【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及变换器控制，尤其是涉及一种大规模海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制方法及系统。
技术介绍
1、传统电网中包含大量的同步电机，因此其具拥有足够惯量来应对频率波动。而随着新能源发电的普及，海上风力发电场逐渐步入人们的视野。其中基于电压源型的高压直流输电(voltage source converter based high voltage dc，vsc-hvdc)模式具有无功-有功控制能力且不需要无功补偿，被广泛应用于海上风力发电场的并网过程。
2、由于海上风电场具有传输线路长、信息输送缓慢等缺点，采用vsc-hvdc并网的海上风电场无法及时响应电网的频率波动，因此不能够及时为电网提供频率需求，进而造成整个海上发电系统惯量低、响应慢，影响并网过程中电网的安全稳定运行；同时，传统海上风机相连接的双馈风力发电机(doubly fed induction generator，dfig)的控制采用最大功率跟踪(maximum power point track，mppt)控制，其与电网侧距离甚远，无法及时对电网频率波动做出及时响应，且不具备同步电机的一次调频能力，导致频率偏移量大。因此研究如何提升vsc-hvdc并网时的频率响应速度以及惯性特性，是目前亟待解决的问题之一。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种大规模海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制方法及系统，以解决上述技术问题，通过构建直流电容惯性控制模型，以实现对受端换流站的直流电容惯性控制
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种大规模海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制方法，包括以下步骤：
3、获取海上风电场中受端换流站的直流电容容量及直流电容电压；
4、基于直流电容容量及直流电容电压构建受端换流站的直流电容功率平衡方程；
5、构建同步电机惯量响应方程，并与受端换流站的直流电容功率平衡方程联立，以获取联立方程式，进而得到直流电容惯性控制模型；
6、基于直流电容惯性控制模型对海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制。
7、上述方案通过构建直流电容惯性控制模型，实现对受端换流站的直流电容惯性控制，提升海上风电场的惯性特性，保障并网过程中电网的安全稳定运行。
8、进一步地，所述基于直流电容容量及直流电容电压构建受端换流站的直流电容功率平衡方程，具体为：
9、
10、式中，cdc为直流电容容量，udc为直流电容电压，δpc为送端换流站输入功率与受端换流站输出功率差额。
11、进一步地，所述构建同步电机惯量响应方程，并与受端换流站的直流电容功率平衡方程联立，以得到直流电容惯性控制模型，具体为：
12、构建同步电机惯量响应方程为：
13、
14、式中，hm为同步电机的惯性时间常数，f为电网频率，δpm为同步电机输入与输出功率差额。
15、上述方案中，由于传统电网中同步电机转子动能方程可表示为：
16、
17、式中，wm为转子动能，j为转子转动惯量，ω为角速度；而海上风电场中受端换流站的直流电容所存储的能量可表示为：
18、
19、对比之下，可看出同步电机转子动能方程和直流电容所存储的能量组成形式相同，因此可将直流电容和同步电机进行等效类比：将转动惯量j和电容容量cdc类比，角速度ω和直流电容电压udc类比。通常情况下，转动惯量j要远大于电容容量cdc，海上风电场相较于传统电网的惯量低、抗扰能力差，因此可以在受端换流站的控制模型中引入与同步电机相似的惯性特性，即可以构建同步电机惯量响应方程。
20、对比同步电机惯量响应方程和受端换流站的直流电容功率平衡方程，可将f与udc进行等效，得到联立方程式：
21、
22、对联立方程式两端进行积分，有：
23、
24、
25、式中，f0表示额定频率；udc0为额定直流电压。令f-f0＝δf，有：
26、
27、根据控制变量法，由上式可以看出，hm越大，直流电压变化越大，而频率变化越小，因此选择合适的hm对系统的稳定性具有重要意义。为模拟合适的同步电机转动惯量，依据上式设置所需惯量对应的直流电压参考值为，即得到直流电容惯性控制模型为：
28、
29、式中，udc_ref为所需惯量对应的直流电压参考值，参数hm的引入能够为系统提供更大惯量。
30、进一步地，所述方法还包括：
31、基于联立方程式建立电网频率与直流电容电压的直接耦合关系式；
32、构建dfig风机组的一次调频模型，并将所述一次调频模型与直接耦合关系式进行结合，以得到dfig风机组的动态调频模型；
33、基于动态调频模型实现对海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制。
34、上述方案中，通过构建动态调频模型实现对海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制，可以提升并网时dfig风机组对电网频率变化的响应速度，以及动态调频能力。
35、由于海上风电场dfig机组距离陆地端很远，几十-上百公里不等，电网频率信号通过通信系统远距离传输至dfig侧，可靠性和实时性较差。为保证海上风电场dfig风机组对电网频率的变化能够做出及时响应，建立电网频率与直流电压的直接耦合关系，即不需要通过远距离的长时间的通信，即可令海上风电场的风机组侧得到电网频率f，因此通过联立方程式，得到直接耦合关系式具体表示为：
36、
37、式中，f0表示额定频率，该式中，当各项直流参数固定时，f与udc存在一定数学关系，因此在dfig的控制中，可通过udc直接计算电网频率f，由此实现dfig和电网的耦合；所述构建dfig风机组的一次调频模型，并将所述一次调频模型与直接耦合关系式进行结合，以得到dfig风机组的动态调频模型，具体为：
38、对dfig风机组采用比例-微分调频控制，这是由于微分控制能够提前修正输出信号，不断作用于误差变化率，增强系统的阻尼特性和动态调频能力，设计dfig风机组的一次调频模型为：
39、
40、式中，δp为dfig的调频功率，kp为比例系数，kd为微分系数；结合一次调频模型与直接耦合关系式，以得到dfig风机组的动态调频模型，在dfig的控制中引入一次调频控制，且使其与电网耦合，从而能够及时对电网频率的变化做出响应和调节。
41、上述方案通过构建dfig风机组的动态调频模型，实现对海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制，可以有效提升并网时dfig风机组对电网频率变化的响应速度，以及动态调频能力。
42、本专利技术还提供一种大规模海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制系统，包括：...
【技术保护点】
1.一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制方法，其特征在于，所述基于直流电容容量及直流电容电压构建受端换流站的直流电容功率平衡方程，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制方法，其特征在于，所述构建同步电机惯量响应方程，并与受端换流站的直流电容功率平衡方程联立，以得到直流电容惯性控制模型，具体为：
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求4所述的一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制方法，其特征在于，所述直接耦合关系式具体表示为：
6.一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制系统，其特征在于，在所述功率平衡计算模块
8.根据权利要求7所述的一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制系统，其特征在于，在所述直流电容惯性控制模型构建模块中，所述构建同步电机惯量响应方程，并与受端换流站的直流电容功率平衡方程联立，以得到直流电容惯性控制模型，具体为：
9.根据权利要求6～8任一项所述的一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制系统，其特征在于，还包括：
10.根据权利要求9所述的一种大规模海上风电经VSC-HVDC并网的频率稳定控制系统，其特征在于，在所述耦合关系建立模块中，所述直接耦合关系式具体表示为：
...【技术特征摘要】
1.一种大规模海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种大规模海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制方法，其特征在于，所述基于直流电容容量及直流电容电压构建受端换流站的直流电容功率平衡方程，具体为：
3.根据权利要求2所述的一种大规模海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制方法，其特征在于，所述构建同步电机惯量响应方程，并与受端换流站的直流电容功率平衡方程联立，以得到直流电容惯性控制模型，具体为：
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种大规模海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制方法，其特征在于，还包括：
5.根据权利要求4所述的一种大规模海上风电经vsc-hvdc并网的频率稳定控制方法，其特征在于，所述直接耦合关系式具体表示为：
6.一种大规模海上风电经vsc-hv...
【专利技术属性】
技术研发人员：樊玮，秦颖婕，易杨，刘宇，陈德扬，苗璐，杨振南，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。