一种100％新能源送端电网的后备电压频率支撑方法技术

本发明专利技术公开了一种100％新能源送端电网的后备电压频率支撑方法，包括：(1)选择100％新能源送端电网中的后备电压频率支撑节点，包括后备电压频率支撑节点的电压等级和位置；(2)在后备电压频率支撑节点上安装后备电压频率装置，所有后备电压频率装置采用功率同步控制；(3)新能源发电单元根据并网点频率动态调节其有功出力。本发明专利技术方法填补了送端柔性直流换流站双极闭锁时100％新能源基地控制策略的空白，通过后备电压频率支撑功能避免100％新能源送端电网非必要停运，可以提升系统运行可靠性，在实际工程中有巨大的应用价值。在实际工程中有巨大的应用价值。在实际工程中有巨大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种100％新能源送端电网的后备电压频率支撑方法


[0001]本专利技术属于电力系统输配电
，具体涉及一种100％新能源送端电网的后备电压频率支撑方法。

技术介绍

[0002]我国能源生产和需求呈逆向分布，即煤炭资源主要集中在中西部地区，可再生能源资源主要分布在“三北”地区和西南地区，而能源负荷主要集中在东部沿海地区。随着“3060双碳”目标的提出，未来我国将大力开发北部地区和西部地区的大型陆上新能源基地，可以预见这些新能源基地将普遍采用特高压直流输电技术外送。此外，我国将大力推进海上风电基地建设，加快推动海上风电集群化开发，重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大千万千瓦级海上风电基地。
[0003]沙漠、戈壁、荒漠地区建设的大型陆上新能源发电基地联网代价大、本地常规电源建设难度大，大规模海上风电更是本身就不存在交流电网。因此，送端电网将呈现出100％新能源基地+特高压柔性直流系统外送的形态，在这种送端电网中，新能源电源可以运行在常规的跟网型控制模式；而送端柔性直流换流站将采用V/f控制，用于为100％新能源送端电网提供稳定的电压和频率基准。
[0004]在电压和频率支撑方面，100％新能源送端电网与常规交流电网存在本质不同。从电压频率支撑角度来看，对于常规交流电网而言，整个电网的电压和频率通过分布在电网当中的同步机电源共同支撑，常规交流电网的电压频率支撑由同步机至下而上构建；单台同步机退出运行之后，系统仍然具备稳定运行的能力。对于100％新能源送端电网而言，如果只有送端柔性直流换流站采用构网型控制，整个电网的电压和频率支撑只由送端换流站集中提供，100％新能源送端电网电压频率支撑由送端柔性直流换流站从上至下构建；当直流系统故障导致送端柔性直流换流站双极闭锁后，100％新能源送端电网将失去电压频率支撑电源，此时送端电网将不具备稳定运行的条件。
[0005]从能量平衡角度来看，常规交流电网中存在大量旋转设备，暂态能量可以通过各种旋转设备平衡。100％新能源送端电网不含有同步机电源，正常情况下暂态能量只能通过送端柔性直流换流站平衡；当送端柔性直流换流站发生双极闭锁之后，暂态能量将导致送端电网出现电大幅度上升，严重影响送端电网中电气设备安全。
[0006]根据实际工程运行经验，特高压直流系统双极闭锁发生的概率约为每年1次，其中暂时性故障的概率最大。考虑到上述两点因素，100％新能源送端电网的需要具有后备电压频率支撑功能；在直流送出系统由于暂时性故障而发生双极闭锁时，可以通过后备电压频率支撑功能避免100％新能源送端电网全停。
[0007]到目前为止，已公开的绝大多数文献在并未考虑100％新能源送端电网的送端柔性直流换流站发生双极闭锁的情况；为了提升100％新能源送端电网的运行可靠性，很有必要对100％新能源送端电网的后备电压频率支撑方法进行研究。

技术实现思路

[0008]鉴于上述，本专利技术提供了一种100％新能源送端电网的后备电压频率支撑方法，该方法实施简单，通用性强，能够提升100％新能源送端电网的运行可靠性，在实际工程中有巨大的使用价值。
[0009]一种100％新能源送端电网的后备电压频率支撑方法，包括如下步骤：
[0010](1)从100％新能源送端电网中选取支撑节点；
[0011](2)在各支撑节点上安装后备电压频率支撑装置；
[0012](3)新能源场站根据并网点频率动态调节自身的有功出力。
[0013]进一步地，所述100％新能源送端电网包含有多个新能源场站，所述新能源场站可以是光伏电站、陆上风电场或海上风电场，新能源场站接入交流系统后经过多次升压后汇集至送端整流站。
[0014]进一步地，所述步骤(1)对于电网中的所有节点(即交流母线)，这些节点的电压等级总共有多组(如35kV、110kV、220kV或500kV等)，从最高电压等级的节点中选取除节点O以外的其他所有节点即作为支撑节点，所述节点O为与送端整流站直接相连的节点。
[0015]进一步地，所述后备电压频率支撑装置采用储能型MMC(模块化多电平换流器)，其中的储能元件采用蓄电池或者超级电容，储能元件经过串并联后构成储能装置，储能装置可通过接口电路集中布置在MMC直流侧，也可通过接口电路分散在MMC的子模块内。
[0016]进一步地，所述后备电压频率支撑装置采用功率同步控制策略，有功功率控制部分将有功功率的指令值与实际值作差后经过一阶惯性环节输出频率补偿量，无功功率控制部分将交流电压的指令值与实际值作差后经过PI控制输出电流指令值，其中有功功率指令值设定为0，交流电压指令值设定为1.0p.u.。
[0017]进一步地，所述一阶惯性环节的传递函数为其中D为阻尼系数，H为惯性时间常数，s为拉普拉斯算子，增益系数1/D设置为0.005～0.02p.u.。
[0018]进一步地，所述步骤(3)中新能源场站根据频率调节其有功出力，新的有功出力指令值等于在原有功出力指令值基础上乘以一个比例系数k。
[0019]进一步地，所述比例系数k由新能源场站的并网点频率决定，当并网点频率小于等于预设的频率阈值f
th1
时，k＝1；当并网点频率大于等于预设的频率阈值f
th2
时，k＝0；当并网点频率在f
th1
～f
th2
之间，则比例系数k随并网点频率增加而减小且呈线性关系。
[0020]进一步地，所述频率阈值f
th1
设置为1.004p.u.，频率阈值f
th2
设置为1.01p.u.。
[0021]基于上述技术方案，本专利技术具有以下有益技术效果：
[0022]1.本专利技术后备电压频率支撑方法填补了送端柔性直流换流站双极闭锁时100％新能源基地控制策略的空白，能为未来工程设计提供一定的参考。
[0023]2.本专利技术通过后备电压频率支撑功能避免100％新能源送端电网非必要停运，可以提升系统运行可靠性，在实际工程中有巨大的应用价值。
附图说明
[0024]图1为实施例中100％新能源送端电网经柔直送出系统的结构示意图。
[0025]图2(a)为储能装置集成在子模块中的储能型MMC结构示意图。
[0026]图2(b)为储能装置集中安装在直流侧的储能型MMC结构示意图。
[0027]图3(a)为功率同步控制的功率同步环结构示意图。
[0028]图3(b)为功率同步控制的定交流电压环结构示意图。
[0029]图4为频率调节比例系数与并网点频率的特性曲线示意图。
[0030]图5为实施例中送端换流站与各储能型MMC有功功率的仿真波形示意图。
[0031]图6为实施例中各储能型MMC频率偏差的仿真波形示意图。
[0032]图7为实施例中单个新能源场站有功功率的仿真波形示意图。
[0033]图8(a)为实施例中35kV母线交流电压有效值的仿真波形示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种100％新能源送端电网的后备电压频率支撑方法，包括如下步骤：(1)从100％新能源送端电网中选取支撑节点；(2)在各支撑节点上安装后备电压频率支撑装置；(3)新能源场站根据并网点频率动态调节自身的有功出力。2.根据权利要求1所述的后备电压频率支撑方法，其特征在于：所述100％新能源送端电网包含有多个新能源场站，所述新能源场站可以是光伏电站、陆上风电场或海上风电场，新能源场站接入交流系统后经过多次升压后汇集至送端整流站。3.根据权利要求1所述的后备电压频率支撑方法，其特征在于：所述步骤(1)对于电网中的所有节点，这些节点的电压等级总共有多组，从最高电压等级的节点中选取除节点O以外的其他所有节点即作为支撑节点，所述节点O为与送端整流站直接相连的节点。4.根据权利要求1所述的后备电压频率支撑方法，其特征在于：所述后备电压频率支撑装置采用储能型MMC，其中的储能元件采用蓄电池或者超级电容，储能元件经过串并联后构成储能装置，储能装置可通过接口电路集中布置在MMC直流侧，也可通过接口电路分散在MMC的子模块内。5.根据权利要求1所述的后备电压频率支撑方法，其特征在于：所述后备电压频率支撑装置采用功率同步控制策略，有功功率控制部分将有功功率的指令值与实际值作差后经过一阶惯性环节输出频率补偿量，无功功率控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张哲任，刘文韬，黄莹，董怡滟，徐政，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：