[發(fā)明專利]一種VSC-HVDC海上風(fēng)電系統(tǒng)的功率控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011457163.4
• 申請(qǐng)日: 2020-12-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112421654A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李泰;潘榮睿;陳偉健;朱志宇;曾慶軍;楊官校;王樂(lè)秋;趙黎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J3/24
• 分類號(hào): H02J3/24;H02J3/48;H02J3/36
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發(fā)明公開(kāi)一種海上風(fēng)電裝置以及功率控制方法，包括：基于VSC?HVDC有功支援和自適應(yīng)減載措施的方法維持風(fēng)電系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定，當(dāng)連接陸上區(qū)域電網(wǎng)時(shí)發(fā)生功率缺額時(shí)候，利用增量法估計(jì)有功缺額，在保證海上機(jī)組電網(wǎng)頻率安全的前提下向其輸送有功功率，為陸上區(qū)域電網(wǎng)提供有功支援，然后根據(jù)陸上區(qū)域電網(wǎng)頻率跌落幅度，采取自適應(yīng)減載措施。本發(fā)明充分利用海上機(jī)組電網(wǎng)的調(diào)頻能力和陸上區(qū)域電網(wǎng)低頻減載方法，同時(shí)對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，只需要調(diào)節(jié)海上機(jī)組電網(wǎng)的功率和有功裕度，可行性強(qiáng)。另外，利用自適應(yīng)減載措施，提高了陸上區(qū)域電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性，并使系統(tǒng)負(fù)荷大大降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海上風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，具體涉及一種VSC-HVDC海上風(fēng)電系統(tǒng)的功率控制方法。

背景技術(shù)

風(fēng)能作為一種無(wú)污染和可再生的清潔能源，有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。風(fēng)力發(fā)電規(guī)模的不斷擴(kuò)大將對(duì)能源結(jié)構(gòu)和環(huán)境問(wèn)題的改善帶來(lái)深遠(yuǎn)的影響。

隨著海上風(fēng)電機(jī)組安裝、制造技術(shù)不斷地進(jìn)步與成熟，其單機(jī)容量也不斷得到提升，海上風(fēng)電場(chǎng)規(guī)模隨之?dāng)U大，并逐漸向遠(yuǎn)離陸地、風(fēng)能資源更加密集的近海甚至深海發(fā)展。由于海上風(fēng)電場(chǎng)獨(dú)特的地理位置，海上風(fēng)電的遠(yuǎn)距離輸送及并網(wǎng)問(wèn)題已成為制約海上風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。目前，利用HVDC技術(shù)能夠解決遠(yuǎn)距離電力傳輸及并網(wǎng)問(wèn)題，HVDC技術(shù)非常適用于電能遠(yuǎn)距離輸送，具有成本低，功耗小，技術(shù)相對(duì)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但隨著風(fēng)電的增加，電網(wǎng)的穩(wěn)定性問(wèn)題也隨之加劇。因此，若能在提高風(fēng)力電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的同時(shí)，有效地避免風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)機(jī)組之間的協(xié)調(diào)、通訊等問(wèn)題，將會(huì)大大簡(jiǎn)化其控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難度，可使風(fēng)力發(fā)電展現(xiàn)更好的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有的國(guó)內(nèi)外技術(shù)如采用脈寬調(diào)制技術(shù)，VSC-HVDC可以快速改變輸送有功功率以控制頻率，如文獻(xiàn)“多電平柔性直流輸電定有功功率控制與頻率輔助控制”(范心明，管霖，何健明，《電網(wǎng)技術(shù)》2012年09期，第182-186頁(yè))中，通過(guò)接入定有功功率和增加輔助頻率的方法來(lái)控制外環(huán)，達(dá)到了發(fā)生故障時(shí)抑制了頻率的波動(dòng)，使頻率更加穩(wěn)定的目的，其缺陷是沒(méi)有估計(jì)海上機(jī)組電網(wǎng)增發(fā)有功功率的能力以及VSC-HVDC輸出有功功率受限時(shí)陸上區(qū)域電網(wǎng)如何進(jìn)行減載。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種VSC-HVDC海上風(fēng)電系統(tǒng)的功率控制方法，當(dāng)VSC-HVDC系統(tǒng)連接陸上區(qū)域電網(wǎng)時(shí)發(fā)生功率缺額時(shí)，利用增量法估計(jì)有功缺額；在保證海上機(jī)組電網(wǎng)頻率安全的前提下向其輸送有功功率，為陸上區(qū)域電網(wǎng)提供有功支援，并且維持了風(fēng)電系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定，有效減少了負(fù)荷。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。

本發(fā)明的一種VSC-HVDC海上風(fēng)電系統(tǒng)的功率控制方法，其特征在于：基于VSC-HVDC有功支援和自適應(yīng)減載措施的方法維持風(fēng)電系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定，當(dāng)連接陸上區(qū)域電網(wǎng)時(shí)發(fā)生功率缺額時(shí)候，利用增量法估計(jì)有功缺額，在保證海上機(jī)組電網(wǎng)頻率安全的前提下向其輸送有功功率，為陸上區(qū)域電網(wǎng)提供有功支援，然后根據(jù)陸上區(qū)域電網(wǎng)頻率跌落幅度，采取自適應(yīng)減載措施；

所述方法包括以下步驟：

步驟1、海上風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行風(fēng)能轉(zhuǎn)換；根據(jù)海上風(fēng)力氣流的規(guī)律，分析海上風(fēng)電機(jī)組風(fēng)輪吸收功率、風(fēng)力機(jī)的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程，進(jìn)而得出：雖然風(fēng)速可以無(wú)限增大，但在各種物理因素和機(jī)械強(qiáng)度的限制下，輸出功率卻只能在一定的范圍內(nèi)，且轉(zhuǎn)化為電能的風(fēng)能的效率與葉尖速比2和與槳距角B有關(guān)；其風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能時(shí)，最大的風(fēng)能利用系數(shù)為0.593。

步驟2、陸上區(qū)域電網(wǎng)頻率跌落時(shí)，海上機(jī)組電網(wǎng)增加VSC-HVDC輸送有功，向陸上區(qū)域電網(wǎng)提供有功支援；包括：分別分析當(dāng)交流線路連接和采用VSC-HVDC交流線路連接時(shí)，海上機(jī)組電網(wǎng)和陸上區(qū)域電網(wǎng)頻率跌落值、兩種連接方式下陸上區(qū)域電網(wǎng)的跌落頻率比值；由此得出：海上風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)裝機(jī)容量一般遠(yuǎn)大于區(qū)域電網(wǎng)；相同有功缺額下，通過(guò)VSC-HVDC線路連接陸上區(qū)域電網(wǎng)頻率跌幅將遠(yuǎn)大于通過(guò)交流線路連接時(shí)，可能導(dǎo)致陸上區(qū)域電網(wǎng)大量失負(fù)荷，甚至全部停電。