风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法技术

本发明专利技术公开了一种风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法，包括以下步骤：增加LCC‑HVDC附加控制，即在LCC‑HVDC整流站定功率控制中引入带死区的功率‑频率斜率特性和惯性控制，使其输送的功率能够响应送端电网的频率；增加VSC‑HVDC附加控制；增加风机附加控制，即风机引入有功‑频率斜率特性和惯性控制，使风机输出的有功功率能够响应WFVSC侧频率的变化；增加控制器的协调，即通过设置合适的动作死区，协调设置各个控制器。本发明专利技术增大了送端电网的系统的功率‑频率静特性系数和惯性响应系数，能够增加送端电网的惯性，提高系统的频率稳定性。

【技术实现步骤摘要】
风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法
本专利技术涉及高压直流输电与电力系统稳定与控制领域，具体涉及一种风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法。
技术介绍
我国陆地风能资源丰富区，主要分布在三个地带：一是三北地区，二是沿海离海岸线2-3km范围内风能资源丰富地带，三是青藏高原腹地。除了沿海地区的风电场，大部分风电场与负荷中心呈现明显的逆向分布，需要采用交直流互联电网以满足风能远距离输送和异地消纳。直流输电较交流输电技术具有优势。目前直流输电技术主要有两种：基于电网换相换流器的传统高压直流输电(linecommutedconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，LCC-HVDC)技术和基于的电压源换流器的柔性直流输电(voltagesourcedconverterbasedhighvoltagedirectcurrent，VSC-HVDC)技术。与LCC-HVDC相比，VSC-HVDC控制更灵活，具有能向无源网络供电、有功与无功功率快速独立解耦控制、无换向失败的优点，是风电场等可再生能源发电并网的重要方案。若风电场直接采用LCC-HVDC孤岛并网，由于缺乏电压和惯性支撑，容易出现电压和频率问题。对于诸如新疆、宁夏等三北地区的非高原陆地风电场，风火打捆联网并经LCC-HVDC外送是目前主要的外送方式。而对于西部高原地区的风电场，由于脆弱的生态环境，基本上不具备大规模新建火电厂的条件，不易采用风火打捆联网外送的方式(潘垣，尹项根，胡家兵，等.论基于柔直电网的西部风光能源集中开发与外送[J].电网技术，2016，40(12)：3611-3629.)，此文提出了一种西部高原地区丰富的风光资源采用柔性直流电网开发与外送的方案，将功率汇集到川渝、汉中等地区，而这些地区本身就是能源基地，已建有多条高压/特高压直流输电工程，所以未来西部高原地区的风能开发与外送，采用VSC-HVDC并网再通过LCC-HVDC远距离输送到中东部负荷中心，是一种非常可行的方案。然而，风电装机容量和直流外送功率的不断增加将导致电网惯量降低，带来频率变化敏感的问题。对于LCC-HVDC参与频率调节，实际工程通常采用直流频率调制(郭小江，马世英，卜广全，等.直流系统参与电网稳定控制应用现状及在安全防御体系中的功能定位探讨[J].电网技术，2012，36(8)：116-123.)。而对于VSC-HVDC参与频率调节,通常引入频率附加控制,人工耦合送受端的频率(朱瑞可，王渝红，李兴源，等.用于VSC-HVDC互联系统的附加频率控制策略[J].电力系统自动化，2014，38(16)：81-87.)。目前，对于西部高原地区的风电场开发与外送的方案研究相对较少，因此，若提出一种能够提高送端弱电网的惯性和频率稳定性的方法，其具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法，达到增大送端电网的系统的功率-频率静特性系数和惯性响应系数，能够增加送端电网的惯性，提高系统的频率稳定性的目的。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法，包括以下步骤：步骤1：增加LCC-HVDC附加控制，即在LCC-HVDC整流站定功率控制中引入带死区的功率-频率斜率特性和惯性控制，使其输送的功率能够响应送端电网的频率；步骤2：增加VSC-HVDC附加控制，即包括：1)在GSVSC定直流电压控制中引入带死区的直流电压-频率斜率特性，用于根据频率波动信号对直流电压进行变压控制；2)在WFVSC定交流频率控制中引入带死区的频率-直流电压斜率特性，用于根据直流电压对风电场进行变频控制，通过直流电压波动信号来人工耦合风电场与送端电网的频率；3)在GSVSC引入直流电压-功率斜率特性，用于抵消直流线路上的压降，保证传输不同功率下WFVSC侧直流电压的稳定；4)WFVSC引入直流电压偏差附加控制，用于避免交流故障时导致直流电压波动过大；步骤3：增加风机附加控制，即风机引入有功-频率斜率特性和惯性控制，使风机输出的有功功率能够响应WFVSC侧频率的变化；步骤4：增加控制器的协调，即通过设置合适的动作死区，协调设置各个控制器。进一步的，在所述步骤1中，还包括在附加控制中，设置输入信号的动作死区，其上下限值为是LCC-HVDC附加控制器输入信号的动作上下限。进一步的，在所述步骤1中，还包括对附加控制的输出设置限幅，限幅大小为直流输送功率的±0.1pu。进一步的，在所述步骤2中，GSVSC引入附加控制后直流电压参考指令值为：式中为GSVSC的电压参考指令值，Uref为上层控制给出的电压参考指令，PGS为GSVSC测量的有功功率值，和分别为GSVSC附加控制器的动作上下限值；WFVSC引入附加控制后频率参考指令值为：式中，为WFVSC频率参考指令值，为上层控制给出的额定频率参考指令，为WFVSC侧直流电压测量值，和分别为WFVSC变频附加控制器的动作上下限值。进一步的，在所述步骤2中，还包括当直流电压波动超过一定范围时，WFVSC自动转入定直流电压控制。进一步的，在所述步骤3中，DFIG的有功功率参考指令值为：式中，Pref为风机最大功率点跟踪制获得有功参考指令，KW为功率-频率的斜率系数，KdW为功率-频率的惯性响应系数，fWF为风电场频率。进一步的，所述步骤4具体为：当送端电网有功过剩，频率上升时，发电机在调速器的作用下减小出力，LCC-HVDC在变功率附加控制的作用下增加外送功率，VSC-HVDC直流电压在GSVSC变电压附加控制的作用下升高，风电场频率在WFVSC变频附加控制的作用下上升，风机在变功率附加控制的作用下减小出力；当送端电网有功不足，频率下降时，发电机在调速器的作用下增加出力，LCC-HVDC在变功率附加控制的作用下减少外送功率，VSC-HVDC直流电压在GSVSC变电压附加控制的作用下降低，风电场频率在WFVSC变频附加控制的作用下下降，风机在变功率附加控制的作用下增加出力。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果是：1)在LCC-HVDC整流站引入变功率附加控制，当电网频率偏移过大时，LCC-HVDC能够调整外送功率；在VSC-HVDC引入变电压和变频率附加控制，人工耦合风电场和送端电网的频率，并在风机中引入变功率附加控制，使风机能够响应风电场的频率，从而调整出力。2)在WFVSC定频率控制中引入直流电压偏差附加控制，在交流故障下，WFVSC自动转入定直流电压控制，能够减小VSC-HVDC直流电压波动幅度。3)通过设置合适的死区，协调发电机、LCC-HVDC、VSC-HVDC和风电场参与送端电网频率调节的时序，能够达到合理分配送端电网不平衡功率的目的。4)源网协调控制策略，实质增大了送端电网的系统的功率-频率静特性系数和惯性响应系数，能够增加送端电网的惯性，提高系统的频率稳定性。附图说明图1是西部高原地区风电场并网与外送的拓扑图。图2是LCC-HVDC附加控制器示意图。图3是GSVSC变电压附加控制器示意图。图4是WFVSC变频和直流电压偏差附加控制器示意图。图5是DFIG附加控制器示意图。图6是整体协调控制策略框图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：增加LCC‑HVDC附加控制，即在LCC‑HVDC整流站定功率控制中引入带死区的功率‑频率斜率特性和惯性控制，使其输送的功率能够响应送端电网的频率；步骤2：增加VSC‑HVDC附加控制，即包括：1)在GSVSC定直流电压控制中引入带死区的直流电压‑频率斜率特性，用于根据频率波动信号对直流电压进行变压控制；2)在WFVSC定交流频率控制中引入带死区的频率‑直流电压斜率特性，用于根据直流电压对风电场进行变频控制，通过直流电压波动信号来人工耦合风电场与送端电网的频率；3)在GSVSC引入直流电压‑功率斜率特性，用于抵消直流线路上的压降，保证传输不同功率下WFVSC侧直流电压的稳定；4)WFVSC引入直流电压偏差附加控制，用于避免交流故障时导致直流电压波动过大；步骤3：增加风机附加控制，即风机引入有功‑频率斜率特性和惯性控制，使风机输出的有功功率能够响应WFVSC侧频率的变化；步骤4：增加控制器的协调，即通过设置合适的动作死区，协调设置各个控制器。

【技术特征摘要】
1.一种风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：增加LCC-HVDC附加控制，即在LCC-HVDC整流站定功率控制中引入带死区的功率-频率斜率特性和惯性控制，使其输送的功率能够响应送端电网的频率；步骤2：增加VSC-HVDC附加控制，即包括：1)在GSVSC定直流电压控制中引入带死区的直流电压-频率斜率特性，用于根据频率波动信号对直流电压进行变压控制；2)在WFVSC定交流频率控制中引入带死区的频率-直流电压斜率特性，用于根据直流电压对风电场进行变频控制，通过直流电压波动信号来人工耦合风电场与送端电网的频率；3)在GSVSC引入直流电压-功率斜率特性，用于抵消直流线路上的压降，保证传输不同功率下WFVSC侧直流电压的稳定；4)WFVSC引入直流电压偏差附加控制，用于避免交流故障时导致直流电压波动过大；步骤3：增加风机附加控制，即风机引入有功-频率斜率特性和惯性控制，使风机输出的有功功率能够响应WFVSC侧频率的变化；步骤4：增加控制器的协调，即通过设置合适的动作死区，协调设置各个控制器。2.如权利要求1所述的风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法，其特征在于，在所述步骤1中，还包括在附加控制中，设置输入信号的动作死区，其上下限值为是LCC-HVDC附加控制器输入信号的动作上下限。3.如权利要求1所述的风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法，其特征在于，在所述步骤1中，还包括对附加控制的输出设置限幅，限幅大小为直流输送功率的±0.1pu。4.如权利要求1所述的风电场柔性直流并网与直流外送的源网协调控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，GSVSC引入附加控制后直流电压参考指令值为：式中为GSVSC的电压参考指令值，Uref...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天琪，曾雪洋，李宏强，顾雨嘉，王顺亮，江琴，张爽，张军，
申请(专利权)人：国网宁夏电力公司电力科学研究院，四川大学，
类型：发明
国别省市：宁夏,64