提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制方法，属于特高压直流外送系统送端频率稳定性领域。首先，结合送端系统最大调频备用容量和扰动后的不平衡功率，分析了不同场景下的系统调频需求，提出了特高压直流系统的多时间尺度调频控制策略，使其同时具备惯量支撑与一次调频的能力；其次，结合同步机一次调频最大备用容量，设计了特高压直流系统调频控制策略的死区值，实现了不同场景下特高压直流系统惯量支撑与一次调频作用的自适应切换，在保证送端交流系统频率稳定的同时实现同步机调频能力的充分利用；最后，分析了不同场景下频率支撑协调控制策略的动态响应特性，进一步凸显了其相比于现有控制策略的优越性。越性。越性。

【技术实现步骤摘要】
提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制方法


[0001]本专利技术涉及特高压直流外送系统送端频率稳定性领域，特别涉及一种提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制方法，以保证送端电网的频率稳定。

技术介绍

[0002]新能源大规模开发利用是未来的发展趋势。基于电网换相型换流器的高压直流输电技术(Line Commutated Converter
‑
High Voltage Direct Current，LCC
‑
HVDC)具有损耗低、造价低、可靠性高等特点，可大幅提高电网远距离、大容量输电能力，是大型新能源基地联网外送的有效手段。送端系统新能源高占比、交直流混联电网的格局日益凸显，由此带来的惯量水平降低、频率调节能力下降等问题受到了广泛关注，如何提升特高压直流系统送端电网的频率稳定性是亟待解决的关键问题。送端系统内可利用的调频资源主要包括同步机组、新能源以及特高压直流系统，其中，新能源主动支撑系统频率是当前的研究热点，包括惯量支撑、一次调频及二次调频等控制策略，但由于风电和光伏等新能源具有间歇性、不确定性和随机性等特点，使其参与系统频率调节通常需要留有一定备用容量或配备储能，调频能力受运行工况影响较大，且存在调节成本高、协调复杂等问题。特高压直流系统具有可控性强、响应速度快以及控制自由度高等优势，使其主动参与送端系统频率调节可有效提升新能源的消纳能力，在保证新能源最大出力的同时维持送端系统频率稳定。当前有关频率稳定性问题的研究主要是针对同步机调频容量充足情况下，特高压直流系统仅提供惯量支撑，而对于惯量水平低及调频能力差的大规模新能源外送系统而言，有必要进一步挖掘特高压直流系统的调控潜力，设计其与同步机共同支撑系统频率的多时间尺度协调控制策略具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制方法，解决了现有控制策略的参与导致同步机调频能力发挥不充分的问题。本专利技术综合考虑特高压直流系统与传统同步电源的频率响应特性，提升系统频率稳定性的同时实现调频资源的合理利用，以保证送端电网的频率稳定性。
[0004]本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：
[0005]提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制方法，首先，结合送端系统最大调频备用容量和扰动后的不平衡功率，分析了不同场景下的系统调频需求，提出了特高压直流系统的多时间尺度调频控制策略，使其同时具备惯量支撑与一次调频的能力；其次，结合同步机一次调频最大备用容量，设计了特高压直流系统调频控制策略的死区值，实现了不同场景下特高压直流系统惯量支撑与一次调频作用的自适应切换，在保证送端交流系统频率稳定的同时实现同步机调频能力的充分利用；最后，分析了不同场景下频率支撑协调控制策略的动态响应特性，进一步凸显了其相比于现有控制策略的优越性。以送端系统同步机最大调频备用容量和受扰后的不平衡功率划分工况，分析其频率支撑需求；此外，综合
考虑同步机与特高压直流的响应速度及支撑能力差异，设计了特高压直流系统多时间尺度调频控制策略，使其同时具备惯量支撑与一次调频的能力；通过控制参数的设计使特高压直流系统在面向不同频率支撑需求时能够呈现不同的频率响应特性，在实现调频资源充分利用的同时维持送端系统频率稳定；包括以下步骤：
[0006]步骤(1)频率支撑需求分析；
[0007]步骤(2)特高压直流系统多时间尺度调频控制策略设计，
[0008]步骤(3)关键参数设计，结合同步机一次调频最大备用容量，设计特高压直流系统调频控制策略的死区值，实现不同场景下特高压直流系统惯量支撑与一次调频作用的自适应切换，在保证送端交流系统频率稳定的同时实现同步机调频能力的充分利用。
[0009]步骤(1)所述的频率支撑需求分析是：
[0010]若功率扰动后，送端交流系统不平衡功率满足式(1)的约束，即同步机的备用容量可完全消纳不平衡功率，此时送端系统的频率调节任务可仅由同步机承担；
[0011]ΔP
unb
≤ΔP
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0012]式中，P
max
是同步机一次调频最大备用容量，P
unb
是交流系统的不平衡功率；
[0013]若功率扰动后，送端交流系统不平衡功率不满足式(1)的约束，即送端交流系统的同步机一次调频无法完全调节不平衡功率，此时送端系统的频率调节任务由同步机和直流共同承担。
[0014]步骤(2)所述的特高压直流系统多时间尺度调频控制策略设计是：将频率变化率和频率偏差引入直流有功控制环节中，并设计限幅及死区环节，令其在功率扰动后可快速主动支撑系统频率，同时具备惯量支撑与一次调频作用自适应切换的能力；特高压直流输电系统的多时间尺度调频控制策略包括控制环节1和控制环节2两个部分，其中，控制环节1设有死区值f
H
，因新能源高占比的送端系统惯量水平低，控制环节2不设死区，以下所述频率协调控制策略死区即为控制环节1的死区；多时间尺度调频控制策略原理表达式如下所示；
[0015][0016]式中，f是交流系统频率，f
ref
是频率参考值，Δf为频率偏差；K
p
是比例增益，K
i
是积分增益，K
d
为微分调节系数，x
i
是直流系统状态量，为防止积分项过大导致直流功率过度调节，同时兼顾调节过程平滑与功率恢复速度，将其下限值和上限值分别设置为0和x
imax
；ΔP
i
和ΔP
max
分别为频率偏差超出死区值后控制环节1引起的直流功率变化量及其上限值，ΔP0是控制环节2引起的直流功率变化量，P
LD
是直流系统输出功率，P
ref
为功率参考值。
[0017]步骤(3)所述的参数设计是：扰动初期，同步机的转动惯量自然响应不平衡功率；当同步机转速超过调速器死区后，其通过改变原动机的进汽或进水阀门位置，调节原动机输出的机械功率，进而改善机械功率与电磁功率的不平衡状态；一次调频在原动机调速系统作用下自动完成，一次调频响应的不平衡功率一般限幅在额定负荷的6％以内；其调节原理如下式所示：
[0018]ΔP
G
＝K
G
·
Δf
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0019]式中，K
G
为一次调频的调节系数，ΔP
G
为一次调频所调节的不平衡功率；
[0020]综合同步机和特高压直流的调频优势，以同步机一次调频的最大备用容量来确定特高压直流系统多时间尺度调频控制策略的死区值，如式(4)所示，实现在充分发挥同步机调节能力的同时降低送端扰动对受端系统的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制方法，其特征在于：以送端系统同步机最大调频备用容量和受扰后的不平衡功率划分工况，分析其频率支撑需求；此外，综合考虑同步机与特高压直流的响应速度及支撑能力差异，设计了特高压直流系统多时间尺度调频控制策略，使其同时具备惯量支撑与一次调频的能力；通过控制参数的设计使特高压直流系统在面向不同频率支撑需求时能够呈现不同的频率响应特性，在实现调频资源充分利用的同时维持送端系统频率稳定；包括以下步骤：步骤(1)频率支撑需求分析；步骤(2)特高压直流系统多时间尺度调频控制策略设计，步骤(3)关键参数设计，结合同步机一次调频最大备用容量，设计特高压直流系统调频控制策略的死区值，实现不同场景下特高压直流系统惯量支撑与一次调频作用的自适应切换，在保证送端交流系统频率稳定的同时实现同步机调频能力的充分利用。2.根据权利要求1所述的提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制方法，其特征在于：步骤(1)所述的频率支撑需求分析是：若功率扰动后，送端交流系统不平衡功率满足式(1)的约束，即同步机的备用容量可完全消纳不平衡功率，此时送端系统的频率调节任务可仅由同步机承担；ΔP
unb
≤ΔP
max (1)式中，P
max
是同步机一次调频最大备用容量，P
unb
是交流系统的不平衡功率；若功率扰动后，送端交流系统不平衡功率不满足式(1)的约束，即送端交流系统的同步机一次调频无法完全调节不平衡功率，此时送端系统的频率调节任务由同步机和直流共同承担。3.根据权利要求1所述的提升特高压直流系统送端频率稳定性的协调控制方法，其特征在于：步骤(2)所述的特高压直流系统多时间尺度调频控制策略设计是：将频率变化率和频率偏差引入直流有功控制环节中，并设计限幅及死区环节，令其在功率扰动后可快速主动支撑系统频率，同时具备惯量支撑与一次调频作用自适应切换的能力；特高压直流输电系统的多时间尺度调频控制策略包括控制环节1和控制环节2两个部分，其中，控制环节1设有死区值f
H
，因新能源高占比的送端系统惯量水平低，控制环节2不设死区，以下所述频率协调控制策略死区即为控制环节1的死区；多时间尺度调频控制策略原理表达式如下所示；式中，f是交流系统频率，f
ref

【专利技术属性】
技术研发人员：迟程缤，朱琳，刘杉，范征，刘琪，李凡，辛业春，江守其，张光南，李国庆，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：