[發明專利]大型風電場接入VSC-MTDC系統的啟動控制方法

有效

• 申請號: 201310695895.0
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103701148A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 饒宏;黎小林;陳俊;呂敬;施剛;蔡旭;李汶婷;朱淼
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;上海交通大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種大型風電場接入VSC-MTDC系統的啟動控制方法，其特征在于，所述系統包括兩個風電場、兩個送端換流站、一個受端換流站和交流電網，所述兩個送端換流站分別通過直流電纜連接到受端換流站的一端，所述受端換流站的另一端連接到交流電網；其中：

所述風電場包括一個鼠籠定速風電場和一個雙饋變速風電場；

所述第一送端換流站均包括第一第一三相交流斷路器（QF1）、第一三相第一聯結變壓器（T1）、第一換流器和第一、第二直流隔離開關（QS1+）和（QS1-）；

所述第二送端換流站均包括第二第一三相交流斷路器（QF1）、第二三相聯結變壓器（T2）、第二換流器和第三、第四直流隔離開關（QS2+）和（QS2-）；

所述受端換流站包括第三三相交流斷路器（QF3）、一個三相交流接觸器（KM）、三個啟動電阻（R）、第三三相聯結變壓器（T3）、第二換流器和第五、第六直流隔離開關（QS3+）和（QS3-）；

鼠籠定速風電場出口側接入交流匯流母線（B1），交流匯流母線（B1）引出一路接入第一送端換流站，與第一送端換流站的第一三相交流斷路器（QF1）的一端相連，第一三相交流斷路器（QF1）的另一端與第一送端換流站的第一聯結變壓器（T1）的一端相連，第一聯結變壓器（T1）的另一端與第一送端換流站的第一換流器的交流側相連，第一、第二直流隔離開關（QS1+）和（QS1-）的一端分別與第一換流器的正極和負極直流母線相連，第一、第二直流隔離開關（QS1+）和（QS1-）的另一端分別與正極和負極直流電纜的一端相連；

雙饋變速風電場出口側接入交流匯流母線（B2），交流匯流母線（B2）引出一路接入第二送端換流站，與第二送端換流站的第二三相交流斷路器（QF2）的一端相連，第二三相交流斷路器（QF2）的另一端與第二送端換流站的第二聯結變壓器（T2）的一端相連，第二聯結變壓器（T2）的另一端與第二送端換流站的第二換流器的交流側相連，第三、第四直流隔離開關（QS2+）和（QS2-）的一端分別與第二換流器的正極和負極直流母線相連，第三、第四直流隔離開關（QS2+）和（QS2-）的另一端分別與第二送端換流站的正極和負極直流電纜的一端相連，第二送端換流站的正極和負極直流電纜的另一端分別與第一送端換流站的正極和負極直流電纜的一端相連；

受端換流站的第五、第六直流隔離開關（QS3+）和（QS3-）的一端分別與直流電纜的一端連接，另一端分別與受端換流站的第三換流器的正極和負極直流母線相連，第三換流器的交流側與受端換流站的第三聯結變壓器（T3）的一端相連，第三聯結變壓器（T3）的另一端與啟動電阻（R的一端相連，三相交流接觸器（KM）與啟動電阻（R）并聯連接，啟動電阻（R）的另一端與受端換流站的第三三相交流斷路器（QF3）的一端相連，第三三相交流斷路器（QF3）的另一端接入交流匯流母線（B3），交流匯流母線（B3）引出一路接入交流電網；

上述系統的啟動控制方法首先采用分群法對大型風電場進行等值聚合，建立鼠籠定速和雙饋變速兩種機型的風電場聚合模型，然后基于風電場聚合模型，建立VSC-MTDC輸電系統模型，通過風電場與換流站之間的協調控制并按照特定的啟動控制時序，實現大型風電場接入VSC-MTDC系統的平滑啟動過程；具體步驟包括：

步驟1：采用分群法對大型風電場進行等值聚合，分別建立鼠籠定速和雙饋變速風電場聚合模型；

步驟2：建立VSC-MTDC輸電系統模型；

步驟3：受端換流站和送端換流站極連接；

步驟4：啟動受端換流站為直流電網建立穩定的直流電壓；

步驟5：啟動送端換流站在風電場匯聚點建立穩定的交流電壓；

步驟6：啟動鼠籠定速風電場，完成空載啟動并網；

步驟7：啟動雙饋變速風電場，完成空載啟動并網；

步驟1中，所述分群法的具體實現方法如下：

a.假設同風速區段同型號的m臺雙饋風力發電機，可等值成一臺雙饋風力發電機，其等值參數計算如下：

Seq=Σi=1mSi=mS,Peq=Σi=1mPi=mP,Qeq=Σi=1mQi=mQXm-eq=xmm,Xs-eq=xsm,Xr-eq=xrm,rs-eq=rsm,rr-eq=rrm---(1)]]>

其中：S為發電機容量，m為風電機組臺數，下標eq表示等效后，X_m為發電機勵磁電抗，x_s和x_r分別為發電機定子電抗和轉子電抗，r_s、r_r為發電機定子電阻和轉子電阻；

b.假設同風速區段同型號的m臺定速風力發電機，可等值成一臺定速風力發電機，其等值參數計算如下：

Seq=Σi=1mSi,Peq=Σi=1mPi,Pmq=Σi=1mPmiXa-eq=Σi=1mδixi,δi=Si/Σj=1mSj---(2)]]>

其中：x為發電機定子電抗，δ_i是第i臺發電機的容量所占總容量比例系數；

c.按照基于槳距角動作情況的分群法，多臺發電機組的等效風速計算如下：

veq1=1mΣi=1mvi---(3)]]>

d.風電場內部集電線路等效長度計算如下：

Zeq_n=[Σi=1ni2Zi]/n2---(4)]]>

式中：n為線路上機組臺數，Z_i為第i條電纜的阻抗；

e.傳動鏈采用兩質量塊模型，將風力機和低速傳動軸等效成一個質量塊，其轉動慣量是Htur，軸的剛度系數是K，阻尼系數是D；將齒輪箱高速傳動軸和發電機轉子等效為第二個質量塊，其轉動慣量是Hgen，傳動鏈模型如式（5），傳動鏈等值聚合參數如式（6）：

2Hturdωturdt=Ttur-Ksθs-Dturωtur2Hgendωgendt=Ksθs-Te-Dgenωgendθsdt=ω0(ωtur-ωgen)---(5)]]>

其中：D_tur、D_gen分別是風力機轉子和發電機轉子的阻尼系數，θ_s、ω_s分別是兩質量塊之間相對的角位移及同步轉速，T_tur、T_E分別是風力機機械轉矩和發電機電磁轉矩；

Hg_eq=Σi-1mHgi=mHgHt_eq=Σi-1mHti=mHtKs_eq=Σi-1mKsi=mKs---(6)]]>

其中：H_t、H_g分別是風力機和發電機的轉子慣性時間常數，K_s為軸系剛度系數。