[發(fā)明專利]風電集群孤網(wǎng)接入柔直電網(wǎng)時換流站穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間方法

在審

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• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107017652A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 劉瑩;王澤忠
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02J3/36
• 分類號: H02J3/36;H02J3/16
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙)11548
• 代理人: 李靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風電集群孤網(wǎng)接入柔直電網(wǎng)時換流站穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間方法，屬于電壓源換流器型直流輸電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

基于電壓源換流器型直流輸電(voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC)采用可關(guān)斷電力電子器件，這種換流器件是既可以控制導通又可以控制關(guān)斷的雙向可控電力電子器件，不需要利用外部電源便可實現(xiàn)自換相，因此具備向無源網(wǎng)絡供電的能力。電壓源型換流器向無源網(wǎng)絡供電包含兩個重要方面的應用，第一個方面是純粹的向無源網(wǎng)絡供電，比如通過柔性直流輸電向城市中心區(qū)供電，或者通過柔性直流輸電向無源海島供電等；第二個方面是風電集群通過柔性直流輸電接入電網(wǎng)，這種情況下風電場側(cè)等同于無源網(wǎng)絡，需要電壓源型換流器為風電場建立同步電源，否則風電場本身就無法運行。

基于可關(guān)斷器件的電壓源型換流器采用PWM控制方式，其調(diào)制比與移相角分別影響換流站吸收或發(fā)出的無功功率和有功功率，其中調(diào)制比表示為交流側(cè)相電壓與直流電壓之比，移相角定義為系統(tǒng)發(fā)電機輸出電壓與柔性直流輸電換流站端電壓間的夾角。通過對這兩個變量的調(diào)節(jié)可以實現(xiàn)系統(tǒng)有功功率和無功功率的獨立控制。當與有源網(wǎng)絡連接時，VSC-HVDC中電壓源換流器的控制方式可以由有功類控制和無功類控制分別組合，可以組成多種控制方式，其中有功類控制包括：交流側(cè)有功功率控制、交流側(cè)頻率控制、直流側(cè)直流電壓控制；無功類控制包括：交流側(cè)無功功率控制，交流側(cè)母線電壓控制。當柔性直流輸電系統(tǒng)與無源網(wǎng)絡連接時，其電壓源換流站的控制方式只能為定交流母線電壓控制、和定交流頻率控制。通過柔性直流輸電并網(wǎng)的風電集群，由送端換流站為風電集群出口點提供穩(wěn)定的交流電壓和頻率，因此并網(wǎng)點的電壓穩(wěn)定依賴于電壓源換流站的動態(tài)無功功率調(diào)節(jié)，所以在實際應用中，柔性直流輸電系統(tǒng)在允許的電壓范圍按照無功功率的補償比例，采用有差的斜率調(diào)節(jié)方式進行并網(wǎng)點無功電壓控制。同理，有功頻率控制也采用斜率控制策略，通過引入頻率斜率控制特性，使柔性直流輸電送端站根據(jù)風電場輸出功率的大小適當?shù)剡M行有功功率控制，從而控制并網(wǎng)風電系統(tǒng)的頻率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有的技術(shù)問題，提供風電集群孤網(wǎng)接入柔直電網(wǎng)時換流站穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間方法，目的是對研究送端換流站接入無源電網(wǎng)時的無功電壓運行特性具有重要的意義，擬解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：風電集群孤網(wǎng)接入柔直電網(wǎng)時換流站穩(wěn)態(tài)運行區(qū)間方法，其包括以下步驟：

(1)風電集群為無源電源，建立單端VSC-HVDC等效模型，模型如下：

將流站接入到無源系統(tǒng)中，從無源系統(tǒng)到換流站的輸電通道阻抗為Z_sys＝R_sys+X_sys；

風電集群出口電壓為

換流站交流母線用公共連接點PCC來表示，從無源系統(tǒng)注入到PCC的功率為P_s+jQ_s；

基于電壓源換流器型直流輸電采用單相基波等效電路來表示，并設其輸出電壓基波相量為其中，X_link是換流站交流母線PCC與Δ之間的連接電抗，X_link＝X_T+X_L0/2，其中X_L0為基頻下的橋臂電抗；

(2)研究注入PCC節(jié)點的有功功率P_s和無功功率Q_s的運行范圍，以v點輸出的有功功率P_v和無功功率Q_v作為中間變量S_v＝P_v+jQ_v，對P_s和Q_s的運行范圍進行分析，v節(jié)點電壓為電壓源換流站控制的對象，其在無源網(wǎng)絡中看作平衡節(jié)點即vθ節(jié)點，故有

(3)建立換流站PQ運行區(qū)間需要考慮的約束條件；

(4)由步驟(3)的約束條件共同決定的電壓源換流器型直流輸電功率特性的邊界曲線；

(5)根據(jù)步驟(4)的邊界曲線來確定換流站穩(wěn)態(tài)運行范圍。

進一步，作為優(yōu)選，所述步驟(3)中，約束條件具體為：

(i)電壓源換流站的輸出電壓調(diào)制比約束：

v節(jié)點電壓和輸出功率已知，可以計算出Δ節(jié)點電壓：