一種海上風(fēng)電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種海上風(fēng)電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制方法，該方法在岸上換流站退出運(yùn)行時(shí)，通過合理地配置所在受端電網(wǎng)內(nèi)換流站的控制器，并通過風(fēng)電場(chǎng)附加虛擬慣量控制實(shí)現(xiàn)異步電網(wǎng)暫態(tài)頻率偏移下降和風(fēng)電場(chǎng)附加槳距角控制最終消除異步電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率偏差，從而提高相鄰異步電網(wǎng)的頻率特性，減小換流站故障對(duì)岸上其他異步電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定影響。使用本發(fā)明專利技術(shù)方法分析大容量海上風(fēng)電場(chǎng)接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)時(shí)岸上換流站退出運(yùn)行情景，所設(shè)計(jì)的頻率控制策略對(duì)岸上交流系統(tǒng)頻率穩(wěn)定提升得到了驗(yàn)證。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于電力系統(tǒng)
，具體涉及一種海上風(fēng)電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制方法。
技術(shù)介紹
面對(duì)化石能源的急劇消耗與環(huán)境治理的日益嚴(yán)峻，以風(fēng)電為代表的新能源是實(shí)現(xiàn)能源與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。隨著土地資源、風(fēng)電資源限制，以及海上風(fēng)電開發(fā)與應(yīng)用取得重要進(jìn)展，海上風(fēng)電已成為風(fēng)電發(fā)展的重要方向。根據(jù)歐洲風(fēng)能協(xié)會(huì)(EuropeanWindEnergyAssociation)預(yù)測(cè)，歐洲海上風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)規(guī)模在2020年與2030年將分別達(dá)到40GW與150GW。在中國(guó)，國(guó)家能源局發(fā)布了《全國(guó)海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)方案(2014-2016)》，涵蓋總裝機(jī)達(dá)10.53GW的44個(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目開發(fā)建設(shè)方案，標(biāo)志著我國(guó)海上風(fēng)電開發(fā)進(jìn)一步提速。基于電壓源型換流器的多端柔性直流輸電系統(tǒng)(VoltageSourceConverterbasedMulti-TerminalDirectCurrent，VSC-MTDC)，具有海底輸電、黑啟動(dòng)、連接弱交流電網(wǎng)的能力，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)多電源供電，多落點(diǎn)受電，輸電方式靈活可控，是大規(guī)模海上風(fēng)電接入陸上交流系統(tǒng)的有效并網(wǎng)方式。VSC-MTDC系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)用于大西洋風(fēng)電(AtlanticWindConnection)與歐洲離岸風(fēng)場(chǎng)超級(jí)電網(wǎng)(EuropeanOffshoreSupergrid)的千萬千瓦級(jí)海上風(fēng)電并網(wǎng)工程。隨著低慣量的新能源電場(chǎng)在電網(wǎng)中規(guī)模逐步擴(kuò)大，以及采用VSC-HVDC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)交流電網(wǎng)分區(qū)的逐步普及，交流系統(tǒng)的慣性水平正在不斷降低，電力系統(tǒng)將面臨低慣量帶來的頻率穩(wěn)定問題。為此，合理設(shè)計(jì)海上風(fēng)電與VSC-HVDC系統(tǒng)，提升交流系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性是未來研究方向。目前文獻(xiàn)都僅關(guān)注交流系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生有功功率波動(dòng)的情況下，通過換流站的頻率控制提升交流系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性能，而鮮有文獻(xiàn)提及換流站發(fā)生故障退出運(yùn)行對(duì)交直流系統(tǒng)安全穩(wěn)定性能的影響。在換流站的傳輸功率較大并且交流系統(tǒng)慣量較小時(shí)，換流站發(fā)生故障退出運(yùn)行同樣會(huì)對(duì)交流系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，特別是在換流站退出運(yùn)行時(shí)剩余直流功率無法被同步電網(wǎng)內(nèi)部換流站自消納情景，如何進(jìn)行海上風(fēng)電和VSC-MTDC系統(tǒng)的頻率控制以有效減小換流站退出運(yùn)行對(duì)交流系統(tǒng)的影響有待解決。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
基于上述，本專利技術(shù)提供了一種海上風(fēng)電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制方法，能夠?qū)SC-MTDC系統(tǒng)岸上換流站退出運(yùn)行時(shí)直流功率無法在受端同步電網(wǎng)自消納情景下，有效提高故障后交流系統(tǒng)的頻率特性。一種海上風(fēng)電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制方法，包括如下步驟：(1)當(dāng)系統(tǒng)中有換流站x退出運(yùn)行情況下，判斷換流站x所在受端電網(wǎng)S能否自消納轉(zhuǎn)移功率；(2)若受端電網(wǎng)S無法自消納轉(zhuǎn)移功率，則重新配置受端電網(wǎng)S中其他健全換流站的控制模式；(3)計(jì)算系統(tǒng)中相鄰異步電網(wǎng)的綜合頻率偏移量；(4)根據(jù)所述的綜合頻率偏移量利用附加的虛擬慣量控制器和槳距角控制器分別調(diào)節(jié)海上風(fēng)電場(chǎng)控制器中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率參考值和槳距角參考值，以調(diào)節(jié)海上風(fēng)電場(chǎng)的有功功率輸出。所述的步驟(1)中判斷換流站x所在受端電網(wǎng)S能否自消納轉(zhuǎn)移功率的具體過程為：首先，通過以下公式計(jì)算受端電網(wǎng)S的自消納功率總量其中：y表示受端電網(wǎng)S中任一健全的換流站，Sy為換流站y的額定容量，Qy為換流站y的輸出無功功率，為換流站x退出運(yùn)行前換流站y注入受端電網(wǎng)S的有功功率；若轉(zhuǎn)移功率大于該自消納功率總量則判定受端電網(wǎng)S無法自消納轉(zhuǎn)移功率，所述的轉(zhuǎn)移功率即為換流站x退出運(yùn)行前的有功功率。所述的步驟(2)中重新配置受端電網(wǎng)S中其他健全換流站的控制模式，即對(duì)于受端電網(wǎng)S中任一健全的換流站y，將其控制模式改為滿發(fā)定功率控制模式，將其定功率參考值設(shè)為：其中：Sy為換流站y的額定容量，Qy為換流站y故障前的輸出無功功率，為換流站y的定功率參考值。所述的相鄰異步電網(wǎng)為系統(tǒng)中由海上風(fēng)電場(chǎng)送電且與受端電網(wǎng)S異步相連的所有交流電網(wǎng)集合。所述的步驟(3)中通過以下公式計(jì)算相鄰異步電網(wǎng)的綜合頻率偏移量：其中：M表示相鄰異步電網(wǎng)，j表示相鄰異步電網(wǎng)M中的任一發(fā)電機(jī)，Δω為相鄰異步電網(wǎng)M的綜合頻率偏移量，Δωj為發(fā)電機(jī)j的轉(zhuǎn)速偏差標(biāo)幺值，Hj為發(fā)電機(jī)j的慣性時(shí)間常數(shù)。所述步驟(4)中利用附加的虛擬慣量控制器調(diào)節(jié)海上風(fēng)電場(chǎng)控制器中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率參考值，具體實(shí)現(xiàn)為：所述的虛擬慣量控制器由通信延時(shí)器、微分調(diào)節(jié)器、滯回比較器、乘法器以及比例調(diào)節(jié)器組成；其中，通信延時(shí)器的輸入為綜合頻率偏移量，通信延時(shí)器的輸出接微分調(diào)節(jié)器的輸入，微分調(diào)節(jié)器的輸出接滯回比較器的輸入并作為乘法器的一輸入，滯回比較器的輸出作為乘法器的另一輸入，乘法器的輸出接比例調(diào)節(jié)器的輸入，比例調(diào)節(jié)器的輸出為轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率的附加控制量；進(jìn)而使海上風(fēng)電場(chǎng)控制器中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率參考值減去該附加控制量即得到新的轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率參考值。所述步驟(4)中利用附加的槳距角控制器調(diào)節(jié)海上風(fēng)電場(chǎng)控制器中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳距角參考值，具體實(shí)現(xiàn)為：所述的槳距角控制器由通信延時(shí)器、調(diào)差系數(shù)模擬器、比例調(diào)節(jié)器、PI調(diào)節(jié)器、加法器、速率限制器以及限幅器組成；其中，通信延時(shí)器的輸入為綜合頻率偏移量，通信延時(shí)器的輸出接調(diào)差系數(shù)模擬器的輸入，調(diào)差系數(shù)模擬器的輸出接比例調(diào)節(jié)器的輸入以及PI調(diào)節(jié)器的輸入，比例調(diào)節(jié)器的輸出以及PI調(diào)節(jié)器的輸出分別作為加法器的兩個(gè)輸入，加法器的輸出接速率限制器的輸入，速率限制器的輸出接限幅器的輸入，限幅器的輸出為槳距角的附加控制量；進(jìn)而使海上風(fēng)電場(chǎng)控制器中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的槳距角參考值減去該附加控制量即得到新的槳距角參考值。所述通信延時(shí)器的傳遞函數(shù)為其中，s為拉普拉斯算子，Td為預(yù)設(shè)的延時(shí)量。所述的滯回比較器當(dāng)其輸入的絕對(duì)值大于等于閾值CH，則持續(xù)輸出高電平1；當(dāng)其輸入的絕對(duì)值小于等于閾值CL且持續(xù)超過一定時(shí)間，則持續(xù)輸出低電平0。所述的調(diào)差系數(shù)模擬器使輸入乘以1/R后輸出；其中，R為預(yù)設(shè)的調(diào)差系數(shù)。所述的速率限制器使當(dāng)前時(shí)刻輸入與前一時(shí)刻輸入的變化率限制在固定上下限范圍內(nèi)后輸出。本專利技術(shù)提供了換流站退出運(yùn)行時(shí)直流功率無法自消納情景下海上風(fēng)電與多端柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制方法，可以在岸上換流站退出運(yùn)行時(shí)，通過合理地配置所在受端電網(wǎng)內(nèi)換流站的控制器，并通過風(fēng)電場(chǎng)附加虛擬慣量控制實(shí)現(xiàn)異步電網(wǎng)暫態(tài)頻率偏移下降和風(fēng)電場(chǎng)附加槳距角控制最終消除異步電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)頻率偏差，從而提高相鄰異步電網(wǎng)的頻率特性，減小換流站故障對(duì)岸上其他異步電網(wǎng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定影響。使用本專利技術(shù)方法分析大容量海上風(fēng)電場(chǎng)接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)時(shí)岸上換流站退出運(yùn)行情景，所設(shè)計(jì)的頻率控制策略對(duì)岸上交流系統(tǒng)頻率穩(wěn)定提升得到了驗(yàn)證。附圖說明圖1為海上風(fēng)電場(chǎng)接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的示意圖。圖2為本專利技術(shù)頻率控制方法的步驟流程示意圖。圖3為下垂控制切換為滿發(fā)定功率控制模式的示意圖。圖4為本專利技術(shù)海上風(fēng)電場(chǎng)附加虛擬慣量控制器的原理示意圖。圖5為本專利技術(shù)海上風(fēng)電場(chǎng)附加槳距角控制器的原理示意圖。圖6(a)為原始情景與本專利技術(shù)方法下39節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性對(duì)比示意圖。圖6(b)為原始情景與本專利技術(shù)方法下海上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)力機(jī)槳距角對(duì)比示意圖。圖6(c)為原始情景與本專利技術(shù)方法下海上風(fēng)電場(chǎng)功率參考值對(duì)比示意圖。圖6(d)為原始情景與本專利技術(shù)方法下海上風(fēng)電場(chǎng)功率輸出特性對(duì)比示意圖。圖6(e)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種海上風(fēng)電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制方法，包括如下步驟：(1)當(dāng)系統(tǒng)中有換流站x退出運(yùn)行情況下，判斷換流站x所在受端電網(wǎng)S能否自消納轉(zhuǎn)移功率；(2)若受端電網(wǎng)S無法自消納轉(zhuǎn)移功率，則重新配置受端電網(wǎng)S中其他健全換流站的控制模式；(3)計(jì)算系統(tǒng)中相鄰異步電網(wǎng)的綜合頻率偏移量；(4)根據(jù)所述的綜合頻率偏移量利用附加的虛擬慣量控制器和槳距角控制器分別調(diào)節(jié)海上風(fēng)電場(chǎng)控制器中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率參考值和槳距角參考值，以調(diào)節(jié)海上風(fēng)電場(chǎng)的有功功率輸出。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種海上風(fēng)電接入多端柔性直流輸電系統(tǒng)的頻率控制方法，包括如下步驟：(1)當(dāng)系統(tǒng)中有換流站x退出運(yùn)行情況下，判斷換流站x所在受端電網(wǎng)S能否自消納轉(zhuǎn)移功率；(2)若受端電網(wǎng)S無法自消納轉(zhuǎn)移功率，則重新配置受端電網(wǎng)S中其他健全換流站的控制模式；(3)計(jì)算系統(tǒng)中相鄰異步電網(wǎng)的綜合頻率偏移量；(4)根據(jù)所述的綜合頻率偏移量利用附加的虛擬慣量控制器和槳距角控制器分別調(diào)節(jié)海上風(fēng)電場(chǎng)控制器中風(fēng)力發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)有功功率參考值和槳距角參考值，以調(diào)節(jié)海上風(fēng)電場(chǎng)的有功功率輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率控制方法，其特征在于：所述的步驟(1)中判斷換流站x所在受端電網(wǎng)S能否自消納轉(zhuǎn)移功率的具體過程為：首先，通過以下公式計(jì)算受端電網(wǎng)S的自消納功率總量PdcSr=Σy∈S(Sy2-Qy2-Pdcypre)]]>其中：y表示受端電網(wǎng)S中任一健全的換流站，Sy為換流站y的額定容量，Qy為換流站y的輸出無功功率，為換流站x退出運(yùn)行前換流站y注入受端電網(wǎng)S的有功功率；若轉(zhuǎn)移功率大于該自消納功率總量則判定受端電網(wǎng)S無法自消納轉(zhuǎn)移功率，所述的轉(zhuǎn)移功率即為換流站x退出運(yùn)行前的有功功率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率控制方法，其特征在于：所述的步驟(2)中重新配置受端電網(wǎng)S中其他健全換流站的控制模式，即對(duì)于受端電網(wǎng)S中任一健全的換流站y，將其控制模式改為滿發(fā)定功率控制模式，將其定功率參考值設(shè)為：Pyr=Sy2-Qy2,y∈S]]>其中：Sy為換流站y的額定容量，Qy為換流站y故障前的輸出無功功率，為換流站y的定功率參考值。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率控制方法，其特征在于：所述的相鄰異步電網(wǎng)為系統(tǒng)中由海上風(fēng)電場(chǎng)送電且與受端電網(wǎng)S異步相連的所有交流電網(wǎng)集合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的頻率控制方法，其特征在于：所述的步驟(3)中通過以下公式計(jì)算相鄰異步電網(wǎng)的綜合頻率偏移量：Δω=Σj∈MHjΔωjΣj∈MHj]]>其中：M表示相鄰異步電網(wǎng)，j表示相鄰異步電網(wǎng)M中的任一...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐政，董桓鋒，刑法財(cái)，楊勇，徐謙，孫黎瀅，徐晨博，楊升峰，張利軍，黃錦華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，國(guó)家電網(wǎng)公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：浙江;33