本發(fā)明涉及新能源輸送領(lǐng)域，尤其涉及一種新能源外送系統(tǒng)及火電機組調(diào)速死區(qū)設(shè)定協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)：

大規(guī)模風(fēng)電采用基于LCC-HVDC進(jìn)行并網(wǎng)時，送端LCC-HVDC被視為無源負(fù)載，如果在并網(wǎng)處沒有交流電壓源支撐，則LCC變流器可能無法正常換向，為此相關(guān)的研究單位提出了新能源與火電打捆送出的想法，在送端電網(wǎng)配置一定的同步火電機組提供同步支撐，來實現(xiàn)新能源的有效送出。但是該方案的使用有一定的局限性，尤其是需要在新能源基地配置大量的火電，即在開發(fā)新能源的同時，當(dāng)?shù)剡€要配套上一定裝機火電，且針對新能源出力的波動性，火電機組還需要頻繁的調(diào)節(jié)，增大了整個系統(tǒng)運行的風(fēng)險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新能源外送系統(tǒng)及火電機組調(diào)速死區(qū)設(shè)定協(xié)調(diào)控制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于新能源出力的波動性，增加系統(tǒng)運行風(fēng)險的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種新能源外送系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括新能源發(fā)送電路、VSC、LCC、火電機組、負(fù)荷中心，其中，新能源發(fā)送電路與所述火電機組并網(wǎng)連接LCC；在新能源發(fā)送電路的遠(yuǎn)端與LCC之間連接有VSC；LCC與負(fù)荷中心相連接。

優(yōu)選的，所述新能源發(fā)送電路與所述火電機組通過變壓器與LCC電連接。

優(yōu)選的，所述方法包括：

設(shè)定新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)的容量；

根據(jù)所述新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)構(gòu)建仿真系統(tǒng)模型；

確定仿真分析邊界條件；

通過LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線和火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線對比新能源電站出力變化對火電機組調(diào)速的影響，確定直流整流側(cè)控制參數(shù)。

所述確定仿真分析邊界條件包括：

設(shè)定LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線的斜率K_f的初值、火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率K_w的初值以及死區(qū)的初始值；

統(tǒng)計和設(shè)定新能源電站出力波動變化率；

設(shè)定LCC送出系統(tǒng)功率振蕩允許值。

優(yōu)選的，所述LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線為：P_LCCr＝P_LCCr0+K_f*(f-f₀)，其中，P_LCCr為rLCC功率給定值、P_LCCr0為rLCC功率給定值初始值、K_f為有功功率-頻率比例曲線的斜率；f為rLCC交流母線頻率；f₀為rLCC交流母線額定頻率。

優(yōu)選的，所述火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線為P_g＝P_g0+K_ω*(ω₀-ω)，其中，P_g為火電機組輸出功率、P_g0為火電機組輸出功率初始值、K_w為功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率、w為火電機組轉(zhuǎn)速、w₀為火電機組額定轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

本發(fā)明提供一種新能源外送系統(tǒng)及直流整流側(cè)控制參數(shù)的整定方法，系統(tǒng)包括新能源發(fā)送電路、VSC、LCC、火電機組和負(fù)荷中心，其中，新能源發(fā)送電路與所述火電機組并網(wǎng)連接LCC；在新能源發(fā)送電路的遠(yuǎn)端與LCC之間連接有VSC；LCC與負(fù)荷中心相連接。方法包括：設(shè)定新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)的容量；根據(jù)所述新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)構(gòu)建仿真系統(tǒng)模型；確定仿真分析邊界條件；通過LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線和火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線對比新能源電站出力變化對火電機組調(diào)速的影響，確定直流整流側(cè)控制參數(shù)。本發(fā)明針對新能源與火電捆綁直流外送系統(tǒng)，將新能源用直流匯集后經(jīng)VSC變流器逆變接入LCC整流變流器交流母線為交流母線提供就地?zé)o功補償，減少對火電機組穩(wěn)定運行的影響。一方面為了充分利用已有的火電基地直流遠(yuǎn)距離送出線路，另一方面為可利用柔性直流輸電系統(tǒng)VSC的靈活性將波動性的新能源出力作為傳統(tǒng)直流送出的支撐。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中提供的一種新能源外送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中提供的一種直流整流側(cè)控制參數(shù)的整定方法的方法流程圖；

圖3是本發(fā)明實施例中提供的一種步驟S103的方法流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例中提供的不同K_f取值的系統(tǒng)運行特性線圖。

具體實施方式

這里將詳細(xì)地對示例性實施例進(jìn)行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置的例子。

本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處。

請參考圖1，所示為本發(fā)明實施例中提供的一種新能源外送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖1可見，所述系統(tǒng)包括新能源發(fā)送電路、VSC(電源變換器，英文全稱：voltage source converter)、LCC(電網(wǎng)換相型換流器，英文全拼為line commutated converter)、火電機組和負(fù)荷中心，其中，新能源發(fā)送電路與所述火電機組并網(wǎng)連接LCC；在新能源發(fā)送電路的遠(yuǎn)端與LCC之間連接有VSC；LCC與負(fù)荷中心相連接。LCC包括依次連接的rLCC(LCC整流器，英文全稱：LCC rectifier)和iLCC(LCC逆變器，英文全稱：LCC inverter)。

新能源發(fā)電直流匯集電能后，經(jīng)直流電纜傳輸至遠(yuǎn)端VSC變流器逆變，利用iMMC(模塊化多電平變流逆變器，英文全稱：MMC inverter)，并通過變壓器連接在LCC整流變流器交流母線上，進(jìn)而與火電廠捆綁經(jīng)原有LCC-HVDC外送至負(fù)荷中心。VSC采用定直流電壓控制穩(wěn)定光伏電站出口直流電壓；由于MMC(模塊化多電平變流器，英文全稱：Modulator Multilevel Converter)采用矢量控制，可以為LCC交流母線提供就地?zé)o功補償，這種結(jié)構(gòu)減弱了新能源發(fā)電的波動對配套火電機組的影響，這不僅充分利用了原有直流輸電線路，又增加了系統(tǒng)運行的靈活性。本發(fā)明針對新能源用直流匯集后經(jīng)VSC變流器逆變接入LCC整流變流器交流母線為交流母線提供就地?zé)o功補償，在此基礎(chǔ)上提出了考慮火電機組調(diào)速死區(qū)的LCC整流側(cè)功率—頻率控制和火電機組調(diào)速死區(qū)設(shè)定相結(jié)合的整定方法，用于減少對火電機組穩(wěn)定運行的影響。

優(yōu)選的，所述新能源發(fā)送電路與所述火電機組通過變壓器與LCC電連接。

請參考圖2，所示為本發(fā)明實施例中提供的一種直流整流側(cè)控制參數(shù)的整定方法的方法流程圖。

由圖2可見，所述方法包括：

步驟S101：設(shè)定新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)的容量。

步驟S102：根據(jù)所述新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)構(gòu)建仿真系統(tǒng)模型。

步驟S103：確定仿真分析邊界條件。

步驟S104：通過LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線和火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線對比新能源電站出力變化對火電機組調(diào)速的影響，確定直流整流側(cè)控制參數(shù)。

根據(jù)研究系統(tǒng)，確定新能源接入電網(wǎng)的容量與火電、直流系統(tǒng)的容量等信息，將系統(tǒng)簡化成為圖1所示系統(tǒng)。在仿真軟件MATLAB或者PSCAD中搭建仿真系統(tǒng)的模型，其中新能源采用直流匯集，采用定直流電壓控制方式。

進(jìn)一步的，所述步驟S102中，仿真分析邊界條件確定。設(shè)定分析的邊界條件包括：設(shè)定LCC整流側(cè)的功率-頻率k_f的初值；設(shè)定火電機組調(diào)速系統(tǒng)K_w的初值，死區(qū)的初值(f₁″-f₂″)＞(f₁-f₂)；設(shè)定新能源電站出力波動變化率；設(shè)定LCC送出系統(tǒng)功率振蕩允許值。

進(jìn)一步的，所述步驟S103中，根據(jù)新能源電站出力變化對火電機組調(diào)速影響，最終確定調(diào)速系統(tǒng)死區(qū)和直流控制參數(shù)。

請參考圖3，所示為本發(fā)明實施例中提供的一種步驟S103的方法流程圖。

由圖3可見，所述步驟S103包括：

步驟S1031：設(shè)定LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線的斜率K_f的初值、火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率K_w的初值以及死區(qū)的初始值。

步驟S1032：統(tǒng)計和設(shè)定新能源電站出力波動變化率。

步驟S1033：設(shè)定LCC送出系統(tǒng)功率振蕩允許值。

所述LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線為：P_LCCr＝P_LCCr0+K_f*(f-f₀)，其中，P_LCCr為rLCC功率給定值、P_LCCr0為rLCC功率給定值初始值、K_f為有功功率-頻率比例曲線的斜率；f為rLCC交流母線頻率；f₀為rLCC交流母線額定頻率。

所述火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線為P_g＝P_g0+K_ω*(ω₀-ω)，其中，P_g為火電機組輸出功率、P_g0為火電機組輸出功率初始值、K_w為功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率、w為火電機組轉(zhuǎn)速、w₀為火電機組額定轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明針對新能源與火電捆綁直流外送系統(tǒng)，將新能源用直流匯集后經(jīng)VSC變流器逆變接入LCC整流變流器交流母線為交流母線提供就地?zé)o功補償，減少對火電機組穩(wěn)定運行的影響。一方面為了充分利用已有的火電基地直流遠(yuǎn)距離送出線路，另一方面為可利用柔性直流輸電系統(tǒng)VSC的靈活性將波動性的新能源出力作為傳統(tǒng)直流送出的支撐。

請參考圖4，所示為本發(fā)明實施例中提供的不同K_f取值的系統(tǒng)運行特性線圖。

當(dāng)新能源出力增大時，rLCC交流母線頻率增大，rLCC傳輸功率應(yīng)隨之增大，因此rLCC傳輸功率與其交流母線頻率成正比，rLCC功率——頻率比例控制表達(dá)式為：

P_LCCr＝P_LCCr0+K_f*(f-f₀) (1)

其中，P_LCCr為rLCC功率給定值，P_LCCr0為rLCC功率給定值初始值；K_f為有功功率-頻率比例曲線的斜率；f為rLCC交流母線頻率；f₀為rLCC交流母線額定頻率。式(1)對應(yīng)特性線為圖4中直線P_LCC-f和直線P_LCC′-f。

火電機組一次調(diào)頻的功率——轉(zhuǎn)速下垂控制表達(dá)式為：

P_g＝P_g0+K_ω*(ω₀-ω) (2)

其中，P_g為火電機組輸出功率，P_g0為火電機組輸出功率初始值；K_w為功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率；w為火電機組轉(zhuǎn)速，w₀為火電機組額定轉(zhuǎn)速。式(2)對應(yīng)特性線為圖4中直線P_g-w。

若在額定功率/轉(zhuǎn)速附近增加調(diào)速死區(qū)，則火電機組功率—轉(zhuǎn)速下垂特性線如圖4中直線P_g″-w，與火電機組不含調(diào)速死區(qū)相比，不變量應(yīng)為PV(光伏，英文全稱：Photovoltaic)的輸出功率。初始時，系統(tǒng)運行頻率為f₁″，rLCC傳輸功率為P_LCC1″，火電機組輸出功率為P_g1″，則PV輸出功率為P_LCC1″-P_g1″，且應(yīng)滿足：

P_LCC1-P_g1＝P_LCC1″-P_g1″ (3)

當(dāng)新能源輸出功率減小時，系統(tǒng)頻率由f₁″減小到f₂″，rLCC傳輸功率減小到P_LCC2″，其變化量為ΔP_LCC″，火電機組輸出功率增大到P_g2″，其變化量為ΔP_g″，其中，

ΔP_LCC″＝P_LCC1″-P_LCC2″ (4)

ΔP_g″＝P_g2″-P_g1″ (5)

PV輸出功率減小到P_LCC2″-P_g2″，且應(yīng)滿足：

P_LCC2-P_g2＝P_LCC2″-P_g2″ (6)

由圖4可見，ΔP_LCC″＞ΔP_LCC和ΔP_g″＜ΔP_g，同理可分析新能源輸出功率增大的情況。因此可知，增加火電機組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)死區(qū)，同樣可以減小新能源輸出功率波動對火電機組組輸出功率的影響。若轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)死區(qū)范圍較寬，使得f₁″和f₂″都在其范圍內(nèi)，則在穩(wěn)態(tài)時，新能源輸出功率的變化對火電機組輸出功率無影響，其變化量全部由rLCC傳輸；但同時也應(yīng)注意到，增加轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)死區(qū)后，(f₁″-f₂″)＞(f₁-f₂)，即新能源輸出功率波動引起的系統(tǒng)頻率波動范圍更大，因此，所加轉(zhuǎn)速死區(qū)范圍不能過寬，否則將影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定。

以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本發(fā)明的具體實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。