特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的控制方法，適于暫態(tài)不平衡運(yùn)行。
【背景技術(shù)】
[0002]特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場是指風(fēng)電場單獨(dú)與直流輸電系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電的遠(yuǎn)距離傳輸。孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送系統(tǒng)如圖1所示，本文即是針對這種類型的系統(tǒng)。
[0003]特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場，目前，在全球都沒有成功的工程案例。對于特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場，由于特高壓直流輸電系統(tǒng)采用恒功率控制或者恒電流控制，所以，對于直流送端交流母線而言，接入該母線的整個(gè)直流輸電系統(tǒng)，相當(dāng)于在該母線上接入恒功率負(fù)荷或者恒電流負(fù)荷，表現(xiàn)為恒功率/電流節(jié)點(diǎn)。對于雙饋風(fēng)機(jī)群，其輸出功率由風(fēng)速?zèng)Q定，暫態(tài)時(shí)間尺度下也表現(xiàn)為恒功率/電流節(jié)點(diǎn)，因此，雙饋風(fēng)電場和特高壓直流系統(tǒng)之間無法建立功率平衡關(guān)系。
[0004]因此，目前孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送模式不能正常穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的控制方法，用以解決孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送模式不能正常穩(wěn)定運(yùn)行的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括:
[0007]特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的控制方法，采用暫態(tài)不平衡控制器進(jìn)行控制器，暫態(tài)不平衡控制器由依次連接的整流變壓器、VSC、直流電容、B1-DC/DC和超級電容構(gòu)成，整流變壓器連接特高壓直流送端交流母線(BI)，所述暫態(tài)不平衡控制器的控制方式為:根據(jù)當(dāng)前超級電容電壓和給定的超級電容電壓參考值和系統(tǒng)頻率參考值計(jì)算當(dāng)前的系統(tǒng)頻率，輸出新的系統(tǒng)頻率參考值；根據(jù)當(dāng)前的直流送端交流母線(BI)的電壓和給定的母線(BI)電壓參考值計(jì)算當(dāng)前三相調(diào)制信號的幅值修正值；計(jì)算滿足系統(tǒng)頻率參考值和調(diào)制信號幅值修正值的三相正弦調(diào)制信號，進(jìn)而得到觸發(fā)脈沖，控制VSC運(yùn)行。
[0008]當(dāng)超級電容電壓Vsc高于給定值V，將該偏差量乘上比例系數(shù)得到頻率增量值Δ ω，將頻率增量值△ ω加上當(dāng)前測量得到的系統(tǒng)頻率值得到VSC輸出頻率值ω，ω和時(shí)間t相乘得到cot，cot用于生成SPffM信號
[0009]當(dāng)交流母線電壓Vbus高于參考值Vbus—時(shí)，減小調(diào)制信號的幅值；當(dāng)特高壓換流站交流母線電壓Vbus低于參考值V bus—時(shí)，增大調(diào)制信號的幅值。
[0010]直流側(cè)電壓Vd。大于參考值V dc ref時(shí)，通過調(diào)節(jié)B1-DC/DC的占空比使VSC的直流電容的能量向超級電容流動(dòng)；當(dāng)Vd。小于參考值Vde 時(shí)，通過調(diào)節(jié)B1-DC/DC的占空比使超級電容的能量向VSC的直流電容流動(dòng)。
[0011]根據(jù)不平衡功率特征量提取機(jī)制，制作特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的暫態(tài)不平衡功率控制器，再建立該控制器與特高壓直流調(diào)節(jié)之間的協(xié)調(diào)控制而達(dá)到孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。頻率調(diào)節(jié)功能計(jì)算當(dāng)前特高壓直流送端系統(tǒng)所需的頻率參考值。電壓調(diào)節(jié)功能計(jì)算當(dāng)前三相正弦調(diào)制信號幅值的修正值。調(diào)制信號控制模塊計(jì)算滿足頻率參考值、三相正弦調(diào)制信號幅值條件所需的三相正弦調(diào)制信號，經(jīng)脈沖發(fā)生器得到控制電壓型變換器(VSC)的觸發(fā)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明的特點(diǎn):①建立了特高壓直流系統(tǒng)與雙饋風(fēng)電場間的不平衡功率消除機(jī)制。②建立了不平衡功率的特征量，特征量的變化能快速、準(zhǔn)確的反映特高壓直流系統(tǒng)和雙饋風(fēng)電場間的不平衡功率。③利用特征量作為特高壓直流系統(tǒng)附加控制策略的反饋量，控制直流系統(tǒng)的輸送功率，從而消除特高壓直流系統(tǒng)與雙饋風(fēng)電場間的不平衡功率。
【附圖說明】
[0013]圖1為孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送系統(tǒng)；
[0014]圖2為不平衡功率控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為控制器控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；符號說明:Vbus:測量的換流變網(wǎng)側(cè)交流電壓，Vbus raf:整流站換流變網(wǎng)側(cè)交流電壓參考值，Vse:測量的超級電容電壓Vse raf:超級電容電壓參考值，?ref:頻率參考值，Vdc:測量的直流電壓，Vdc ref:直流電壓參考值；
[0016]圖4(a) ,4(b) ,4(c)分別母線BI不接任何裝置、接STATC0M、接圖3裝置的孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送系統(tǒng)運(yùn)行情況；
[0017]圖5為雙饋風(fēng)電場輸出功率過剩(暫態(tài))時(shí)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0019]如圖2、3所示為孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送系統(tǒng)增加暫態(tài)不平衡功率控制器。
[0020]暫態(tài)不平衡功率控制器的一次系統(tǒng)如圖2虛線框所示。包括VSC(電壓源型變流器)、Cd。(直流電容)、B1-DC/DC(級聯(lián)雙向DC/DC變換器)和SC(超級電容)。VSC采用三相全橋結(jié)構(gòu)(也可以采用多電平結(jié)構(gòu))，交流側(cè)通過整流變壓器連接特高壓直流送端交流母線BI。VSC、Cdc、B1-DC/DC構(gòu)成PCS(功率調(diào)節(jié)系統(tǒng))。
[0021]暫態(tài)不平衡控制器的控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)如圖3中虛線部分所示。
[0022]采集電容電壓和特高壓直流送端交流母線BI電壓，頻率調(diào)節(jié)模塊根據(jù)當(dāng)前電容電壓和給定的電容電壓參考值和系統(tǒng)頻率參考值計(jì)算當(dāng)前的系統(tǒng)頻率，輸出新的系統(tǒng)頻率參考值。
[0023]具體策略如下:
[0024]當(dāng)超級電容電壓Vsc高于給定值V，將該偏差量乘上比例系數(shù)得到頻率增量值Δ ω，將頻率增量值△ ω加上當(dāng)前測量得到的系統(tǒng)頻率值得到VSC輸出頻率值ω，ω和時(shí)間t相乘得到cot，cot用于生成SPffM信號。
[0025]VSC的電壓調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)分別獨(dú)立進(jìn)行。電壓調(diào)節(jié)模塊根據(jù)當(dāng)前的直流送端交流母線BI的電壓和給定的母線BI電壓參考值計(jì)算當(dāng)前三相調(diào)制信號的幅值修正值。當(dāng)特高壓換流站交流母線BI電壓Vbus高于參考值V bus—時(shí)，說明VSC交流輸出電壓偏高，應(yīng)當(dāng)減小調(diào)制信號的幅值；當(dāng)特高壓換流站交流母線BI電壓Vbus低于參考值Vbus—-時(shí)，說明VSC交流輸出電壓偏低，應(yīng)當(dāng)增大調(diào)制信號的幅值。
[0026]B1-DC/DC的控制目標(biāo)是維持VSC直流側(cè)電壓Vj1亙定，當(dāng)V d。大于參考值V dc 時(shí)，通過調(diào)節(jié)B1-DC/DC的占空比使VSC的直流電容的能量向超級電容流動(dòng)；當(dāng)Vd。小于參考值Vdc μ時(shí)，通過調(diào)節(jié)B1-DC/DC的占空比使超級電容的能量向VSC的直流電容流動(dòng)，即不平衡功率造成的能量積累由超級電容儲存。
[0027]調(diào)制信號控制模塊計(jì)算滿足新的系統(tǒng)頻率參考值和調(diào)制信號幅值修正值的三相正弦調(diào)制信號。該信號送至SPffM模塊，得到觸發(fā)脈沖，保證控制器的運(yùn)行。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，特高壓直流送端交流系統(tǒng)頻率等于給定頻率參考值，母線BI電壓運(yùn)行在額定值；特高壓直流系統(tǒng)與雙饋風(fēng)電場間出現(xiàn)暫態(tài)不平衡功率時(shí)，直流送端系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，根據(jù)頻率的變化，可提出針對特高壓直流系統(tǒng)的附加控制策略，通過改變直流系統(tǒng)輸送功率，消除兩者間的暫態(tài)不平衡功率，從而穩(wěn)定孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送系統(tǒng)的運(yùn)行。
[0028](I)當(dāng)特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場，其運(yùn)行結(jié)果如圖4(a)，表明系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行；
[0029](2)當(dāng)特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場，且投入STATC0M時(shí)，其運(yùn)行結(jié)果如圖4(b),表明系統(tǒng)也不能穩(wěn)定運(yùn)行；
[0030](3)當(dāng)特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場，且投入本發(fā)明的控制系統(tǒng)時(shí)，其運(yùn)行結(jié)果如圖4(c)，表明系統(tǒng)在無擾動(dòng)情況下可以穩(wěn)定運(yùn)行；
[0031](4)當(dāng)特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場，且投入本發(fā)明的控制系統(tǒng)，并設(shè)置擾動(dòng)引起不平衡功率時(shí)，其運(yùn)行結(jié)果如圖5，表明系統(tǒng)可以自動(dòng)消除不平衡功率而保持穩(wěn)定運(yùn)行。
[0032]以上給出了本發(fā)明的具體的實(shí)施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對上述實(shí)施例中的技術(shù)手段進(jìn)行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實(shí)現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對上述實(shí)施例進(jìn)行微調(diào)形成的，這種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的控制方法，采用暫態(tài)不平衡控制器進(jìn)行控制器，暫態(tài)不平衡控制器由依次連接的整流變壓器、VSC、直流電容、B1-DC/DC和超級電容構(gòu)成，整流變壓器連接特高壓直流送端交流母線(BI)，其特征在于，所述暫態(tài)不平衡控制器的控制方式為: 根據(jù)當(dāng)前超級電容電壓和給定的超級電容電壓參考值和系統(tǒng)頻率參考值計(jì)算當(dāng)前的系統(tǒng)頻率，輸出新的系統(tǒng)頻率參考值； 根據(jù)當(dāng)前的直流送端交流母線(BI)的電壓和給定的母線(BI)電壓參考值計(jì)算當(dāng)前三相調(diào)制信號的幅值修正值； 計(jì)算滿足系統(tǒng)頻率參考值和調(diào)制信號幅值修正值的三相正弦調(diào)制信號，進(jìn)而得到觸發(fā)脈沖，控制VSC運(yùn)行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的控制方法，其特征在于，當(dāng)超級電容電壓Vse高于給定值V se—raf時(shí)，將該偏差量乘上比例系數(shù)得到頻率增量值Δ ω，將頻率增量值△ ω加上當(dāng)前測量得到的系統(tǒng)頻率值得到VSC輸出頻率值ω，ω和時(shí)間t相乘得到ω t，ω t用于生成SPffM信號。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的控制方法，其特征在于，當(dāng)交流母線電壓Vbus高于參考值Vbus—時(shí)，減小調(diào)制信號的幅值；當(dāng)特高壓換流站交流母線電壓Vbus低于參考值V bus—“時(shí)，增大調(diào)制信號的幅值。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的控制方法，其特征在于，直流側(cè)電壓Vd。大于參考值V dc 時(shí)，通過調(diào)節(jié)B1-DC/DC的占空比使VSC的直流電容的能量向超級電容流動(dòng)；當(dāng)Vd。小于參考值Vde 時(shí)，通過調(diào)節(jié)B1-DC/DC的占空比使超級電容的能量向VSC的直流電容流動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的控制方法，根據(jù)當(dāng)前超級電容電壓和給定的超級電容電壓參考值和系統(tǒng)頻率參考值計(jì)算當(dāng)前的系統(tǒng)頻率，輸出新的系統(tǒng)頻率參考值；根據(jù)當(dāng)前的直流送端交流母線(B1)的電壓和給定的母線(B1)電壓參考值計(jì)算當(dāng)前三相調(diào)制信號的幅值修正值；計(jì)算滿足系統(tǒng)頻率參考值和調(diào)制信號幅值修正值的三相正弦調(diào)制信號，進(jìn)而得到觸發(fā)脈沖，控制VSC運(yùn)行。根據(jù)不平衡功率特征量提取機(jī)制，制作特高壓直流接入孤立雙饋風(fēng)電場的暫態(tài)不平衡功率控制器，再建立該控制器與特高壓直流調(diào)節(jié)之間的協(xié)調(diào)控制而達(dá)到孤立雙饋風(fēng)電場的特高壓直流外送系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
【IPC分類】H02J3/36
【公開號】CN105071427
【申請?zhí)枴緾N201510487749
【發(fā)明人】李少華, 張愛玲, 蘇勻, 李泰 , 彭忠, 王柏恒, 張望, 郝正航, 李生福, 陳卓
【申請人】許繼電氣股份有限公司, 許繼集團(tuán)有限公司, 國家電網(wǎng)公司
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月10日