多源耦合系统暂态电压控制方法技术方案

多源耦合系统暂态电压控制方法，本发明专利技术以提高特高压直流、火电、风电多源耦合系统暂态电压稳定性为目标，构建了特高压直流‑火电‑风电多源耦合系统暂态电压模型，推导暂态电压稳定性与风电、火电、直流系统及模型的函数关系，并针对暂态电压稳定性影响因子设计基于STATCOM、有载调压、并联电容器的协同暂态电压控制方法，最大限度提升电网应对高比例新能源交直流外送系统暂态电压问题的能力。

【技术实现步骤摘要】
多源耦合系统暂态电压控制方法
本专利技术属于多能源系统暂态电压控制策略领域，属于多源耦合系统暂态电压控制方法。
技术介绍
随着我国经济社会的发展，用电需求将不断增长。我国负荷中心主要集中在东部地区，而能源资源却分布不均，能源资源与电力需求的呈逆向分布。为在全国范围内实现能源资源优化配置、缓解中东部地区用电紧张局面，通过区域电网互联和高压直流输电技术(HVDC，high-voltagedirectcurrent)形成大规模电力系统是我国电力工业的发展整体趋势。在交直流混联电网的背景下，系统的频率、电压耦合性问题进一步凸显。特高压直流输电系统输送容量较大，降低了特高压直流系统短路比(SCR)，一旦直流系统发生故障，将对交流电网产生极大冲击。由于直流系统稳定运行时消耗的无功功率较大(约为传输有功功率40％-60％)，直流系统发生双极闭锁等故障后，大量无功功率涌入交流系统，对交流系统以及近区风电场产生暂态压升，可能引发风电场无序脱网等连锁故障，极大威胁电网安全稳定运行。
技术实现思路
本专利技术通过搭建交直流混联背景下风火打捆外送系统电磁暂态模型，研究直流系统双极闭锁、交流系统短路等故障方式下新能源及交直流系统的暂态电压耦合特性，推导暂态电压稳定性与风电、火电、直流系统及模型的函数关系，并针对暂态电压稳定性影响因子给出电压稳定控制策略，最大限度提升电网应对高比例新能源交直流外送系统暂态电压问题的能力。为了实现上述目的，本专利技术创造采用的技术方案为：多源耦合系统暂态电压控制方法，其步骤为：1)DFIG并网结构及控制：双PWM变换器由机侧和网侧两个PWM变换器组成，各自功能独立；网侧变换器实现电网侧功率因数控制和保持直流电压稳定，机侧变流器实现DFIG的矢量变换控制，通过坐标变换确保DFIG输出解耦的有功功率和无功功率；中间直流环节采用电容连接，两个变流器实现独立控制并进行有功交换；旋转坐标系交直轴电流通过变换得到的电压电流量均为直流量，采用变流器控制系统，电流d轴分量与交流侧电流的有功分量对应，电流q轴分量与交流侧电流的无功分量对应，实现对交流侧电流有功分量和无功分量的独立解耦控制；1.1)DFIG机组d-q解耦控制：DFIG风电机组主要由风轮机、增速齿轮箱、感应电机、变流器构成，其中DFIG定子侧与电网直接相连，转子侧与电网间接连接，DFIG风电机组通过控制转子励磁实现d-q解耦控制；1.2)运用派克变换将三相电流转化成定子电流的交直轴d-q分量；1.3)令同步旋转坐标系d轴与电网电压矢量ud重合，使uq为零，简化DFIG并网d-q解耦控制；2)同步火电机组电磁暂态数学模型：运用交直轴暂态时间常数，体现火电机组与1)中所建立DFIG风机策略在不同时间尺度上对电网电压的贡献程度，配合E″恒定的三阶数学模型，建立的火电机组模型；3)特高压直流输电系统数学模型及控制：对于远距离输送电能采用高压直流输电，建立HVDC竖向模型；4)基于STATCOM、有载调压、并联电容器的协同暂态电压控制：通过死区与动作时间常数的参数设置使STATCOM率先动作，在电压波动的暂态阶段对系统无功产生快速响应；且使有载调压及并联电容器在STATCOM动作后迅速投入。所述的步骤1.1)中，具体方法为：双馈风电机组有功出力公式为：其中，PW为转子机械功率；r为风机转子半径；Fa为空气阻力系数；VW是风速，为系统功角；双馈风电机组机械转矩计算公式为：其中，Tm为转子机械转矩；PW为转子机械功率；Wm为转子侧转速标幺值。所述的步骤1.2)中，具体方法为：派克变换公式如下：其中，ia、ib、ic为网侧三相电流；id为直轴电流，iq为交轴电流，i0为零轴电流，θ为相电流夹角；忽略零轴分量可得：派克反变换为如下形式：其中，派克变换的系数为2/3，派克反变换的系数为1；网侧电压源型PWM变流器的拓扑结构中，ua、ub、uc为网侧三相电压；va、vb、vc分别为变流器桥臂交流侧相对电源中性点O点的电压；udc为直流侧电容电压，iL为直流侧电流；经过坐标系变换后，交直轴坐标系下电压电流方程如公式(4)、(5)所示，根据PWM变流器拓扑可推导得到公式(6)-(8)：其中，R为电阻，ω为转速；L为电感；vd为转速d轴分量，vq为转速q轴分量，ud为电压d轴分量；uq为电压q轴分量，Sd为功率d轴分量，Sq为功率q轴分量；将变流器在d-q坐标系下的电压电流方程展开可得：其中，ω1Liq为电感q轴电压值，-ω1Lid为电感d轴电压值，ω1Liq和-ω1Lid是需要消去的交叉耦合项，ud和uq通过引入相应的电压前馈补偿项消除其扰动的影响；引入消除交叉耦合项和前馈补偿项可得公式(9)，将式(8)与式(9)联立消去耦合项和补偿项电压电流方程，如公式(10)：其中，vdref为转速d轴分量参考值，vqref为转速q轴分量参考值，kp为交叉耦合项系数，ki为前馈补偿项系数，s为频域系数，idref为d轴电流参考值，iqref为q轴电流参考值。所述的步骤1.3)中，具体方法为：当采用电网电压定向的矢量控制时简化控制设计，即令同步旋转坐标系d轴与电网电压矢量ud重合，使uq为零，此时，公式(10)转换为：所述的步骤2)中，具体方法为：考虑风火联合电压综合特性后转子绕组电压方程为：其中，Xd为直轴电抗，Xq为交轴电抗，X′d为直轴暂态电抗，X′q为轴暂态电抗，X″d为d轴次暂态电抗，X″q为q轴次暂态电抗，e′d为直轴暂态感应电势，e′q为交轴暂态感应电势，e″d为直轴次暂态感应电势，e″q为交轴次暂态感应电势，T′d0为直轴暂态时间常数，T′q0为交轴暂态时间常数，T″d0为直轴次暂态时间常数，T″q0为交轴次暂态时间常数，Efq为机组稳态空载电压。所述的步骤3)中，具体方法为：整流站和逆变站均为双桥串联结构，构成12脉动换流桥，整流侧换流二次侧额定电压的设置目标为保持线路中点电压为500kV；其中，Vr2为整流侧换流二次侧额定电压，Vdr为直流母线电压，cosα为触发角余弦值，XC为系统容抗，XR为系统阻抗。整流变二次侧额定电流为：其中，Ir2为整流变二次侧额定电流，Idr为直流母线电流整流侧变压器额定容量为：其中，Sr为整流侧变压器额定容量，Ir2为整流变二次侧额定电流，Vr2为整流侧换流二次侧额定电压。本专利技术创造的有益效果为：本专利技术以提高特高压直流、火电、风电多源耦合系统暂态电压稳定性为目标，构建了特高压直流-火电-风电多源耦合系统暂态电压模型，推导暂态电压稳定性与风电、火电、直流系统及模型的函数关系，并针对暂态电压稳定性影响因子设计基于S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多源耦合系统暂态电压控制方法，其特征在于，其步骤为：/n1)DFIG并网结构及控制：/n1.1)DFIG机组d-q解耦控制：DFIG风电机组主要由风轮机、增速齿轮箱、感应电机、变流器构成，其中DFIG定子侧与电网直接相连，转子侧与电网间接连接，DFIG风电机组通过控制转子励磁实现d-q解耦控制；/n1.2)运用派克变换将三相电流转化成定子电流的交直轴d-q分量；/n1.3)令同步旋转坐标系d轴与电网电压矢量u

【技术特征摘要】
1.多源耦合系统暂态电压控制方法，其特征在于，其步骤为：
1)DFIG并网结构及控制：
1.1)DFIG机组d-q解耦控制：DFIG风电机组主要由风轮机、增速齿轮箱、感应电机、变流器构成，其中DFIG定子侧与电网直接相连，转子侧与电网间接连接，DFIG风电机组通过控制转子励磁实现d-q解耦控制；
1.2)运用派克变换将三相电流转化成定子电流的交直轴d-q分量；
1.3)令同步旋转坐标系d轴与电网电压矢量ud重合，使uq为零，简化DFIG并网d-q解耦控制；
2)同步火电机组电磁暂态数学模型：运用交直轴暂态时间常数，体现火电机组与1)中所建立DFIG风机策略在不同时间尺度上对电网电压的贡献程度，配合E″恒定的三阶数学模型，建立的火电机组模型；
3)特高压直流输电系统数学模型及控制：对于远距离输送电能采用高压直流输电，建立HVDC竖向模型；
4)基于STATCOM、有载调压、并联电容器的协同暂态电压控制：通过死区与动作时间常数的参数设置使STATCOM率先动作，在电压波动的暂态阶段对系统无功产生快速响应；且使有载调压及并联电容器在STATCOM动作后迅速投入。


2.根据权利要求1所述的多源耦合系统暂态电压控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，具体方法为：双PWM变换器由机侧和网侧两个PWM变换器组成，各自功能独立；网侧变换器实现电网侧功率因数控制和保持直流电压稳定，机侧变流器实现DFIG的矢量变换控制，通过坐标变换确保DFIG输出解耦的有功功率和无功功率；中间直流环节采用电容连接，两个变流器实现独立控制并进行有功交换；旋转坐标系交直轴电流通过变换得到的电压电流量均为直流量，采用变流器控制系统，电流d轴分量与交流侧电流的有功分量对应，电流q轴分量与交流侧电流的无功分量对应，实现对交流侧电流有功分量和无功分量的独立解耦控制。


3.根据权利要求1所述的多源耦合系统暂态电压控制方法，其特征在于，所述的步骤1.1)中，具体方法为：
双馈风电机组有功出力公式为：



其中，PW为转子机械功率；r为风机转子半径；Fa为空气阻力系数；VW是风速，为系统功角；
双馈风电机组机械转矩计算公式为：



其中，Tm为转子机械转矩；PW为转子机械功率；Wm为转子侧转速标幺值。


4.根据权利要求1所述的多源耦合系统暂态电压控制方法，其特征在于，所述的步骤1.2)中，具体方法为：
派克变换公式如下：



其中，ia、ib、ic为网侧三相电流；id为直轴电流，iq为交轴电流，i0为零轴电流，θ为相电流夹角；
忽略零轴分量可得：



派克反变换为如下形式：



其中，派克变换的系数为2/3，派克反变换的系数为1；
网侧电压源型PWM变流器的拓扑结构中，uo、ub、uc为网侧三相电压；va、vb、vc分别为变流器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，白恩铭，徐建源，张强，迟成，孙俊杰，袁鹏，李欣蔚，张涛，王聪颖，刘洋，付钰惠，曾辉，
申请(专利权)人：辽宁东科电力有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21