[發(fā)明專利]柔性直流輸電系統(tǒng)中逆變換流站的調頻控制方法

有效

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• 申請日: 2013-09-25
• 公開（公告）號: CN104467000B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設計）人: 唐欣;曾祥君;楊冬兒;楊志宇;陳勝
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02M7/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領域，涉及一種向無源網(wǎng)絡供電的柔性直流輸電系統(tǒng)在交流側電網(wǎng)故障時，一種柔性直流輸電系統(tǒng)中逆變站的頻率產生機制與控制策略。

背景技術

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，能源問題越來越突出，必須開發(fā)新能源，大力提高我國自身的產油能力。而柔性直流輸電較之常規(guī)直流輸電具有緊湊化、模塊化設計，易于移動、安裝、調試和維護，易于擴展和實現(xiàn)多端直流輸電等優(yōu)點，可對無源網(wǎng)絡和孤島安全、優(yōu)質和經(jīng)濟供電。但是我們在向無源網(wǎng)絡供電的柔性直流輸電系統(tǒng)在送端交流電網(wǎng)故障下，由于變流器的過載能力弱，在限流器的作用下，會引起受端交流電網(wǎng)有功功率缺額問題，進而影響受端系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

對于以上問題，現(xiàn)有幾種解決方案：

1、通過在線估計負荷的變化在受端換流站中引入功率-頻率的下垂控制，從而利用了負荷的頻率特性來提高系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性。但該方法所依賴的非線性觀測器的動態(tài)性能不夠理想，影響了系統(tǒng)頻率的動態(tài)響應特性。

2、借鑒變流器在微網(wǎng)中頻率控制方法，模擬了同步發(fā)電機的特性，提高了柔性直流輸電系統(tǒng)與發(fā)電機的協(xié)同工作特性和穿越受端交流電網(wǎng)故障的能力，但這種工作機制是在假設直流電壓恒定前提下得到的，也就是假設了送端交流電網(wǎng)為理想電源，未考慮送端交流電網(wǎng)故障穿越運行問題。

3、在微網(wǎng)系統(tǒng)中，為模擬原動機的功率-頻率下垂特性，實現(xiàn)單個逆變換流站與系統(tǒng)其它發(fā)電設備協(xié)調控制。進一步模擬同步發(fā)電機的轉動慣量，系統(tǒng)頻率能夠動態(tài)響應負荷的變化，但不能反映和跟隨能量源引起的功率缺額問題(比如在柔性直流輸電系統(tǒng)中送端交流側發(fā)生故障而產生的功率不平衡)，因而不適用于VSC型換流站向無源網(wǎng)絡供電的系統(tǒng)。

4、分別利用超級電容、風力發(fā)電機轉子和蓄電池等儲能元件對系統(tǒng)頻率進行控制，相當于在頻率控制中引入了微分控制，但同樣不適用于VSC型換流站向無源網(wǎng)絡供電的系統(tǒng)(由于受端系統(tǒng)頻率需要由換流站自身產生)。

現(xiàn)有情況下，人們對變流器模擬同步發(fā)電機的特性進行了大量的研究，但是對于柔性直流輸電系統(tǒng)在送端交流電網(wǎng)故障穿越運行問題有待進一步研究。

發(fā)明內容

通過建立擾動下直流電壓變化與頻率變化之間的映射關系，利用直流側電容的儲能模擬同步電動機轉子模擬轉動慣量，提出一種柔性直流輸電系統(tǒng)中逆變站的頻率產生機制與控制策略，從而使得逆變站具有與同步發(fā)電機相似的外特性，可以利用頻率將有功不平衡信息傳遞給保護裝置，與此同時，利用負荷的頻率特性調節(jié)有功需求。此外，直流電容的儲能還可提供短時有功功率支持。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

1.將柔性直流輸電系統(tǒng)作為統(tǒng)一體，分析直流電容放電的行為特征，研究直流電壓受有功不平衡影響的變化規(guī)律，利用直流電容的儲能模擬同步電動機轉子的儲能，而擾動下直流電壓變化模擬轉子轉速(頻率)對擾動的響應，從而建立直流電壓與轉速(頻率)的映射關系。

2.受端換流站采用SPWM控制，其調制信號的初相角為0，調制信號的頻率由直流電壓的映射關系得到、調制信號的調制度由受端換流站(逆變站)端口電壓幅值閉環(huán)控制器輸出得到。

3.而后建立系統(tǒng)動力學模型，送端換流站(整流站)分別采用功率-直流電壓(供電頻率)下垂控制和恒直流電壓控制實現(xiàn)對受端交流系統(tǒng)一次調頻和二次調頻，模控制系統(tǒng)有功出力的方法。

有益效果：

1)將柔性直流輸電系統(tǒng)作為統(tǒng)一體構建基于直流電壓與頻率關聯(lián)映射的受端交流電網(wǎng)供電頻率的產生機制，提高系統(tǒng)的故障穿越能力。

2)大幅提高柔性直流輸電系統(tǒng)對孤島供電的安全水平及與傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)的保護技術(如低頻減載技術)的兼容性。

3)提出柔性直流輸電系統(tǒng)的控制原理使系統(tǒng)具有與傳統(tǒng)發(fā)電機組相近的調頻、調壓外特性，提高系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力分析方法的兼容性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結構框圖

圖2是本發(fā)明的技術路線流程圖

圖3是本發(fā)明的控制信號流程圖

具體實施方式:

本發(fā)明的結構圖如圖1所示，將直流電容器的儲能特性和它的電壓與頻率映射關系結合模擬成同步發(fā)電機的轉動慣量，再通過特定控制方式對逆變站進行有功頻率的控制，實現(xiàn)對同步發(fā)電機的模擬，其思路如圖2所示。

首先，利用直流側電容的儲能模擬同步電動機轉子的儲能，而擾動下直流電壓變化模擬轉子轉速(頻率)對擾動的響應，從而建立直流電壓與轉速(頻率)的映射關系。

我們由直流電容的特性可知，它的電壓和電能關系如下：