一种基于自适应参考功率的风电多端柔直系统调频方法技术方案

一种基于自适应参考功率的风电多端柔直系统调频方法，属于电力系统输配电领域。在岸上电网发生频率扰动时，通过直流电压判断扰动程度，当直流电压小于设定阈值时，正常侧换流站根据直流电压偏差和该侧频率偏差调整其自适应参考功率。当直流电压超出设定阈值时，送端换流站根据直流电压的偏差调整频率参考值，风电机组根据感受到的频率变化，进行综合惯性控制。采用虚拟惯性控制使其余换流站参与频率控制，同时根据直流电压偏差和扰动侧频率偏差自适应调整虚拟惯性系数，减小直流电压偏差。本发明专利技术可在降低频率扰动的同时，降低直流电压的偏差，同时对正常侧交流电网的频率影响较小。小。小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应参考功率的风电多端柔直系统调频方法


[0001]本专利技术属于电力系统输配电领域，更具体地，涉及一种基于自适应参考功率的风电多端柔直系统的调频方法。

技术介绍

[0002]近年来，海上风电逐渐成为可再生能源的重要组成部分，以其风资源丰富，可利用小时数高，不占用土地，适宜大规模开展特点受到广泛关注。随着海上风电技术的发展，越来越多的海上风电场接入电网，采用传统的点对点双端直流输电技术很难满足需求，多端直流电输电系统用于海上风电并网成为国内外趋势。然而，由于柔直系统的解耦作用，在岸上单个交流电网发生扰动时多端柔直系统所连接的交流系统失去了相互支援的能力。
[0003]为解决风电经多端柔直系统并网频率稳定性问题，通常在受端换流站直流电压下垂控制的基础上附加频率控制，将交流系统的频率偏差引起的功率参考值增量叠加到MMC初始功率参考值上，从而将单个交流系统的频率变化通过直流电压传递到整个网络中，使得其余换流站共同消纳不平衡功率。为使附加频率控制可以根据系统运行状态实时调整，《连接低惯量系统的VSC
‑
MTDC的自适应下垂控制》中在传统的下垂系数上进行改进，从而达到了更好的调频效果，然而，动态的直流电压下垂系数会对系统运行产生影响，严重时会威胁系统的安全运行。
[0004]因此，专利技术人现提供一种不改变直流电压下垂系数的频率控制方法，确保系统的安全运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了提供一种基于自适应参考功率的风电多端柔直系统的调频方法，该方法能够避免海上风电多端柔性直流系统在岸上发生频率扰动期间由于附加频率控制导致的直流电压偏移过大而对系统造成的危害，且提高了非扰动侧交流系统的频率稳定性。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种基于自适应参考功率的风电多端柔直系统调频方法，所述方法应用于风电经多端柔直并网系统，所述风电经多端柔直并网系统包括风电经多端柔直并网系统，风电经多端柔直并网系统包括一个风电场WPP，一个送端换流站MMC4，三个受端换流站分别为受端换流站MMC1、受端换流站MMC2和受端换流站MMC3,三个交流电网分别为交流电网S1、交流电网S2和交流电网S3；风电机组WPP通过两组升压变压器接入送端换流站MMC4，送端换流站MMC4通过整流将输送的电能转化为直流电，再将电能通过直流电缆输送到受端换流站MMC1、受端换流站MMC2和受端换流站MMC3，受端换流站MMC1、受端换流站MMC2和受端换流站MMC3将传输的电能转化为交流电，输送到交流电网S1、交流电网S2和交流电网S3。该系统的其调频方法包括受端换流站自适应参考功率控制，送端换流站控制和风电机组综合惯性控制。
[0008]受端换流站的控制器在工作时，采用以下步骤：
[0009]步骤1
‑
1)以频率偏差作为输入，将频率偏差转化为直流电压偏差，其输出的电压信号叠加到系统直流电压参考值上，与实测功率做差，接入受端换流站下垂控制器的电压输入端口；
[0010]步骤1
‑
2)对换流站控制器的参考功率进行修正，将其修正值与实测功率进行比较作为换流站下垂控制器的功率输入端口；
[0011]步骤1
‑
3)受端换流站下垂控制器的功率输入端通过下垂系数K
V
，将功率信号转化为电压信号，与换流站的电压入端信号相加，通过PI控制器输出控制信号，控制受端换流站的运行。
[0012]在步骤1
‑
1)中，通过虚拟惯性控制将频率信号转化为直流电压信号，其直流电压与频率的关系表示为：
[0013][0014]式中，U
dc,ref
为设置的参考直流电压，C
eq
为换流站的等效电容，S
MMC
为系统的额定容量，U
dc0
为系统初始直流电压，f0为额定频率，H
MMC
为虚拟惯性系数，其定义如下：
[0015][0016]其中，ΔU
dc,max
和ΔU
dc,min
为直流电压最大偏差量和最小偏差量，ΔU
dc
和Δf为实测直流电压偏差和实测频率偏差，H
MMC0
为设置的初始虚拟惯性系数，μ为调节系数。
[0017]在步骤1
‑
2)中，对换流器的参考功率进行修正，其所设置的自适应参考功率为：
[0018][0019]式中为自适应功率参考值，为初始功率参考值，P为实测功率，β为补偿系数，补偿系数设置为
[0020][0021]其中，α为调整因子，K
*
为换流站的可调功率裕度因子，具体为：
[0022][0023]其中P
max
和P
min
为各换流站有功功率最大值和最小值。
[0024]送端换流站MMC4的控制器在工作时采用以下步骤：
[0025]步骤2
‑
1)将检测的直流电压偏差作为送端换流站的输入，通过比例系数转化为频
率信号，控制风电机组的参考频率；
[0026]步骤2
‑
2)风电机组根据输入的频率信号，通过一次调频系数K
d
和惯性系数K
i
，产生控制信号，接入风电机组控制器的输出端。
[0027]在步骤2
‑
1)中，送端换流站将检测的直流电压偏差通过比例系数转化为频率信号，其比例系数设置为：
[0028][0029]式中，N
dc
为比例系数，f
ref
为风机侧参考频率，U
dc
为实测直流电压。
[0030]在步骤2
‑
2)中，风电机组根据频率偏差调整风电输出功率，其输出信号可表示为：
[0031][0032]其中ΔP为调整的功率偏差，K
d
为一次调频系数，K
i
为惯性控制系数。
[0033]风电经多端柔直并网系统在工作时采用以下步骤：
[0034]步骤1：各受端换流站根据换流站额定容量和额定电压下换流站直流电容的储能，计算初始虚拟惯性系数H
MMC,0
；海上风电机组根据其额定转速和额定容量设置惯性控制系数K
i
，设置调频触发阈值T和直流电压安全约束ΔU
T
；
[0035]步骤2：当岸上交流电网发生频率变化时，检测各换流站实时的频率变化，判断频率偏差Δf是否超出阈值T，若是，进入步骤3，若否，调频控制不启动，继续检测频率变化；
[0036]步骤3：频率偏差大于设定阈值时，通过虚拟惯性控制将检测到的频率偏差耦合到直流电压上，在下垂控制的作用下，引起受端换流站的功率支援，同时检测直流电压偏差ΔU
dc
，根据Δf和ΔU
dc
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应参考功率的风电多端柔直系统调频方法，其特征在于，所述方法应用于风电经多端柔直并网系统，所述风电经多端柔直并网系统包括风电经多端柔直并网系统，风电经多端柔直并网系统包括一个风电场WPP，一个送端换流站MMC4，三个受端换流站分别为受端换流站MMC1、受端换流站MMC2和受端换流站MMC3,三个交流电网分别为交流电网S1、交流电网S2和交流电网S3；风电机组WPP通过两组升压变压器接入送端换流站MMC4，送端换流站MMC4通过整流将输送的电能转化为直流电，再将电能通过直流电缆输送到受端换流站MMC1、受端换流站MMC2和受端换流站MMC3，受端换流站MMC1、受端换流站MMC2和受端换流站MMC3将传输的电能转化为交流电，输送到交流电网S1、交流电网S2和交流电网S3。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，受端换流站的控制器在工作时，采用以下步骤：步骤1
‑
1)以频率偏差作为输入，将频率偏差转化为直流电压偏差，其输出的电压信号叠加到系统直流电压参考值上，与实测功率做差，接入受端换流站下垂控制器的电压输入端口；步骤1
‑
2)对换流站控制器的参考功率进行修正，将其修正值与实测功率进行比较作为换流站下垂控制器的功率输入端口；步骤1
‑
3)受端换流站下垂控制器的功率输入端通过下垂系数K
V
，将功率信号转化为电压信号，与换流站的电压入端信号相加，通过PI控制器输出控制信号，控制受端换流站的运行。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤1
‑
1)中，通过虚拟惯性控制将频率信号转化为直流电压信号，其直流电压与频率的关系表示为：式中，U
dc,ref
为设置的参考直流电压，C
eq
为换流站的等效电容，S
MMC
为系统的额定容量，U
dc0
为系统初始直流电压，f0为额定频率，f为实测频率，H
MMC
为虚拟惯性系数，其定义如下：其中，ΔU
dc,max
和ΔU
dc,min
为直流电压最大偏差量和最小偏差量，ΔU
dc
和Δf为实测直流电压偏差和实测频率偏差，H
MMC0
为设置的初始虚拟惯性系数，μ为调节系数。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤1
‑
2)中，对换流器的参考功率进行修正，其所设置的自适应参考功率为：式中为自适应功率参考值，为初始功率参考值，P为实测功率，β为补偿系数，补偿系数设置为：
其中，α为调整因子，K
*
为换流站的可调功率裕度因子，具体为：其中P
max
和P
min
为各换流站有功功率最大值和最小值。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，送端换流站MMC4的控制器在工作时采用以下步骤：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵平，高亨孝，倪世杰，黄宇昕，贾浩森，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：