一种提高海上风电MMC-HVDC并网系统稳定运行能力的振荡抑制方法、系统及计算机可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种提高海上风电MMC

【技术实现步骤摘要】
一种提高海上风电MMC
‑
HVDC并网系统稳定运行能力的振荡抑制方法、系统及计算机可读存储介质


本专利技术涉及一种提高海上风电MMC
‑
HVDC并网系统稳定运行能力的振荡抑制方法、系统及计算机可读存储介质，用以增强系统阻尼，抑制系统振荡，最大程度地提高海上风电MMC
‑
HVDC并网系统的稳定运行能力，属于风力发电


技术介绍

基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的柔性直流输电技术由于具有输出电压谐波低、子模块数易于拓展、较低的开关损耗、能对有功和无功功率进行单独调节等优点，成为远距离、大规模海上风电场并网的优选方案。与传统的电力系统输电不同，海上风电MMC
‑
HVDC并网系统中的并网装备多为电力电子式变流装备，其控制性能和动态响应特性由控制器本身结构和控制策略决定，具有弱“致稳性”，而异构化装备(海上风电场、MMC)互联及多时间尺度控制器相互作用导致整个系统表现出宽频带动态响应特性。因此，受系统稳态运行点和装备控制器控制特性的影响，海上风电MMC
‑
HVDC并网系统容易出现宽频范围内的振荡失稳。此外，海上风电MMC
‑
HVDC并网系统在不同场景下所存在的振荡失稳现象揭示了系统目前参数优化设计技术并未得到充分研究。因此，如何针对海上风电MMC
‑
HVDC并网系统振荡失稳进行优化控制以及提高海上风电MMC
‑
HVDC并网系统的稳定运行能力是必须解决的重要问题。目前国内外学者已展开了相关研究，如已公开的下列文献：
[0001]黄智达，李德波.基于DESAPSO混合算法的MMC
‑
HVDC系统控制参数优化[J].水电能源科学，2018，36(12):192
‑
196。
[0002]朱蜀，刘开培，王庆，李彧野，秦亮，季柯，程帆，王方洲.基于电容能量的模块化多电平换流器次同步振荡抑制及其阻抗分析[J].中国电机工程学报，2021，41(06):2230
‑
2245。文献[1]提出了一种基于差分进化模拟退火粒子群优化混合算法的MMC
‑
HVDC系统控制参数优化方法，其中MMC
‑
HVDC并网系统控制参数优化为局部系统控制器参数优化，导致待优化参数冗余的问题。此外，该参数优化控制方法并未充分考虑各电力电子装备之间的相互影响，没有全面分析待优化参数对互联系统的稳定性影响。文献[2]提出了一种基于MMC电容能量控制的次同步振荡抑制方法。通过对MMC桥臂中的零序环流分量的调控来控制子模块存储的电容能量，进而依据MMC
‑
HVDC并网系统公共连接点频率控制电容能量提高谐振频率处的阻尼特性，明显减少其在谐振频率处的阻抗幅值，但是该方法具有鲁棒性差以及不适用于结构复杂系统的多种运行工况等问题。

技术实现思路

针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提出一种提高海上风电MMC
‑
HVDC并网系统稳定运行能力的振荡抑制方法，本方法可有效增强系统阻尼，抑制系统振荡，
显著增强并网系统动态稳定性，最大程度地提高海上风电MMC
‑
HVDC并网系统的稳定运行能力。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种提高海上风电MMC
‑
HVDC并网系统稳定运行能力的振荡抑制方法，在MMC环流控制器中引入抑制相间零序环流分量的控制环节；再将环流控制器中与抑制相间零序环流分量有关的电阻系数进行初始化，通过系统失稳判据判断，如果不发生振荡失稳，则以初始化电阻系数作为电阻系数最终优化参数；如果振荡失稳，则对初始化电阻系数进行优化，每优化一次，再通过系统失稳判据重新判断是否振荡失稳，直到不发生振荡失稳为止，最后优化的电阻系数即为电阻系数最终优化参数；将该电阻系数最终优化参数设定为环流控制器的电阻系数，即实现系统振荡抑制。具体实现步骤如下：A1)对MMC环流控制器进行改进优化，引入抑制相间零序环流分量的控制环节；其中阻尼控制器的传递函数F
c0
(s)的表达式为：式中：R
c
为有源阻尼的电阻系数；ω
c
为高通滤波器的截止频率；s为拉普拉斯算子；A2)初始化改进环流控制器参数，将其中优化控制参数电阻系数R
c
初始化：R
c
＝R
c
‑
st
式中：R
c
‑
st
为改进环流控制器电阻系数初始给定值；A3)定义Z
MMCeq
(s)为MMC阻抗，Z
WF
(s)为风场阻抗，Z
g
(s)为集线网络阻抗，ΔZ
M
为Z
MMCeq
(s)和Z
WF
(s)+Z
g
(s)的幅值差，ΔZ
P
为两者相位差的绝对值，其计算公式为：式中：为MMC阻抗幅值；风场阻抗幅值；为集线网络阻抗幅值；为MMC阻抗相位；风场阻抗相位；为集线网络阻抗相位；A4)在步骤A3)的基础上，得到系统失稳判据为：式中：ΔZ
M
为0说明Z
MMCeq
(s)和Z
WF
(s)+Z
g
(s)幅值大小相同，系统在交点频率处可能发生振荡。若同时在该交点频率处ΔZ
P
超过180
°
，系统会在该频率处发生小干扰失稳。A5)根据步骤A4)的系统失稳判据，判断海上风电MMC
‑
HVDC并网系统投入改进环流控制器后的阻抗模型是否满足幅值和相位的要求。当不满足步骤A4)的系统失稳判据时，系统不发生振荡失稳，则不需要对改进环流控制器电阻系数进行优化，改进环流控制器电阻系数最终优化参数R
c
‑
end
计算公式为：R
c
‑
end
＝R
c
当满足步骤A4)的系统失稳判据时，系统将发生振荡失稳，则需要对改进环流控制器初始给定值R
c
‑
st
进行优化，转至步骤A6)；
A6)在改进环流控制器电阻系数参数优化环节，首先比较改进环流控制器电阻系数初始给定值R
c
‑
st
和维持系统不发生振荡失稳的最大电阻系数R
cmax
的大小关系。若改进环流控制器电阻系数初始给定值R
c
‑
st
大于维持系统不发生振荡失稳的最大电阻系数R
cmax
，则需要降低电阻系数，其迭代公式为：R
c
＝R
c
‑
S
c
式中：S
c
表示每一次参数迭代改进环流控制器初始参数变化的程度，兼顾参数优化算法的收敛性和快本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高海上风电MMC
‑
HVDC并网系统稳定运行能力的振荡抑制方法，其特征在于：在MMC环流控制器中引入抑制相间零序环流分量的控制环节；再将环流控制器中与抑制相间零序环流分量有关的电阻系数进行初始化，通过系统失稳判据判断，如果不发生振荡失稳，则以初始化电阻系数作为电阻系数最终优化参数；如果振荡失稳，则对初始化电阻系数进行优化，每优化一次，再通过系统失稳判据重新判断是否振荡失稳，直到不发生振荡失稳为止，最后优化的电阻系数即为电阻系数最终优化参数；将该电阻系数最终优化参数设定为环流控制器的电阻系数，实现系统振荡抑制。2.根据权利要求1所述的一种提高海上风电MMC
‑
HVDC并网系统稳定运行能力的振荡抑制方法，其特征在于：具体步骤如下；A1)在MMC环流控制器中引入抑制相间零序环流分量的控制环节；抑制相间零序环流分量的控制环节中阻尼控制器的传递函数F
c0
(s)的表达式为：式中：R
c
为有源阻尼的电阻系数；ω
c
为高通滤波器的截止频率；s为拉普拉斯算子；A2)将环流控制器控制参数中的电阻系数R
c
按下式进行初始化：R
c
＝R
c
‑
st
式中：R
c
‑
st
为环流控制器电阻系数初始给定值；A3)定义Z
MMCeq
(s)为MMC阻抗，Z
WF
(s)为风场阻抗，Z
g
(s)为集线网络阻抗，ΔZ
M
为Z
MMCeq
(s)和Z
WF
(s)+Z
g
(s)的幅值差，ΔZ
P
为Z
MMCeq
(s)和Z
WF
(s)+Z
g
(s)两者相位差的绝对值，其计算公式为：式中：为MMC阻抗幅值；为风场阻抗幅值；为集线网络阻抗幅值；为MMC阻抗相位；为风场阻抗相位；为集线网络阻抗相位；A4)在步骤A3)的基础上，得到系统失稳判据为：A5)当不满足步骤A4)的系统失稳判据时，海上风电MMC
‑
HVDC并网系统不发生振荡失稳，则环流控制器电阻系数最终优化参数R
c
‑
end
计算公式为：R
c
‑
end
＝R
c
当满足步骤A4)的系统失稳判据时，海上风电MMC
‑
HVDC并网系统发生振荡失稳，则转至步骤A6)对环流控制器初始给定值R
c
‑
st
进行优化；A6)比较环流控制器电阻系数初始给定值R
c
‑
st
和维持系统不发生振荡失稳的最大电阻系数R
cmax
的大小关系；若环流控制器电阻系数初始给定值R
c
‑
st
大于维持系统不发生振荡失稳的最大电阻系数R
cmax
，则需要降低电阻系数，其迭代公式为：R
c
＝R
c
‑
S
c
式中：S
c
表示每一次参数迭代环流控制器初始参数变化的程度；若环流控制器电阻系数初始给定值R
c
‑
st
小于维持系统不发生振荡失稳的最大电阻系数R
cmax
，则需要增加电阻系数，其迭代公式为：R
c
＝R
c
+S
c
在进行第一次参数迭代后，得到新的优化后的环流控制器电阻系数R
c
，再根据步骤A3)、A4)和A5)重新对系统进行稳定性判定；A7)通过不断迭代，直至优化后的环流控制器电阻系数R
c
可以维持系统不发生振荡失稳，此时的环流控制器电阻系数R
c
即为环流控制器电阻系数最终优化参数R
c
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：黄阮明，李灏恩，王晓晖，费斐，韩华春，李强，张铭泽，王诗皓，姚骏，龚晟，钟勤敏，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司重庆大学，
类型：发明
国别省市：