无功补偿运行方式的海上风电工程受电启动带负荷试验方法。

背景技术

[0002] 随着新能源技术的不断发展，海上风力发电工程正在逐渐兴起。在海上升压站受电启动的阶段，根据电力工程启动试验要求，通过带负荷试验对一次设备、二次回路、计量仪表、继电保护及自动化装置进行整套校验，此试验对负荷电流的幅值有一定的要求。

[0003] 海上升压站受电启动标志着部分试运工作的开始。计算和实测均证明，在用电最大负荷情况下试验可用功率远远无法满足海上升压站的受电启动带负荷试验要求。而风力发电机改电动机运行方式由于浆叶调整角度不可控，容易在大风情况下造成风机超速甚至飞车，严重损害机组。另外，安装电容器作为负荷的方案受海上的运输时间和运输船条件、海上平台的吊装条件、海上升压站的安装空间及临时电缆布置、临时电容器的重量与海上平台安装处的载荷量计算、临时电容器的接入电压等级及选择间隔和电气容量计算等因素影响，往往缺乏执行条件。

[0004] 目前海上风电场往往在多机并网后，负荷电流满足试验要求时开展海上升压站的带负荷校验。这种方法在风机并网前无法确定设备的可靠性，将产生如下诸多不利影响：

[0005] 1、风电工程海上的施工进度受海况、天气、风浪等诸多因数影响。如果风机安装台数及海缆施工不具备风机带负荷运行条件，或当前风力无法满足带负荷试验所需的最低功率要求，必须推迟海上升压站带负荷试验时间，从而影响站用电的可靠运行，需要长期投入柴油发电机作为施工用电，增加了成本。

[0006] 2、风力发电机并网前带负荷试验未做，将导致联络线线路保护、海上升压站母线、主变和电抗器保护的主保护退出运行，临时保护单套长期运行，一次设备暴露在保护配置及功能不全的状态下，运行期间存在严重隐患。

[0007] 3、无法保证电流互感器二次回路的完整性和正确性。

[0008] 4、风机的监控系统组态、调试工作是在风机并网后作业，在风机监控系统信息不全的情况下，对风机进行并网，若同时出现异常情况，将加大故障排除面积，延长故障消除时间。

[0009] 因此，如何在海上升压站受电启动期间做带负荷试验，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

[0010] 本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于变流器无功补偿运行方式的海上风电工程受电启动带负荷试验方法，以简化操作，提高安全性，避免增加额外的试验设备。

[0011] 为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：海上风电工程受电启动带负荷试验方法，其利用海上风电场内安装的风力发电机变流器，提供海上升压站受电启动带负荷试验所需的负荷电流；

[0012] 风力发电机组正常运行时，发电机侧变流器和电网侧变流器均处于解锁状态，异步和直驱风机的有功功率从发电机侧经过变流器流向电网，变流器不与电网交换无功功率；双馈风机的有功功率从发电机定子侧直接流向电网，转子侧通过变流器与电网交换一部分有功功率，发送与吸收取决于双馈风机的工作状态，变流器不与电网交换无功功率；

[0013] 风力发电机组处于带负荷试验状态时，发电机本体停运，发电机侧变流器闭锁，电网侧变流器解锁，对于双馈风机须将发电机定子与电网隔离；通过修改电网侧变流器的控制参数，使其工作在无功补偿运行方式；通过修改无功电流或无功功率给定值，控制每台变流器吸收或发出的无功功率；

[0014] 根据带负荷试验所需电流大小以及各台风力发电机组变流器的容量，试验时灵活选择投入变流器的台数和控制每台变流器发出或接收的无功功率。

[0015] 本发明利用风力发电机组变流器无功补偿运行方式来进行海上风电工程受电启动带负荷试验；通过控制每台变流器的功率及投入变流器的数量，进而灵活控制输出电流的幅值，满足海上升压站受电启动试验的要求，实现一次设备、二次回路、计量仪表、继电保护及自动化装置的整套校验。

[0016] 目前海上风电工程为了增大容量和效率，普遍采用以下三种风力发电机组：

[0017] 1)双馈风机，有齿轮箱，发电机采用绕线式异步电机，在转子和电网之间接入部分功率交直交变流器。

[0018] 2)直驱风机，无齿轮箱，发电机采用同步电机，在定子和电网之间接入全功率交直交变流器。

[0019] 3)异步风机，有齿轮箱，发电机采用鼠笼式异步电机，在定子和电网之间接入全功率交直交变流器。

[0020] 此三种机组使用发电机侧变流器实现发电机本体的控制，使用电网侧变流器实现恒频输出。其中网侧变流器采用有功、无功解耦控制策略，设置功率外环和电流内环。通常为了简化控制逻辑，有功环采用定直流侧电压方式，无功环采用定无功电流或无功功率方式，有功、无功独立可控。因此电网侧变流器，理论上可以单独运行，通过修改无功电流或无功功率的给定值，进入无功补偿运行方式，实现纯无功的输入或输出。上述三种普遍使用的风力发电机组的变流器电网侧部分都具有此功能。

[0021] 作为上述技术方案的补充，包括如下步骤：

[0022] 1)修改交流系统运行状态及风力发电机组一次接线，确定投入临时保护，之后通过外接电源预热变流器，利用集电线对变流器及风机升压变充电；

[0023] 2)变流器及风机升压变充电完成后，检查变流器控制系统状态是否正常；

[0024] 如变流器控制系统状态为正常状态，将其切换为就地控制模式，并在就地激活网侧变流器手动无功给定模式，接着强制风力发电机组网侧开关储能，完成后合上该风力发电机组网侧开关，此时网侧变流器交流侧有压，就地启动网侧变流器，检查变流器当前实际输出是否为零；

[0025] 3)如变流器当前实际输出为零，开放无功电流给定值的限幅，根据试验需求在每台投入试验的变流器上输入无功参考值，检查各台变流器的给定值与实际输出的无功功率是否一致；

[0026] 4)如各台变流器的给定值与实际输出的无功功率一致，对一次设备、二次回路、计量仪表、继电保护及自动化装置进行整套校验。

[0027] 作为上述技术方案的补充，整套校验完成后，降低各台变流器无功输出到0，停运网侧变流器，变流器控制参数恢复至正常运行状态，断开风力发电机组网侧开关，恢复系统运行方式。

[0028] 作为上述技术方案的补充，步骤2)中，如变流器控制系统状态为非正常状态，切换变流器至正常运行模式。

[0029] 作为上述技术方案的补充，步骤3)中，如变流器当前实际输出不为零，修改配置，使变流器当前实际输出为零。

[0030] 作为上述技术方案的补充，步骤4)中，如各台变流器的给定值与实际输出的无功功率不一致，修改配置，使各台变流器的给定值与实际输出的无功功率一致。

[0031] 本发明具有以下有益效果：本发明无需额外的设备，仅利用风力发电机组本身的变流器实现试验负荷的调节，可控性强，操作简单，流程清晰，可靠性高。本发明于风力发电机组并网前实现了海上升压站受电启动带负荷试验，完善了海上风电工程受电启动试验内容，降低了后期机组并网试验的风险，提升了调试质量，缩短了试运工期。

附图说明

[0032] 图1为本发明实施例使用的风力发电机组变流器原理图(图1a为风电机组用变流器结构图，图1b为网侧变流器控制策略图)；

[0033] 图1a中，Lf为电感元件，if为交流电流，UO为交流电压，Cf为电容元件，iinv为网侧变流器交流电流；

[0034] 图1b中；Udc为直流电压；igd为电流直轴分量；igq为电流交轴分量；Us为电网电压；ugcd为调制电压直轴分量；ugcq为调制电压交轴分量；θg为交流电压相角；ua、ub、uc为交流三相电压；ω为电角速度，Lg为等效电感；上述符号中右上角带“﹡”表示这个电气量的给定值；

[0035] 图2为本发明实施例提供的海上风电工程受电启动带负荷试验方法的适用机型描述图(图2a为正常运行状态图，图2b为带负荷试验状态图)；

[0036] 图3为本发明实施例提供的海上风电工程受电启动带负荷试验方法的流程图；

[0037] 图4为本发明实施例提供的海上风电工程受电启动带负荷试验方法应用实施例示意图。

具体实施方式

[0038] 以下结合说明书附图和具体实施方式，进一步说明本发明。

[0039] 如图3所示的海上风电工程受电启动带负荷试验方法，其步骤如下：

[0040] 1)试验开始后，修改交流系统运行状态及风力发电机组一次接线，确定投入临时保护，之后通过外接电源预热变流器，利用集电线对变流器及风机升压变充电；变流器及风机升压变充电完成后，检查变流器控制系统状态是否正常。如果试验中需要使用双馈机组，需要将定子和电网隔离。

[0041] 2)如变流器控制系统状态为正常状态，将其切换为就地控制模式，并在就地激活网侧变流器手动无功给定模式，接着强制风力发电机组网侧开关储能，完成后合上该风力发电机组网侧开关，此时网侧变流器交流侧有压，就地启动网侧变流器，检查变流器当前实际输出是否为零；如变流器控制系统状态为非正常状态，切换变流器至正常运行模式。

[0042] 3)如变流器当前实际输出为零，开放无功电流给定值的限幅，根据试验需求在每台投入试验的变流器上输入无功参考值，检查各台变流器的给定值与实际输出的无功功率是否一致；如变流器当前实际输出不为零，修改配置，使变流器当前实际输出为零。

[0043] 4)如各台变流器的给定值与实际输出的无功功率一致，对一次设备、二次回路、计量仪表、继电保护及自动化装置进行整套校验；如各台变流器的给定值与实际输出的无功功率不一致，修改配置，使各台变流器的给定值与实际输出的无功功率一致。

[0044] 5)整套校验完成后，降低各台变流器无功输出到0，停运网侧变流器，变流器控制参数恢复至正常运行状态，断开风力发电机组网侧开关，恢复系统运行方式，受电试验完成。

[0045] 本发明无需额外的设备，仅利用风力发电机组本身的变流器实现试验负荷的调节，可控性强，操作简单，流程清晰，可靠性高。按照附图4所述的海上风电工程实施例来看，对于220kV海上升压站的常规配置，只需投入数台变流器即可满足校验需求，人员、设备成本均远远低于其他方案，具有极强的工程实践优势。

[0046] 以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。