一种海上风电柔直系统的站级控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种海上风电柔直系统的站级控制方法

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电柔直系统的站级控制方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及海上风电输电控制领域，尤其涉及一种海上风电柔直系统的站级控制方法
、
设备及存储介质
。

技术介绍

[0002]随着能源变革的深入进行，分布式风电，光伏等新型电源以及电动汽车，储能等多元负荷的迅速发展，新能源快速发展给传统输电技术带来了一定的挑战
。
而电力电子技术的快速发展给这一情况带来了新的生机，在海上风电中，柔性直流输电技术即基于电压源型换流器的直流输电技术
(Voltage Source Converter Based on High Voltage Direct Current
，
VSC
‑
HVDC)
的出现为解决当前输电难题以及构建未来坚强电网提供了新的思路
。
[0003]VCS
‑
HVDC
的概念最早由加拿大
McGill
大学
Boon
‑
Teck
等学者在
1990
年提出
。
其主要特征在于采用了全控型电力电子器件作为核心器件，这一类器件均是具有双向可控的性质的，一般都以绝缘栅双极型晶体管
(Insulate
‑
Gate Bipolar Transistor,IGBT)
为其中主要的代表
。
传统直流输电一般使用晶闸管作为主要元件，因而存在谐波含量多，换相易失败等弊端，而
VSC
‑
HVDC
很好地弥补了以上缺陷，并将直流输电地经济功率降到了数十兆瓦，在输电
、
配电领域均具有相当广阔的应用前景
。
[0004]海上风电柔直系统的换流站级控制是整个系统控制中最为主要的环节，出现不同故障时功率频繁波动，而现有的换流站级控制策略中直流电压会出现偏离参考值，导致出现静态误差，无法保证海上风电柔直系统做出良好的动态响应，无法适应海上风电柔直系统的功率波动，适应性低
。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种海上风电柔直系统的站级控制方法
、
设备及存储介质，实现海上风电柔直系统有效的站级控制，提高系统控制适应性和动态响应特性
。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种海上风电柔直系统的站级控制方法，包括：
[0007]根据海上风电柔性直流系统的拓扑结构和换流站级的关键装置，对海上风电柔性直流系统进行建模，获得海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型；
[0008]基于海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型，得到换流站级双闭环结构，根据换流站级双闭环结构，建立双闭环控制策略，并通过双闭环控制策略，形成系统站级控制方案，并根据系统站级控制方案，对海上风电柔性直流系统进行站级控制；其中，双闭环控制策略的内环控制包括改进的直接电流下垂控制策略，双闭环控制策略的外环控制包括通用外环控制策略
。
[0009]实施本专利技术实施例，根据海上风电柔性直流系统的拓扑结构和换流站级的关键装置，对海上风电柔性直流系统进行建模，获得海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型；基于海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型，得到换流站级双闭环结构，根
据换流站级双闭环结构，建立双闭环控制策略，并通过双闭环控制策略，形成系统站级控制方案，并根据系统站级控制方案，对海上风电柔性直流系统进行站级控制；其中，双闭环控制策略的内环控制包括改进的直接电流下垂控制策略，双闭环控制策略的外环控制包括通用外环控制策略
。
提出了基于双闭环控制
、
通用外环控制和改进下垂控制的海上风电柔性直流系统站级控制策略，改进的直接电流下垂控制策略在满足
PI
特性的同时，也能拥有更好的动态响应，实现海上风电柔直系统有效的站级控制，提高系统控制适应性和动态响应特性
。
[0010]作为优选方案，根据海上风电柔性直流系统的拓扑结构和换流站级的关键装置，对海上风电柔性直流系统进行建模，获得海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型，具体为：
[0011]根据海上风电柔性直流系统的拓扑结构和模块化多电平换流器，建立开关函数，根据开关函数，确定模块化多电平换流器中每个子模块的工作状态；其中，模块化多电平换流器在海上风电柔性直流系统中存在一个或多个；
[0012]其中，开关函数，具体为：
[0013][0014]其中，
k
ij
表示当前的子模块的工作状态，
i
表示当前的子模块的相位；
j
表示当前的子模块的序号；
[0015]根据子模块的工作状态，建立电压与电流的微分方程；
[0016]根据电压与电流的微分方程，计算上下桥臂电压与电流方程，具体为：
[0017][0018][0019]其中，
u
sm,pi
为上桥臂的各子模块的电容电压之和
,u
sm,ni
为下桥臂的各子模块的电容电压之和，
K
pij
为上桥臂的子模块，
K
nij
为下桥臂的子模块，
u
co
，
pij
为下桥臂的子模块的电容电压，
u
co
，
nij
为下桥臂的子模块的电容电压，
i
pi
为上桥臂电流，
i
ni
为下桥臂电流，
C
o
为直流储能电容的电容，
N
为模块化多电平换流器中子模块的数量；
[0020]根据基尔霍夫定律，获得直流与交流电压方程；
[0021]根据模块化多电平换流器的内部结构，构建虚拟电参数，其中，虚拟电参数包括：
虚拟电动势
、
等效阻抗
、
等效感抗
、
不平衡电流和不平衡电压；
[0022]根据虚拟电参数，联立上下桥臂电压与电流方程
、
直流与交流电压方程，获得海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型；其中，海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型包括上桥臂电压
、
下桥臂电压和交流电压的计算模型，具体为：
[0023][0024]其中，
u
si
为交流电压，
u
pi
为上桥臂电压，
u
ni
为下桥臂电压，
e'
i
为虚拟电动势，
R'
为等效阻抗，
i
si
为交流电流，
L'
为等效感抗，
u
dc
为直流电压，
u
ub,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种海上风电柔直系统的站级控制方法，其特征在于，包括：根据海上风电柔性直流系统的拓扑结构和换流站级的关键装置，对所述海上风电柔性直流系统进行建模，获得所述海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型；基于所述海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型，得到换流站级双闭环结构，根据所述换流站级双闭环结构，建立双闭环控制策略，并通过所述双闭环控制策略，形成系统站级控制方案，并根据所述系统站级控制方案，对所述海上风电柔性直流系统进行站级控制；其中，所述双闭环控制策略的内环控制包括改进的直接电流下垂控制策略，所述双闭环控制策略的外环控制包括通用外环控制策略
。2.
如权利要求1所述的海上风电柔直系统的站级控制方法，其特征在于，所述根据海上风电柔性直流系统的拓扑结构和换流站级的关键装置，对所述海上风电柔性直流系统进行建模，获得所述海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型，具体为：根据所述海上风电柔性直流系统的拓扑结构和模块化多电平换流器，建立开关函数，根据所述开关函数，确定所述模块化多电平换流器中每个子模块的工作状态；其中，所述模块化多电平换流器在所述海上风电柔性直流系统中存在一个或多个；其中，所述开关函数，具体为：其中，
k
ij
表示当前的子模块的工作状态，
i
表示所述当前的子模块的相位；
j
表示所述当前的子模块的序号；根据所述子模块的工作状态，建立电压与电流的微分方程；根据所述电压与电流的微分方程，计算上下桥臂电压与电流方程，具体为：根据所述电压与电流的微分方程，计算上下桥臂电压与电流方程，具体为：其中，
u
sm,pi
为上桥臂的各子模块的电容电压之和
,u
sm,ni
为下桥臂的各子模块的电容电压之和，
K
pij
为所述上桥臂的子模块，
K
nij
为所述下桥臂的子模块，
u
co
，
pij
为所述下桥臂的子模块的电容电压，
u
co
，
nij
为所述下桥臂的子模块的电容电压，
i
pi
为上桥臂电流，
i
ni
为下桥臂电流，
C
o
为直流储能电容的电容，
N
为所述模块化多电平换流器中子模块的数量；根据基尔霍夫定律，获得直流与交流电压方程；
根据所述模块化多电平换流器的内部结构，构建虚拟电参数，其中，所述虚拟电参数包括：虚拟电动势
、
等效阻抗
、
等效感抗
、
不平衡电流和不平衡电压；根据所述虚拟电参数，联立所述上下桥臂电压与电流方程
、
所述直流与交流电压方程，获得所述海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型；其中，所述海上风电柔性直流系统的站级关键装置数学模型包括上桥臂电压
、
下桥臂电压和交流电压的计算模型，具体为：其中，
u
si
为交流电压，
u
pi
为上桥臂电压，
u
ni
为下桥臂电压，
e
′
i
为所述虚拟电动势，
R'
为所述等效阻抗，
i
si
为交流电流，
L'
为所述等效感抗，
u
dc
为直流电压，
u
ub,i
为所述不平衡电压
。3.
如权利要求1所述的海上风电柔直系统的站级控制方法，其特征在于，所述通过所述双闭环控制策略，形成系统站级控制方案，具体为：根据上一级换流站级控制的输出参考值，通过所述双闭环控制策略，获得下一级换流站级控制所需的调制和移相角，输出电压电流值，并根据所述电压电流值，得到潮流的各项期望指标值，形成所述系统站级控制方案
。4.
如权利要求2所述的海上风电柔直系统的站级控制方法，其特征在于，所述根据所述换流站级双闭环结构，建立双闭环控制策略，具体为：根据所述换流站级双闭环结构，构建所述双闭环控制策略的内环控制和所述外环控制；其中，所述双闭环控制策略的内环控制基于所述改进的直接电流下垂控制策略，通过
PI
控制器进行内环电流控制，在补偿环节，引入电流耦合补偿和电压前馈补偿，将
d
轴电流与
q
轴电流的解耦，将解耦后
d
轴电流和解耦后
q
轴电流分别跟随
d
轴电流参考值和
q
轴电流参考值，得到下一层控制的电压参考信号；其中，所述
PI
控制器进行内环电流控制的开环传递函数，具体为：其中，
H(S)
为所述开环传递函数，
K
P2
为所述
PI
控制器的比例环节的增益系数
,K
I2
为所述
PI
控制器的积分环节的增益系数
,L
为电感，
R
为电阻；其中，所述双闭环控制策略的外环控制基于所述通用外环控制策略，通过通用的统一外环控制器进行外环控制，将当前电气量跟随目标电气量，根据所述目标电气量，计算控制内环的电气输入量，并通过切换控制位的数值进行所述通用外环控制策略的切换；其中，所述通用外环控制策略包括定功率控制策略
、
定电压控制定交流电压控制策略和下垂控制策略
。5.
如权利要求4所述的海上风电柔直系统的站级控制方法，其特征在于，所述改进的直
接电流下垂控制策略，具体为：根据参考电流值
、
参考电压值和下垂系数，建立直流电流与直流电压的关系，具体为：其中，
i
dc
为所述直流电流，
i
dc*
为所述参考电流值，
u
dc
为所述直流电压，
u
dc*
为所述参考电压值，
k
为所述参考电流值；根据所述参考电流值
、
所述参考电压值和所述下垂系数，构建第一常数和第二常数，具体为：其中，
a
为所述第一常数，
b
为所述第二常数；根据所述直流电流与直流电压的关系
、
所述第一常数和所述第二常数，获得电压功率公式，具体为：
P
＝
(u
dc
‑
a)2+b
其中，
p
为有功功率，
p
*
为所述参考有功功率；根据所述电压功率公式，建立电压功率特性曲线，根据所述电压功率特性曲线确定所述海上风电柔性直流系统的最佳运行点和所述模块化多电平换流器的电压安全裕度范围；所述电压安全裕度范围，具体为：其中，
u
dc_H
为电压运行最大值，
u
dc_L
为电压运行最大值，
Δ
u
dc
为直流电压偏差
。6.
如权利要求5所述的海上风电柔直系统的站级控制方法，其特征在于，所述根据所述电压功率公式，建立电压功率特性曲线，具体为：根据换流站之间的功率偏差，对换流站之间的功率分配进行加权处理，获得换流站的功率偏差的下垂特性曲线，所述加权处理，具体为：其中，
α
、
β
为权重因子，
Δ
P
i
为所述功率偏差；根据所述换流站的功率偏差的下垂特性曲线，计算换流站下垂系数，具体为：根据所述换流站的功率偏差的下垂特性曲线，计算换流站下垂系数，具体为：
其中，
k1为第一换...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷翔胜，王彦峰，王兴华，余梦泽，蔡振华，朱文卫，郭金根，潘柏崇，吴小蕙，车伟娴，杨帆，劳文洁，史林军，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：