本發(fā)明涉及風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計方法及投入方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)是在風(fēng)電場與外電網(wǎng)斷開時接入風(fēng)電場的集電線路，為機組偏航電機的正常運行提供應(yīng)急電源。應(yīng)急電源系統(tǒng)包括柴油發(fā)電機組、升壓變壓器、無功補償裝置和諧振抑制裝置。目前的風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)設(shè)計主要考慮應(yīng)急電源和偏航電機處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，而忽略應(yīng)急電源和偏航電機的暫態(tài)過程。然而，應(yīng)急電源和偏航電機的啟動過程是影響應(yīng)急電源系統(tǒng)能否進入穩(wěn)定運行狀態(tài)的關(guān)鍵。其中，柴油發(fā)電機組和無功補償裝置的投入方式不當，則可能造成沖擊電流過大，設(shè)備自動切出；柴油發(fā)電機組和無功補償裝置容量選擇不當，則無法保證線路電壓穩(wěn)定在額定值附近和偏航電機正常啟動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點與不足，提供了一種考慮應(yīng)急電源和電機暫態(tài)過程的風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)計方法及投入方法，既能夠保證沖擊電流較小又能夠保證偏航電機正常啟動并穩(wěn)定運行，從而保證應(yīng)急電源系統(tǒng)能夠順利投入及穩(wěn)定運行。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)計方法，所述風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)由柴油發(fā)電機組、升壓變壓器、無功補償裝置和諧振抑制裝置構(gòu)成；該方法包括以下步驟：

1)根據(jù)風(fēng)電場集電線路的電纜型號和電纜連接方式，在電力系統(tǒng)仿真軟件中建立電纜連接圖，根據(jù)風(fēng)機箱式變壓器試驗參數(shù)在電力系統(tǒng)仿真軟件中建立變壓器等值模型并接入集電線路相應(yīng)節(jié)點，根據(jù)偏航電機試驗參數(shù)在電力系統(tǒng)仿真軟件中建立偏航電機等值模型并接入集電線路相應(yīng)節(jié)點；

2)在電力系統(tǒng)仿真軟件中采用理想電源模擬風(fēng)電場電源并接入風(fēng)電場集電線路的應(yīng)急電源接入節(jié)點，測量理想電源輸出有功功率和無功功率，運行仿真模型，并記錄理想電源輸出有功功率和無功功率曲線；

3)記錄有功功率曲線的峰值作為柴油發(fā)電機組的容量pg，記錄無功功率曲線的穩(wěn)定值作為無功補償裝置的容量qc，升壓變壓器的容量st選為st＝pg/0.8；

4)設(shè)無功補償裝置接入線路的額定電壓為uc，得到無功補償裝置的阻抗zn＝uc²/|qc|；如果qc<0，則需要電抗器作為無功補償裝置，則計算電感值lc＝zn/ω，其中ω＝2×π×50；如果qc>0，則需要電容作為無功補償裝置，則計算電容值cc＝1/(zn×ω)；

5)累加各電纜型號的電纜的電容值得到風(fēng)電場集電線路的總電容cl,累加各電纜型號的電感值得到集電線路總電感l(wèi)l，累加各電纜型號的電阻值得到集電線路總電阻rl；考慮qc<0，需要電抗器作為無功補償裝置的情況，設(shè)計風(fēng)電場等值電路為：以電壓源表示柴油發(fā)電機組，柴油發(fā)電機組出口連接升壓變壓器的漏感l(wèi)t，升壓變壓器的漏感l(wèi)t經(jīng)諧振抑制裝置并聯(lián)的電阻rd和電感l(wèi)d后分別連接無功補償裝置的電感l(wèi)c和線路的總電容cl及線路的總電感l(wèi)l，其中，無功補償裝置的電感l(wèi)c接地，線路的總電容cl接地，線路的總電感l(wèi)l連接線路的總電阻rl；以從柴油發(fā)電機組到升壓變壓器方向為電流正方向，定義柴油發(fā)電機組輸出電流為i1，柴油發(fā)電機組輸出電壓為u1，以電壓u1為輸入，電流i1為輸出，得到傳遞函數(shù)為：

6)設(shè)rd＝kωld，其中k＝1.5、2、3、4、5；首先，設(shè)k＝1.5，rd＝10、30、50、70、90、110…，繪制上述傳遞函數(shù)的幅頻特性曲線，同樣，繪制k＝2、3、4、5，rd＝10、30、50、70、90、110…的幅頻特性曲線，并在這些幅頻特性曲線中，選取的諧振頻率避開3、5次諧波頻率且諧振頻率處的幅值小并無明顯尖峰的幅頻特性曲線，并記錄該幅頻特性曲線對應(yīng)的電阻rd和k值，進而計算電感至此，就能夠得到諧振抑制裝置的電阻和電感。

所述風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)的投入方法為：在外網(wǎng)斷電后，首先將柴油發(fā)電機組與升壓變壓器之間的開關(guān)、升壓變壓器與集電線路之間的開關(guān)及無功補償裝置與集電線路之間的開關(guān)閉合，所有連接風(fēng)機的集電線路與連接后備電源系統(tǒng)的集電線路之間的開關(guān)閉合；然后柴油發(fā)電機組的原動機開始啟動并升轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速后，接入柴油發(fā)電機組勵磁電流，集電線路開始升壓至額定電壓。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：

1、考慮應(yīng)急電源系統(tǒng)和偏航電機的啟動過程，進行容量設(shè)計，保證應(yīng)急電源系統(tǒng)和偏航電機可以正常啟動。

2、采用風(fēng)電場電纜的等值電路進行仿真，從而確定無功補償容量，能夠更準確地補償風(fēng)電場內(nèi)的無功功率。

3、從風(fēng)電場等值電路的幅頻特性曲線分析的角度設(shè)計諧振抑制裝置，保證諧振頻率的合理性和諧振峰值較小，可有效減小系統(tǒng)中的諧波。

4、采用本發(fā)明方法能夠有效減小柴油發(fā)電機組出口和集電線路的沖擊電流，保證應(yīng)急電源系統(tǒng)可以正常投入運行。

附圖說明

圖1為風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為風(fēng)電場等值電路示意圖。

圖3為傳遞函數(shù)的幅頻特性曲線圖。

圖4為選取的諧振頻率避開3、5次諧波頻率且諧振頻率處的幅值小并無明顯尖峰的幅頻特性曲線圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)由柴油發(fā)電機組、升壓變壓器、無功補償裝置和諧振抑制裝置構(gòu)成。而本實施例所提供的風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)的設(shè)計方法，具體是針對柴油發(fā)電機組容量、升壓變壓器容量、無功補償裝置容量和諧振抑制裝置參數(shù)的設(shè)計方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)風(fēng)電場集電線路的電纜型號和電纜連接方式，在電力系統(tǒng)仿真軟件中建立電纜連接圖，根據(jù)風(fēng)機箱式變壓器試驗參數(shù)在電力系統(tǒng)仿真軟件中建立變壓器等值模型并接入集電線路相應(yīng)節(jié)點，根據(jù)偏航電機試驗參數(shù)在電力系統(tǒng)仿真軟件中建立偏航電機等值模型并接入集電線路相應(yīng)節(jié)點。

2)在電力系統(tǒng)仿真軟件中采用理想電源模擬風(fēng)電場電源并接入風(fēng)電場集電線路的應(yīng)急電源接入節(jié)點，測量理想電源輸出有功功率和無功功率；運行仿真模型，并記錄理想電源輸出有功功率和無功功率曲線。

3)記錄有功功率曲線的峰值作為柴油發(fā)電機組的容量pg，記錄無功功率曲線的穩(wěn)定值作為無功補償裝置的容量qc，升壓變壓器的容量st選為st＝pg/0.8。

4)設(shè)無功補償裝置接入線路的額定電壓為uc，得到無功補償裝置的阻抗zn＝uc²/|qc|；如果qc<0，則需要電抗器作為無功補償裝置，則計算電感值lc＝zn/ω，其中ω＝2×π×50；如果qc>0，則需要電容作為無功補償裝置，則計算電容值cc＝1/(zn×ω)。

5)累加各電纜型號的電纜的電容值得到風(fēng)電場集電線路的總電容cl,累加各電纜型號的電感值得到集電線路總電感l(wèi)l，累加各電纜型號的電阻值得到集電線路總電阻rl；考慮qc<0，需要電抗器作為無功補償裝置的情況，畫出風(fēng)電場等值電路如圖2所示，圖中，lt是柴油發(fā)電機組出口的升壓變壓器的漏感，rd和ld分別是諧振抑制裝置的電阻和電感，lc是無功補償裝置的電感，cl是線路的總電容，ll是線路的總電感，rl是線路的總電阻，設(shè)計風(fēng)電場等值電路為：以電壓源表示柴油發(fā)電機組，柴油發(fā)電機組出口連接升壓變壓器的漏感l(wèi)t，升壓變壓器的漏感l(wèi)t經(jīng)諧振抑制裝置并聯(lián)的電阻rd和電感l(wèi)d后分別連接無功補償裝置的電感l(wèi)c和線路的總電容cl及線路的總電感l(wèi)l，其中，無功補償裝置的電感l(wèi)c接地，所述線路的總電容cl接地，線路的總電感l(wèi)l連接線路的總電阻rl；以從柴油發(fā)電機組到升壓變壓器方向為電流正方向，定義柴油發(fā)電機組輸出電流為i1，柴油發(fā)電機組輸出電壓為u1，以電壓u1為輸入，電流i1為輸出，得到傳遞函數(shù)為：

6)設(shè)rd＝kωld，其中k＝1.5、2、3、4、5；首先，設(shè)k＝1.5，rd＝10、30、50、70、90、110…，繪制上述傳遞函數(shù)的幅頻特性曲線，如圖3所示。同樣，繪制k＝2、3、4、5，rd＝10、30、50、70、90、110…的幅頻特性曲線，并在這些幅頻特性曲線中，選取的諧振頻率避開3、5次諧波頻率且諧振頻率處的幅值小并無明顯尖峰的幅頻特性曲線，如圖4所示，并記錄該幅頻特性曲線對應(yīng)的電阻rd和k值，進而計算電感至此，就能夠得到諧振抑制裝置的電阻和電感。

上述設(shè)計的風(fēng)電場偏航應(yīng)急電源系統(tǒng)的投入方式為：在外網(wǎng)斷電后，首先將柴油發(fā)電機組與升壓變壓器之間的開關(guān)、升壓變壓器與集電線路之間的開關(guān)及無功補償裝置與集電線路之間的開關(guān)閉合，所有連接風(fēng)機的集電線路與連接后備電源系統(tǒng)的集電線路之間的開關(guān)閉合；然后柴油發(fā)電機組的原動機開始啟動并升轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速后，接入柴油發(fā)電機組勵磁電流，集電線路開始升壓至額定電壓。

以上所述之實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。