一種多端柔性直流電網(wǎng)跨區(qū)域平抑風(fēng)電波動(dòng)的協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種協(xié)調(diào)控制方法，尤其是設(shè)及一種多端柔性直流電網(wǎng)跨區(qū)域平抑風(fēng) 電波動(dòng)的協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國2014年風(fēng)電新增裝機(jī)容量為1981萬 千瓦，累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到9637萬千瓦。然而，我國的絕大部分風(fēng)電集中分布在遠(yuǎn)離負(fù)荷 中屯、的"Ξ北"（西北、華北和東北)地區(qū)，運(yùn)類地區(qū)負(fù)荷水平較低，市場規(guī)模小，大規(guī)模風(fēng)電 的并網(wǎng)及風(fēng)電的不確定性給電網(wǎng)調(diào)頻帶來了嚴(yán)峻考驗(yàn)。為提高風(fēng)電利用率、保證電力系統(tǒng) 的安全穩(wěn)定運(yùn)行，有必要加強(qiáng)跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電大規(guī)模外送和跨省區(qū)調(diào)節(jié)。尤其是我 國西南區(qū)域和華中區(qū)域擁有豐富的響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的水電資源，非常適合用來跨 區(qū)域調(diào)節(jié)風(fēng)電波動(dòng)。
[0003] 基于可控通斷器件（IGBT)的電壓源型換流器(VSC)所構(gòu)成的多端柔性直流輸電網(wǎng) 絡(luò)(MTDC)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)有功功率和無功功率的解禪控制，向無源網(wǎng)絡(luò)供電，而且能實(shí)現(xiàn)潮 流快速反轉(zhuǎn)，非常適合可再生能源的并網(wǎng)和跨區(qū)域電網(wǎng)的互聯(lián)。目前，針對(duì)多端柔性直流網(wǎng) 絡(luò)所提出的控制方法主要包括主從控制方法、帶電壓下垂特性的控制方法及其改進(jìn)控制。 運(yùn)些控制方法均側(cè)重于直流側(cè)電壓控制與功率平衡，沒有考慮各交流系統(tǒng)的響應(yīng)限制和承 受能力，W及風(fēng)電在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的跨區(qū)調(diào)節(jié)。當(dāng)某端交流系統(tǒng)由于風(fēng)電劇烈波動(dòng)而導(dǎo)致頻 率大幅偏移時(shí)，直流網(wǎng)側(cè)和其他端的交流系統(tǒng)不會(huì)對(duì)其做出響應(yīng)。
[0004] 若在電壓下垂控制中引入附加有功功率-頻率下垂控制m下簡稱p-f控制），則該 控制能在交流側(cè)電網(wǎng)發(fā)生緊急故障時(shí)，實(shí)現(xiàn)各端交流系統(tǒng)的功率相互支援。然而為了保證 小擾動(dòng)下各交流系統(tǒng)間互不影響，p-f控制存在啟動(dòng)上下限，不能及時(shí)響應(yīng)風(fēng)電波動(dòng)所引起 的頻率變化。且p-f控制一旦啟動(dòng)后，所有的交流區(qū)域電網(wǎng)無論備用容量是多是少，均會(huì)被 迫參與調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于針對(duì)我國能源分布情況，提出一種在多端柔性直流電網(wǎng)各區(qū)域 間平抑風(fēng)電波動(dòng)的附加控制方法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電波動(dòng)在互聯(lián)區(qū)域電網(wǎng)之間的定向跨區(qū)調(diào)節(jié)。同 時(shí)設(shè)計(jì)了該風(fēng)電附加控制方法與p-f控制方法的協(xié)調(diào)控制策略，在電網(wǎng)頻率偏移過大時(shí)，可 W按照協(xié)調(diào)控制策略最大限度地維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案如下：
[0007] -種多端柔性直流電網(wǎng)跨區(qū)域平抑風(fēng)電波動(dòng)的協(xié)調(diào)控制方法，其特征是包括W下 步驟：
[0008] 步驟1、根據(jù)各區(qū)域的風(fēng)電和水電容量W及區(qū)域電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力，將多端系統(tǒng)中的區(qū) 域劃分為X區(qū)域、Y區(qū)域和Z區(qū)域Ξ類;其中X區(qū)域風(fēng)電容量大，超過該區(qū)域可調(diào)范圍，作為待 調(diào)節(jié)區(qū)域;Y區(qū)域風(fēng)電容量小或者無風(fēng)電，而水電備用充足，作為調(diào)節(jié)區(qū)域;Z區(qū)域不符合前 述特征，不參加風(fēng)電波動(dòng)的跨區(qū)調(diào)節(jié)；
[0009] 步驟2、在X區(qū)域和Y區(qū)域的柔性直流換流站的換流站級(jí)控制中加入附加控制環(huán)節(jié)， 當(dāng)風(fēng)電波動(dòng)導(dǎo)致系統(tǒng)頻率超過一定范圍時(shí)，啟動(dòng)該附加控制環(huán)節(jié)，將X區(qū)域由于風(fēng)電波動(dòng)產(chǎn) 生的不平衡功率在X區(qū)域和Y區(qū)域間進(jìn)行合理分配，抑制X區(qū)域系統(tǒng)頻率的偏移;其中，附加 控制的實(shí)現(xiàn)方法是:在屬于X區(qū)域的某個(gè)交流電網(wǎng)Xi中，通過引入頻率偏差量頻率偏 差放大倍數(shù)巧和風(fēng)功率波動(dòng)判斷邏輯，修正Xi區(qū)域換流站的有功參考值，改變換流站的有 功輸出量;各Y區(qū)域換流站的有功參考值則根據(jù)X區(qū)域的有功總附加修正量，按照自身備用 容量的比例礙調(diào)節(jié)其換流站輸出功率，保證直流網(wǎng)內(nèi)的功率平衡；
[0010] 具體控制方法如下；
[0011] 電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，附加控制不啟動(dòng)；當(dāng)Xi區(qū)域風(fēng)電功率波動(dòng)過大導(dǎo)致系統(tǒng)頻率超 過啟動(dòng)限值
時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻Xl區(qū)域的風(fēng)功率波動(dòng)趨勢來進(jìn)行邏輯判斷，若 此時(shí)Xi區(qū)域的系統(tǒng)頻率達(dá)到啟動(dòng)上限值或下限值，且風(fēng)電功率相對(duì)于前一時(shí)刻的值有增加 或減小的趨勢，則附加控制啟動(dòng);隨后，相應(yīng)頻率偏差量通過比例環(huán)節(jié)巧疊加至其換 流站有功功率指令值上，抑制其頻率的繼續(xù)偏移；同時(shí)，為保證直流網(wǎng)內(nèi)功率平衡，上層控 制系統(tǒng)根據(jù)所有X區(qū)域的功率附加量之和
在線修正各Υ區(qū)域換流站的有功功率指令 值Δ巧在Υ區(qū)域內(nèi)各交流電網(wǎng)按比例巧^分配功率調(diào)節(jié)量，直至Xl區(qū)域頻率偏移恢復(fù)至啟 動(dòng)限值±公^下，附加控制關(guān)閉；
[0012] 由于Z區(qū)域不參與風(fēng)電的跨區(qū)調(diào)節(jié)附加控制，因此，該類區(qū)域的VSC換流站采用常 規(guī)電壓下垂控制；
[0013] 步驟3、極端情況下，當(dāng)附加控制開始工作后，若某參與風(fēng)電波動(dòng)調(diào)節(jié)的區(qū)域頻率 偏移至某一限值(該限值的絕對(duì)值大于附加控制啟動(dòng)限值的絕對(duì)值），該區(qū)域的p-f控制啟 動(dòng)，不平衡功率將在所有互聯(lián)區(qū)域中得到平衡，維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行;所述p-f控制方法的 原理是:在電壓下垂控制中引入交流系統(tǒng)的頻率偏差量Δ?·/，將其乘W放大系數(shù)Kf后作為 換流站有功功率參考值的修正量，修正換流站輸出的有功功率;并且p-f控制存在啟動(dòng)限值 產(chǎn) ef±A。
[0014] 本發(fā)明提出的附加控制方法利用柔性直流輸電技術(shù)快速靈活的控制特性，能夠?qū)?某一區(qū)域風(fēng)電波動(dòng)引起的不平衡功率在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中得到更為合理的分配，避免單個(gè)區(qū)域電 網(wǎng)承擔(dān)過大的調(diào)頻壓力。此外，與交流聯(lián)網(wǎng)相比，直流互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可W快速精確地控制換流站 的傳輸功率并有效維持系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定，還能在平抑風(fēng)電波動(dòng)的過程中，限制波動(dòng)及其他 故障的影響范圍。
[0015] 在上述的一種多端柔性直流電網(wǎng)跨區(qū)域平抑風(fēng)電波動(dòng)的協(xié)調(diào)控制方法，所述步驟 3中，將P-f控制作為附加控制的后備控制，各Χ，Υ，Ζ區(qū)域可通過區(qū)域選擇開關(guān)來選擇相應(yīng)的 跨區(qū)調(diào)節(jié)附加控制策略；
[0016] 對(duì)于啦域，當(dāng)Xl區(qū)域頻率偏移[4成|達(dá)到Β且附加控制啟動(dòng)后，若參與調(diào)節(jié)的某區(qū) 域頻率仍波動(dòng)至超過{:產(chǎn)ef-A，產(chǎn)ef+A}(A>B)，則啟動(dòng)p-f控制，所有互聯(lián)區(qū)域均參與頻率控 審IJ，包括Z區(qū)域也參與頻率控制;共同維持系統(tǒng)穩(wěn)定;此外，在Xi區(qū)域的附加控制中加入上下 限{-(A-B)，（A-B)}，即附加控制正常作用所對(duì)應(yīng)的|Δ盡J區(qū)間為{-(A-B)，(A-B)}，當(dāng)Xi區(qū)域 Δ/y超過A后，附加控制的功率疊加量將被保持在|4fxf|為A時(shí)所對(duì)應(yīng)的上限值，W確保P-f控制過程中換流站調(diào)節(jié)功率不受風(fēng)電波動(dòng)的影響，從而快速使全網(wǎng)系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定；
[0017] 對(duì)于Y區(qū)域，在Xi區(qū)域的風(fēng)電附加控制啟動(dòng)后，Y返域根據(jù)比例巧'J.分配風(fēng)功率調(diào) 節(jié)量，并調(diào)節(jié)相應(yīng)的換流站有功功率;若在調(diào)節(jié)過程中Yj區(qū)域交流電網(wǎng)的頻率超出范圍{-(A-B)，（A-B)}，則其P-f控制啟動(dòng)，控制頻率穩(wěn)定。
[0018] 在上述的一種多端柔性直流電網(wǎng)跨區(qū)域平抑風(fēng)電波動(dòng)的協(xié)調(diào)控制方法，所有控制 參數(shù)按照如下方法確定：
[0019] 參數(shù)組一:協(xié)調(diào)控制中的限值參數(shù)A和B，確定的原則為:在避免附加控制啟動(dòng)太過 頻繁的同時(shí)保證其響應(yīng)的及時(shí)性，同時(shí)為該控制留有充分的作用區(qū)間；
[0020] 參數(shù)組二:Xi區(qū)域的附加控制參數(shù)確定的方法為:考慮與P-f控制的配合，在 Xi區(qū)域附加控制中引入功率裕度系數(shù)α，使得
[0021]
[002引式中，巧f,.為Xi區(qū)域的換流站初始功率，巧f"和巧;ax分別為X返域換流站正常運(yùn) 行的最小和最大輸出功率;根據(jù)附加控制所對(duì)應(yīng)的頻率偏差量的范圍{