一种储能MMC-同步机并联供电系统的暂态稳定提升方法技术方案

本发明专利技术公开了一种储能MMC

【技术实现步骤摘要】
一种储能MMC
‑
同步机并联供电系统的暂态稳定提升方法


[0001]本专利技术属于电力系统输配电
，具体涉及一种储能MMC
‑
同步机并联供电系统的暂态稳定提升方法。

技术介绍

[0002]随着电力电子器件的高速发展，基于电压源型换流器的柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current，VSC
‑
HVDC)技术也得到广泛应用。相较基于半控型器件的传统直流系统，VSC
‑
HVDC具有控制灵活、不需要电网提供换相电压、可独立控制有功功率及无功功率、可以为无源网络提供同步交流电源支撑等优势，且具有向无源网络供电、可独立控制有功功率及无功功率、能灵活地实现潮流反转等优点，在新能源并网、交流大电网之间互联、海上风电接入、直流配电网等场景中应用广泛，发展前景巨大。其中模块化多电平换流器MMC凭借其谐波分量较少，不需要应用功率器件串联技术等优势，成为了大规模新能源基地并网中首选的电压源换流器。与此同时，MMC
‑
HVDC作为重要的非同步机电源，在未来电力系统中能够替代同步机电源向系统中供电。
[0003]MMC
‑
HVDC作为非同步机电源时，主要有跟网型和构网型两种典型控制策略。跟网型MMC通常采用电流矢量控制，外环控制器实现有功/无功量的解耦控制，有功控制环通常定有功功率，无功环可以采用定无功功率/交流电压控制策略，采用锁相环(phase locked loop，PLL)跟踪并网点电压，实现与有源电网的同步。当MMC配备储能装置时，其既能采用跟网型控制也能采用构网型控制，并且能够在储能装置容量范围内具备有功、无功的吞吐能力，因此储能MMC在并网运行、向无源网络供电等应用场景中灵活性更强。
[0004]随着电能需求的增长、环保压力的增大，对清洁能源的需求不断上升，未来传统同步机电源的主导地位将被打破；随着同步机电源逐渐被非同步机电源取代，具备四象限运行能力的储能MMC具备更加广阔的应用前景。现有MMC故障穿越策略中，最常用的两种策略是：
①
故障期间MMC向系统全部注入无功电流[S.De Rijcke,H.Ergun and D.Van Hertem,et al,"Grid Impact of Voltage Control and Reactive Power Support by Wind Turbines Equipped With Direct
‑
Drive Synchronous Machines,"IEEE Trans.Sustain.Energy,vol.3,no.4,pp.890
‑
898,Oct.2012]；
②
故障期间根据MMC的并网阻抗角调整MMC的注入有功、无功电流分量[MA S,GENG H and LIU L,et al.Grid
‑
Synchronization Stability Improvement of Large Scale Wind Farm During Severe Grid Fault[J].IEEE Trans.Power Syst.2018,33(1):216
‑
226]。
[0005]上述两种故障穿越策略主要用于提升MMC自身的并网暂态稳定性，然而，在储能MMC
‑
同步机并联供电系统中，其可能无法发挥储能MMC的有功吞吐能力，不利于提升系统的暂态稳定。因此，需要另外研究储能MMC
‑
同步机并联供电系统暂态稳定提升策略，以实现未来储能MMC
‑
同步机并联供电系统稳定可靠地运行。

技术实现思路

[0006]鉴于上述，本专利技术提供了一种储能MMC
‑
同步机并联供电系统的暂态稳定提升方法，能够优化储能MMC在故障期间的电流注入策略，提升系统的暂态稳定性，具有良好的鲁棒性；相比传统的MMC故障穿越策略更具优势，该控制方法实施简单，适用性强，在工程设计中有较高的实用价值。
[0007]一种储能MMC
‑
同步机并联供电系统的暂态稳定提升方法，包括如下步骤：
[0008](1)对于储能MMC
‑
同步机并联供电系统，当发生交流侧短路故障时采集同步机的转子角频率并传送给储能MMC；
[0009](2)储能MMC根据所述转子角频率计算同步机功角与并网点电压相位之间的角度差；
[0010](3)根据所述角度差确定故障期间储能MMC注入电流的有功分量指令值和无功分量指令值；
[0011](4)储能MMC由正常工作模式切换至电流饱和模式，并使其在故障期间的注入电流跟踪上述指令值，从而提升系统暂态稳定性。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中利用广域测量系统(Wide Area Measurement System，WAMS)采集同步机的转子角频率。
[0013]进一步地，所述步骤(2)中通过以下公式计算同步机功角与并网点电压相位之间的角度差；
[0014][0015]其中：θ
gs
为故障期间同步机功角与并网点电压相位之间的角度差，t
f
为故障持续时间，θ
gs0
为稳态下同步机功角与并网点电压相位之间的角度差，ω0为系统额定角频率，ω
g
为同步机的转子角频率，ω
s
为并网点电压角频率，t表示时间。
[0016]进一步地，所述并网点电压角频率ω
s
通过储能MMC的锁相环检测得到。
[0017]进一步地，所述步骤(3)中通过以下表达式确定故障期间储能MMC注入电流的有功分量指令值和无功分量指令值；
[0018][0019]其中：I
d*
和I
q*
分别为故障期间储能MMC注入电流的有功分量指令值和无功分量指令值，I
max
为储能MMC的电流限幅值，为电流注入角度参考值。
[0020]进一步地，所述电流注入角度参考值其中θ
gs
为故障期间同步机功角与并网点电压相位之间的角度差。
[0021]进一步地，所述步骤(4)中当储能MMC检测到并网点电压幅值跌落至电压阈值以下，则其由正常工作模式切换至电流饱和模式。
[0022]进一步地，所述步骤(4)中使储能MMC在故障期间的注入电流跟踪指令值，即将指令值作为储能MMC内环电流控制器的参考值，当并网点电压恢复至电压阈值以上，则将储能MMC切换回正常工作模式，完成故障穿越。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益技术效果：
[0024]1.本专利技术为储能MMC
‑
同步机并联供电系统提供了一种可行的控制策略，能够利用同步机转速信息调整MMC的注入电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种储能MMC
‑
同步机并联供电系统的暂态稳定提升方法，包括如下步骤：(1)对于储能MMC
‑
同步机并联供电系统，当发生交流侧短路故障时采集同步机的转子角频率并传送给储能MMC；(2)储能MMC根据所述转子角频率计算同步机功角与并网点电压相位之间的角度差；(3)根据所述角度差确定故障期间储能MMC注入电流的有功分量指令值和无功分量指令值；(4)储能MMC由正常工作模式切换至电流饱和模式，并使其在故障期间的注入电流跟踪上述指令值，从而提升系统暂态稳定性。2.根据权利要求1所述的暂态稳定提升方法，其特征在于：所述步骤(1)中利用广域测量系统WAMS采集同步机的转子角频率。3.根据权利要求1所述的暂态稳定提升方法，其特征在于：所述步骤(2)中通过以下公式计算同步机功角与并网点电压相位之间的角度差；其中：θ
gs
为故障期间同步机功角与并网点电压相位之间的角度差，t
f
为故障持续时间，θ
gs0
为稳态下同步机功角与并网点电压相位之间的角度差，ω0为系统额定角频率，ω
g
为同步机的转子角频率，ω
s
为并网点电压角频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨立滨，李红霞，刘庭响，陈春萌，韩连山，罗皓，
申请(专利权)人：国网青海省电力公司经济技术研究院国网青海省电力公司清洁能源发展研究院国家电网有限公司南京南瑞继保工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：