一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法技术方案

本发明专利技术属于可再生能源孤岛电网柔直送出系统的控制领域，提供了一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，提出

【技术实现步骤摘要】
一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法


[0001]本专利技术属于可再生能源孤岛电网柔直送出系统的控制领域，尤其涉及一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法
。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术
。
[0003]随着可再生能源的快速发展，其发电占比不断攀升，未来高比例甚至百分百可再生能源系统将成为新型电力系统的主要特征
。
不同于常规化石能源，可再生能源出力具有随机性与波动性，其大规模并网必将削弱电力系统的惯量水平
。
尤其是
100
％可再生能源孤岛电网，在没有同步电源支持下如何安全可靠的并网将成为未来研究的难点与热点
。
柔性直流输电技术因此独有的优势成为大规模可再生能源外送的理想选择之一
。
其中，模块化多电平换流器
(MMC)
因其开关频率低
、
输出电能质量好及功率损耗低等优点被广泛应用
。
[0004]现有的可再生能源孤岛电网柔直送出系统的控制方法存在的技术缺陷是：
[0005]1)
对于无任何同步电源的可再生能源孤岛电网的启动及安全并网控制技术尚待深入研究；
[0006]2)
单一控制无法很好的适应不同运行场景下系统的差异化稳定性需求；
[0007]3)
不同控制策略的切换产生的系统功率
、
频率等电气量的波动需要被抑制
。

技术实现思路

[0008]为了解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题，本专利技术提供一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其针对系统在不同运行场景
(
系统启动
、
稳态运行
、
暂态控制
)
下的稳定性要求合理选择控制策略，通过控制策略的平滑切换实现标准系统的平稳启动，并有效提高系统的稳态和暂态控制性能
。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术第一方面提供一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，包括：构建孤岛新能源电网柔直送出系统模型；
[0011]基于构建的孤岛新能源电网柔直送出系统模型，配置可再生能源站
、
受端换流站和送端换流站的控制策略；其中，可再生能源站采用基于
PLL
的双闭环控制结构；受端换流站中，有功类控制选择定直流电压，无功类控制为定无功功率控制；送端换流站为可再生能源站提供稳定的并网电压；
[0012]根据送端换流站的不同控制策略在不同的运行场景中表现出不同的运行特性，选择对应的控制策略，具体包括：
[0013]在启动过程中，在送端换流站采用双极恒定
V
‑
f
控制，包括
MMC
‑
HVDC
系统的启动以及可再生能源站的启动和并网；
[0014]启动后，将送端换流站的一极换流单元的控制策略由恒定
V
‑
f
控制切换为恒定
P
‑
Q
控制，同时，切换完成后恒定
P
‑
Q
极将根据
MMC
‑
HVDC
的总传输有功功率对有功指令值进行修正；
[0015]发生故障时，对故障的不同阶段采用相应的控制方案以实现故障穿越控制
。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0017]1、
提出了一个
100
％新能源孤岛电网经
MMC
‑
HVDC
送出系统的全新模型，为相关场景的研究提供验证平台
。
该模型不同于其他高比例可再生能源并网系统拓扑，其可再生能源孤岛电网无任何同步电源与负荷，可再生能源渗透率为
100
％且全部经由双极柔直系统送出
。
[0018]2、
分析了送端换流站采用不同控制策略时系统的运行特性，提出了包括启动
、
稳态和瞬态控制的全场景控制方案
。
该方案充分考虑的系统不同运行场景下差异化的稳定性需求，针对场景选择合适的控制策略从而保证系统的平稳启动
、
稳态运行及良好的暂态特性
。
进一步地，引入平滑切换控制，有效抑制了控制策略切换过程中系统功率
、
频率的大幅波动，实现了系统运行场景的平滑过渡
。
[0019]3、
基于
PSCAD/EMTDC
建立了系统模型，仿真结果表明，所提出的控制方案能够保证系统的平稳启动，具有良好的稳态和瞬态控制性能
。
[0020]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到
。
附图说明
[0021]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定
。
[0022]图1是
100
％可再生能源孤岛电网通过双极
MMC
‑
HVDC
送出系统的拓扑结构；
[0023]图2是受端换流站外环控制框图；
[0024]图3是基于功率同步回路
(Power
‑
Synchronization Loop
，
PSL)
的恒定
V
‑
f
控制框图；
[0025]图4是双极联合
V
‑
f
控制框图；
[0026]图5是双极恒定
V
‑
f
控制控制仿真结果；
[0027]图6是双极联合
V
‑
f
控制仿真结果；
[0028]图7是定
V
‑
f&
定
P
‑
Q
控制的仿真结果；
[0029]图8是
100
％可再生能源经
MMC
‑
HVDC
送出系统启动时序图；
[0030]图
9(a)
‑
图
9(b)
是平滑切换控制方案；其中，图
9(a)
为定向部分的平滑切换控制，图
9(b)
为外环的平滑切换控制；
[0031]图
10
为新能源场站并网点接地故障仿真结果；
[0032]图
11
为送端换流站交流侧接地故障仿真结果；
[0033]图
1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，包括：构建孤岛新能源电网柔直送出系统模型；基于构建的孤岛新能源电网柔直送出系统模型，配置可再生能源站
、
受端换流站和送端换流站的控制策略；其中，可再生能源站采用基于
PLL
的双闭环控制结构；受端换流站中，有功类控制选择定直流电压，无功类控制为定无功功率控制；送端换流站为可再生能源站提供稳定的并网电压；根据送端换流站的不同控制策略在不同的运行场景中表现出不同的运行特性，选择对应的控制策略，具体包括：在启动过程中，在送端换流站采用双极恒定
V
‑
f
控制，包括
MMC
‑
HVDC
系统的启动以及可再生能源站的启动和并网；启动后，将送端换流站的一极换流单元的控制策略由恒定
V
‑
f
控制切换为恒定
P
‑
Q
控制，同时，切换完成后恒定
P
‑
Q
极将根据
MMC
‑
HVDC
的总传输有功功率对有功指令值进行修正；发生故障时，对故障的不同阶段采用相应的控制方案以实现故障穿越控制
。2.
如权利要求1所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，包括：所述构建孤岛新能源电网柔直送出系统模型包括可再生能源孤岛电网
、
双极
MMC
‑
HVDC
系统和外部电网；所述可再生能源孤岛电网包括多个可再生能源站
、
升压装置和交流输电线路；每个可再生能源站经过升压装置多级升压后与交流输电线路母线相连，由双极
MMC
‑
HVDC
系统送出；所述双极
MMC
‑
HVDC
系统包括可再生能源场站
、
受端换流站和送端换流站
。3.
如权利要求1所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，所述根据送端换流站的不同控制策略在不同的运行场景中表现出不同的运行特性包括：当两极均双极恒定
V
‑
f
控制策略时，两极
PSL
独立控制有功功率并产生参考相位，只有当可再生能源输出
Pbus
等于双极有功参考
Pref1+Pref2
之和时，才能保证各极传输的有功功率
P
i
，
i
＝
1,2
，等于其指令值；采用双极联合
V
‑
f
控制策略时，两极传输的有功功率始终保持相等，当可再生能源输出变化时，两极可快速调整传输功率，实现功率的合理分配，同时，系统频率在小幅波动后迅速恢复稳定；采用定
V
‑
f&
定
P
‑
Q
控制时，当可再生能源输出突然减少时，恒定
P
‑
Q
极可精确控制该极传输的有功功率始终传输与设定指令相同的值即恒定
P
‑
Q
极传输不变，当系统恢复稳定时，应及时调整恒定
P
‑
Q
极有功功率的指令值，以保证两极的对称运行
。4.
如权利要求1所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，
MMC
‑
HVDC
系统的启动以及可再生能源站的启动，包括：受端换流站与电网相连，首先启动并建立直流线路电压，同时送端换流站则开始为可再生能源孤岛电网提供稳定的交流电压，当可再生能源站获得稳定的交流电压后，可再生能源站开始启动
。5.
如权利要求4所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，容量最大的可再生能源站首先启动并网，控制可再生能源输出增长趋势符合：
当可再生能源站顺利启动后，其余可再生能源站依次启动并网，可再生能源孤岛电网传输功率增长曲线符合：式中，
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙凯祺，刘耀琳，李可军，朱凌志，曲立楠，刘洁，范宏进，汪挺，张冰，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：