增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制方法和系统，包括：受端交流电网故障时，基于受端交流电网频率，确定GSVSC的直流侧电压参考值；采用GSVSC的双闭环控制技术，将GSVSC的直流侧电压控制为其自身的参考值；基于WFVSC的直流侧电压，确定WFVSC的交流侧频率参考值；采用WFVSC的双闭环控制技术，将WFVSC的交流侧频率控制为其自身的参考值；利用WFVSC的交流侧频率，控制风电场的有功输出。本发明专利技术提供的技术方案，GSVSC将频率变化信息与直流电压耦合，同时电容吸收/释放自身能量平抑系统频率变化，WFVSC将直流电压变化信息等比例反映为风电场侧频率变化，根据此变化DFIG控制系统调整有功出力，以响应系统频率变化，提高了海上风电并网系统对受端交流电网的惯量支撑能力。惯量支撑能力。惯量支撑能力。

【技术实现步骤摘要】
增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制方法和系统


[0001]本专利技术涉及海上风力发电
，具体涉及增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制方法和系统。

技术介绍

[0002]随着新能源发电的快速发展，包括风电、光伏在内的新能源装机容量已经在电力系统中占有相当重的比例。
[0003]在大规模海上风电并网系统中，存在大量的新能源并网换流器，这些电力电子设备属于静止设备，缺乏类似于传统同步发电机的转动惯量；
[0004]另外，柔性直流输电(VSC
‑
HVDC)是大规模海上风电的典型并网方式，VSC
‑
HVDC解耦了海上风电场与受端交流电网，使得海上风电场中双馈风电机组的旋转动能被隐藏起来，海上风电场与受端交流电网之间不能相互提供支援；
[0005]上述因素导致海上风电并网系统中的机械转动惯量不足，即海上风电场无法实时获取受端交流电网的频率变化信息，从而无法为受端交流电网提供惯量支撑。
[0006]随着海上风电并网比例的不断提高，机械转动惯量不足会导致海上风电并网系统难以应对受端交流电网负荷波动和系统故障导致的频率偏移问题，严重影响海上风电并网系统和受端交流电网的安全稳定运行。
[0007]在传统控制策略中，多采用远程通信方式将受端交流电网的频率偏差信息传递到风电场，利用风电机组的旋转动能实现惯量支撑。这种方式依赖远程通信，不仅增加了设备投资，还存在延时和可靠性差等问题。
[0008]因此，有必要研究海上风电并网系统的控制方式，使海上风电并网系统具有类似于传统同步电机惯量支撑与一次调频的功能。

技术实现思路

[0009]针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制方法和系统，该方法当受端交流电网发生故障时，网侧换流器采用惯量控制，将频率变化信息与直流电压耦合，同时电容吸收/释放自身能量平抑系统频率变化，风电场侧换流器采用频率控制，将直流电压变化信息等比例反映为风电场侧频率变化，根据此变化DFIG控制系统调整有功出力，以响应系统频率变化，提高了海上风电并网系统对受端交流电网的惯量支撑能力。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：
[0010]本专利技术提供一种增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制方法，所述海上风电并网系统采用柔性直流输电技术进行并网，所述方法包括：
[0011]当受端交流电网发生故障时，基于受端交流电网频率，确定海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压参考值；
[0012]采用网侧换流器的双闭环控制技术，将所述网侧换流器的直流侧电压控制为该网侧换流器的直流侧电压参考值；
[0013]基于海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压，确定所述风电场侧换流器的交流侧频率参考值；
[0014]采用风场侧换流器的双闭环控制技术，将所述风电场侧换流器的交流侧频率控制为该风电场侧换流器的交流侧频率参考值；
[0015]利用所述风电场侧换流器的交流侧频率，控制海上风电并网系统中风电场的有功输出；
[0016]其中，海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压等于海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压。
[0017]本专利技术提供一种增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制系统，所述海上风电并网系统采用柔性直流输电技术进行并网，所述系统包括：
[0018]第一确定模块，用于当受端交流电网发生故障时，基于受端交流电网频率，确定海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压参考值；
[0019]第一控制模块，用于采用网侧换流器的双闭环控制技术，将所述网侧换流器的直流侧电压控制为该网侧换流器的直流侧电压参考值；
[0020]第二确定模块，用于基于海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压，确定所述风电场侧换流器的交流侧频率参考值；
[0021]第二控制模块，用于采用风场侧换流器的双闭环控制技术，将所述风电场侧换流器的交流侧频率控制为该风电场侧换流器的交流侧频率参考值；
[0022]第三控制模块，用于利用所述风电场侧换流器的交流侧频率，控制海上风电并网系统中风电场的有功输出；
[0023]其中，海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压等于海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压。
[0024]与最接近的现有技术相比，本专利技术具有的有益效果：
[0025]本专利技术提供的技术方案，当受端交流电网发生故障时，基于受端交流电网频率，确定海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压参考值；采用网侧换流器的双闭环控制技术，将所述网侧换流器的直流侧电压控制为该网侧换流器的直流侧电压参考值；基于海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压，确定所述风电场侧换流器的交流侧频率参考值；采用风场侧换流器的双闭环控制技术，将所述风电场侧换流器的交流侧频率控制为该风电场侧换流器的交流侧频率参考值；利用所述风电场侧换流器的交流侧频率，控制海上风电并网系统中风电场的有功输出；该方案当受端交流电网发生故障时，网侧换流器采用惯量控制，将频率变化信息与直流电压耦合，同时电容吸收/释放自身能量平抑系统频率变化，风电场侧换流器采用频率控制，将直流电压变化信息等比例反映为风电场侧频率变化，根据此变化DFIG控制系统调整有功出力，以响应系统频率变化，提高了海上风电并网系统对受端交流电网的惯量支撑能力。
附图说明
[0026]图1是一种增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制方法流程图；
[0027]图2是一种增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制系统结构图；
[0028]图3是本专利技术实施例中海上风电并网系统的控制策略框图；
[0029]图4是本专利技术实施例中海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC的网侧换流器的双闭环控制原理图；
[0030]图5是本专利技术实施例中海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC的风电场侧换流器的双闭环控制原理图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]实施例1：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强海上风电并网系统惯量响应能力的控制方法，所述海上风电并网系统采用柔性直流输电技术进行并网，其特征在于，所述方法包括：当受端交流电网发生故障时，基于受端交流电网频率，确定海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压参考值；采用网侧换流器的双闭环控制技术，将所述网侧换流器的直流侧电压控制为该网侧换流器的直流侧电压参考值；基于海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压，确定所述风电场侧换流器的交流侧频率参考值；采用风场侧换流器的双闭环控制技术，将所述风电场侧换流器的交流侧频率控制为该风电场侧换流器的交流侧频率参考值；利用所述风电场侧换流器的交流侧频率，控制海上风电并网系统中风电场的有功输出；其中，海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压等于海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压参考值的计算式如下：式中，为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压参考值，T
GSVSC
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的惯性时间常数，S
GSVSC
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的额定容量，C
GSVSC
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧等效电容，f
N
为受端交流电网的额定频率，f为受端交流电网频率，U
GSVSC,dcN
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的网侧换流器的直流侧电压额定值。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述风电场侧换流器的交流侧频率参考值的计算式如下：式中，为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的交流侧频率参考值，f
WF0
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的交流侧初始频率，C
WFVSC
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧等效电容，T
WFVSC
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的惯性时间常数，S
WFVSC
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的额定容量，f
N
为受端交流电网的额定频率，U
WFVSC,dcN
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压额定值，ΔU
WFVSC,dc
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压偏差；所述ΔU
WFVSC,dc
的计算式如下所述：ΔU
dc
＝U
dc
‑
U
WFVSC,dcN
式中，U
dc
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的直流侧电压。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用所述风电场侧换流器的交流侧频率，控制海上风电并网系统中风电场的有功输出，包括：基于所述风电场侧换流器的交流侧频率，确定海上风电并网系统中风电场对应的带有频率变化信息的有功调整量；控制海上风电并网系统中风电场的有功输出为该风电场对应的带有频率变化信息的有功调整量与该风电场在原有MPPT控制下的有功参考值的加和。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述海上风电并网系统中风电场对应的带有频率变化信息的有功调整量的计算式如下：式中，P
ad
为海上风电并网系统中风电场对应的带有频率变化信息的有功调整量，K
I
为PID控制器中的比例系数，Δf
WF
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的交流侧频率偏差，K
D
为PID控制器中的积分系数，f
WF
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的交流侧频率；其中，所述Δf
WF
的计算式如下：Δf
WF
＝f
WF
‑
f
WF0
其中，f
WF0
为海上风电并网系统中VSC
‑
HVDC系统的风电场侧换流器的交流侧初始频率。6.一种增强海上风电并网系统惯...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟永宁，李琰，刘宏志，樊肖杰，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：