一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及風(fēng)電場輸電【技術(shù)領(lǐng)域】的一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法。當(dāng)受端交流系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落時(shí)，根據(jù)采集到的直流電壓，升高送端換流站輸出的交流電壓頻率，且由雙饋風(fēng)機(jī)控制器實(shí)時(shí)跟蹤。雙饋風(fēng)機(jī)控制器由交流電壓頻率與雙饋風(fēng)機(jī)角速度的關(guān)系調(diào)整雙饋風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，增加風(fēng)機(jī)動能，降低風(fēng)電場的輸出功率，抑制直流電壓的上升。受端交流系統(tǒng)電壓恢復(fù)到額定值時(shí)，送端換流站控制交流電壓頻率恢復(fù)到額定值。本發(fā)明不需要風(fēng)電機(jī)組切機(jī)、不需要換流站與風(fēng)電場通信，系統(tǒng)更為可靠，調(diào)節(jié)更為迅速。
【專利說明】一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電場輸配電【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系 統(tǒng)直流過電壓抑制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)，越來越多的風(fēng)電將通過柔性直流輸電系統(tǒng)送出。但在風(fēng) 電場所處的地區(qū)，交流電網(wǎng)強(qiáng)度較弱或沒有交流電網(wǎng)支撐，所以采用孤島運(yùn)行方式，需要柔 性直流輸電系統(tǒng)的送端換流站VSC1 (Voltage Source Converter 1)采用定交流電壓和定 頻率控制來為風(fēng)電場提供交流電壓。采用此種控制方式，將有一些缺點(diǎn)：
[0003] 1.送端換流站VSC1將相當(dāng)于一個(gè)理想的交流電源，不能實(shí)現(xiàn)對風(fēng)電場輸出功率 的調(diào)節(jié)，風(fēng)電場輸出的功率將全部由柔性直流輸電系統(tǒng)送出；
[0004] 2.在受端交流系統(tǒng)故障時(shí)，例如發(fā)生電壓跌落，受端換流站VSC2 (Voltage Source Converter 2)由于受到限電流環(huán)節(jié)的影響，輸出功率將降低，若風(fēng)電場不能及時(shí)減小輸出 的功率，直流側(cè)將出現(xiàn)過電壓。若柔性直流輸電系統(tǒng)長時(shí)間處于過電壓狀態(tài)下，會威脅設(shè)備 安全，并造成整個(gè)系統(tǒng)停運(yùn)，交流電網(wǎng)將損失大量功率，對交流系統(tǒng)的穩(wěn)定造成嚴(yán)重威脅。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提出一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方 法，用以解決目前風(fēng)電場輸配電研究中存在的問題。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案是，一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系 統(tǒng)直流過電壓抑制方法，其中，所述風(fēng)電場包括雙饋風(fēng)機(jī)、雙饋風(fēng)機(jī)控制器；所述柔性直流 輸電系統(tǒng)包括送端換流站VSC1、受端換流站VSC2、連接兩個(gè)換流站的直流電路、受端等效 交流電網(wǎng)；所述送端換流站VSC1與受端電流站VSC2結(jié)構(gòu)相同，包括換流變壓器、交流濾波 器、換流主回路、檢測與控制設(shè)備；所述檢測和控制設(shè)備包括直流電壓互感器、A/D轉(zhuǎn)換器、 控制機(jī)柜；當(dāng)受端換流站VSC2所連接的交流系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落故障時(shí)，其特征在于，所述 方法包括下列步驟：
[0007] 步驟1 :直流電壓互感器采集送端換流站VSC1端口的直流電壓?。，將采集到的直 流電壓模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的直流電壓U d。數(shù)字信號傳送給送端 換流站VSC1的控制機(jī)柜；
[0008] 步驟2 :送端換流站VSC1的控制機(jī)柜根據(jù)所采集的直流電壓Ud。值升高送端換流 站VSC1輸出的交流電壓頻率f，具體步驟如下 ：
[0009] 步驟201 :計(jì)算雙饋風(fēng)機(jī)角速度ω和直流電壓Ud。的函數(shù)關(guān)系；設(shè)E為直流電容儲 存的能量，則有， _〇]

【權(quán)利要求】
1. 一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法，當(dāng)受端換流站VSC2所 連接的交流系統(tǒng)發(fā)生電壓跌落故障時(shí)，其特征在于，所述方法包括下列步驟： 步驟1 :直流電壓互感器采集送端換流站VSC1端口的直流電壓ud。，將采集到的直流電 壓模擬信號通過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的直流電壓Ud。數(shù)字信號傳送給送端換流 站VSC1的控制機(jī)柜； 步驟2 :送端換流站VSC1的控制機(jī)柜根據(jù)所采集的直流電壓Ud。值升高送端換流站 VSC1輸出的交流電壓頻率f，具體步驟如下： 步驟201 :計(jì)算雙饋風(fēng)機(jī)角速度ω和直流電壓Ud。的函數(shù)關(guān)系；設(shè)E為直流電容儲存的 能量，則有，
(1) (1) 式中，C為等效直流電容值，Ud。為送端換流站VSC1輸出的直流電壓，雙饋風(fēng)機(jī)的加 速功率為：
(2) (2)式中，Η為風(fēng)電場的總轉(zhuǎn)動慣量，ω為雙饋風(fēng)機(jī)的角速度，ω_為雙饋風(fēng)機(jī)最大 角速度；設(shè)At時(shí)間雙饋風(fēng)機(jī)增加的動能為Ewt，調(diào)節(jié)初始時(shí)間為、，由（2)式可得：
(3) 由雙饋風(fēng)機(jī)所增加的風(fēng)機(jī)動能Ewt等于直流電容多儲存的能量E，得：
(4) (4) 式中Udc;N為額定直流電壓； 有 Η[ω2 (t0 +Α?-ω2(?0)] = c(u'c-U]cN) ⑶ (5) 式中為調(diào)節(jié)前雙饋風(fēng)機(jī)的初始角速度，即t(l時(shí)刻的角速度； 令
(6) 因此，雙饋風(fēng)機(jī)的角速度ω和送端換流站VSC1輸出的直流電壓Ud。的關(guān)系為：
(7) 步驟202 :計(jì)算風(fēng)機(jī)角速度ω和送端換流站VSC1輸出的交流電壓頻率f的函數(shù)關(guān)系； 由風(fēng)機(jī)的角速度ω與交流電壓頻率f的變化量成比例增加，這里人為設(shè)定比例系數(shù)為 1?，則有關(guān)系式： (，) = + ^2( / ' _./v) 、8、 (8) 式中fN為額定交流頻率，
步驟203 :計(jì)算送端換流站VSC1輸出的交流電壓頻率f與直流電壓Ud。與之間的函數(shù) 關(guān)系； 將（7)式帶入（6)式可得送端換流站VSC1輸出的交流電壓頻率f與送端換流站VSC1 輸出的直流電壓Ud。的關(guān)系為：
(9) (9) 式中Ud"ax為直流電壓最大限值，k = ki/% ; 步驟204 :送端換流站VSC1中的控制機(jī)柜按（9)式升高送端換流站VSC1輸出的交流 電壓頻率f ; 步驟3 :雙饋風(fēng)機(jī)控制器實(shí)時(shí)跟蹤送端換流站VSC1輸出的交流頻率f，雙饋風(fēng)機(jī)控制器 按（8)式增大雙饋風(fēng)機(jī)角速度ω，降低風(fēng)電場的輸出到直流系統(tǒng)的功率，當(dāng)風(fēng)電場輸出功 率小于等于故障期間VSC2所能送出的功率時(shí)，受端換流站VSC2的控制機(jī)柜控制直流電壓 Ud?；謴?fù)到額定值；送端換流站VSC1中的控制機(jī)柜延時(shí)控制送端換流站VSC1輸出的交流電 壓頻率f恢復(fù)到額定值f N。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法， 其特征在于，所述受端換流站VSC2發(fā)生電壓跌落為系統(tǒng)暫時(shí)性故障。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法， 其特征在于，所述雙饋風(fēng)機(jī)控制器跟蹤交流電壓的幅值、相位和頻率，并采用最大功率追蹤 控制。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法， 其特征在于，所述直流電壓最大值Ud" ax設(shè)為1. lUdc;N，最大交流頻率為1. lfN，額定交流頻率 fN為50Hz，額定直流電壓UdeN為300kV，風(fēng)機(jī)角速度標(biāo)準(zhǔn)值為30r/min ;直流電壓Ud。超過 Ud_x時(shí)，雙饋風(fēng)機(jī)控制器控制雙饋風(fēng)機(jī)切機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法， 其特征在于，所述送端換流站VSC1采用定交流電壓定交流頻率控制策略，受端換流站VSC2 采用定直流電壓控制策略。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法， 其特征在于，所述送端換流站VSC1中的控制機(jī)柜延時(shí)控制的延時(shí)時(shí)間為150?250ms。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種連接風(fēng)電場的柔性直流輸電系統(tǒng)直流過電壓抑制方法， 其特征在于，所述送端換流站VSC1和受端換流站VSC2的控制策略皆為基于d-q解耦的直 接電流控制。
【文檔編號】H02J3/36GK104158205SQ201410400790
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】韓民曉, 許冬 申請人:華北電力大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)上海市電力公司