CN101997312A - 一种快速有效抑制海岛电网频率波动的方法 - Google Patents

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陆翌
赵成勇
胡静
岳伟
杨晓东
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North China Electric Power University
Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Zhejiang Electric Power Test and Research Insititute
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Abstract

本发明公开了一种能快速有效抑制海岛电网频率波动的方法。目前的方法尚未能有效的抑制冲击性负荷和风电场出力变化对海岛电网频率的影响。本发明采用的技术方案是：在VSC-HVDC的逆变侧定有功功率控制器中附加频率修正模块，通过频率修正模块使定有功功率控制器的功率给定值能跟踪系统频率的变化，利用VSC的快速响应特性，改变馈入海岛电网的功率，使海岛电网在冲击性负荷作用以及风电场出力突变时仍然保持有功功率平衡，维持系统的频率稳定。

Description

一种快速有效抑制海岛电网频率波动的方法
技术领域
本发明涉及输配电技术领域，具体地说是一种在柔性直流输电工程中快速有效抑制海岛电网频率波动的方法。
背景技术
随着柔性直流输电技术的大力发展，柔性直流输电技术(VSC-HVDC)被广泛应用于输配电领域。由于VSC可工作于无源模式，使其成为向海岛孤立负荷送电的首选。孤立海岛作为一个孤立的小电网，其负荷有一定的特殊性。以嵊泗海岛电网为例，除岛内常规负荷外，还包括中转码头的负荷，此类负荷为矿石中转码头的装卸港机船用电动机，这些负荷的随机波动性强，负荷变化幅值较大，而且工作周期较长。同时，嵊泗电网有风电场的接入，风电出力的突变也会影响系统的有功功率平衡。由于冲击性负荷和风电场出力的突变，使系统的有功功率失去平衡，而电力系统的频率取决于系统的有功功率平衡状况，因此，当冲击性负荷和风电场出力突变时，会使系统的频率产生波动，甚至破坏系统的频率稳定性。因此，如何抑制海岛冲击性负荷作用和风电场出力突变对海岛电网频率的影响，维持海岛电网的频率稳定性，是个迫切需要解决的问题。
一般情况下，当电网有功功率失去平衡后，发电机调速系统开始动作，但是由于调速器的响应速度慢，无法及时的调整系统频率。而基于双馈感应风机的风电场虽然能够对其有功与无功进行解耦控制，但由于双馈感应风机转速与电网频率的完全解耦控制，致使在电网频率发生改变时双馈感应风机无法对电网提供频率响应，无法帮助电网降低频率变化的速率。因此，现有的方法无法有效的抑制冲击性负荷和风电场出力变化对海岛电网频率的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种能快速有效抑制海岛电网频率波动的方法，以提高海岛电网频率的稳定性。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种快速有效抑制海岛电网频率波动的方法，其特征在于：当海岛冲击性负荷作用或风电场出力突变时，在VSC-HVDC系统的逆变侧定有功功率控制器中附加频率修正模块，该频率修正模块输出的功率修正值Pref1由下式确定：
Pref1＝kp(fref-f)+ki∫(fref-f)dt，
式中，f为海岛电网频率实测值，fref为海岛电网频率给定值，kp为比例积分环节中的比例系数，ki为比例积分环节中的积分系数。
所述的定有功功率控制器功率给定值Pref由下式确定：
Pref＝Pref1+Pref2，
式中，Pref1为频率修正模块输出的有功功率给定值，Pref2为海岛电网额定运行时的有功功率给定值。
所述附带频率修正模块的定有功功率控制器功率给定值跟踪系统频率变化的过程如下：当海岛电网频率上升时，海岛电网频率实测值f和频率给定值fref的偏差经比例积分环节，输出一个负值的Pref1，致使定有功功率控制器的给定值Pref降低，VSC快速动作，减少馈入海岛电网的功率，海岛电网频率下降；当海岛电网频率下降时，海岛电网频率实测值f和频率给定值fref的偏差经比例积分环节，产生一个正值的Pref1，致使定有功功率控制器的给定值Pref增大，VSC快速动作，增大馈入海岛电网的功率，海岛电网频率升高。
通过频率修正模块使定有功功率控制器的功率给定值能跟踪系统频率的变化，利用VSC的快速响应特性，改变馈入海岛电网的功率，使海岛电网在冲击性负荷作用以及风电场出力突变时仍然保持有功功率平衡，维持系统的频率稳定。
本发明利用附加的频率修正模块，使定有功功率控制器能快速跟踪海岛电网的频率变化，通过VSC的快速响应，改变馈入海岛电网的有功功率，使海岛电网受冲击性负荷作用以及风电场出力突变时能快速有效抑制海岛电网频率波动，仍然保持有功功率平衡，维持系统的频率稳定。
下面结合说明书附图对本发明作进一步详述。
附图说明
图1为VSC-HVDC系统的结构图。
图2为本发明VSC-HVDC系统向海岛负荷供电示意图。
图3为本发明附加频率修正模块的逆变侧定有功功率控制原理图。
图4为现有未采用频率修正模块时海岛冲击性负荷作用下的海岛电网频率仿真波形。
图5为本发明采用频率修正模块时海岛冲击性负荷作用下的海岛电网频率仿真波形。
图6为本发明采用频率修正模块时海岛冲击性负荷作用下柔性直流输电系统馈入海岛电网的有功功率仿真波形。
具体实施方式
VSC-HVDC系统结构如图1所示，Uc为换流器输出电压的基波分量；Us为交流母线电压基波分量；δ为和间的相角差；换流器采用PWM控制，m为调制度。通过对δ和m的调节，可以快速的控制VSC-HVDC的有功功率和无功功率。
本发明中，VSC-HVDC系统向海岛负荷供电，如图2所示，海岛等值发电机容量为120MW，VSC-HVDC系统采用整流侧定直流电压，逆变侧定有功功率和交流母线电压控制方式，逆变侧附带频率修正模块的定有功功率控制原理图如图3所示。当海岛电网受冲击性负荷作用时，分别对VSC-HVDC未采用频率修正模块和采用频率修正模块两种控制方式进行了仿真。VSC未采用频率修正模块时，电网内有冲击性负荷冲击(在18s至20s期间投入30MW负荷)的情况下，系统侧频率波动明显，如图4所示，频率最低点跌至49.7HZ以下。当VSC采用频率修正模块时，系统在冲击性负荷作用下(在18s至20s期间投入30MW负荷)，系统侧频率波动不明显，如图5所示，频率保持在49.9HZ附近，柔性直流输电系统馈入海岛电网的的有功功率在冲击负荷投入期间由10MW增至35MW，如图6所示，可见附加的频率修正模块已经发挥作用。仿真证明了附加的频率修正模块能快速有效的抑制系统的频率波动，改善系统的频率稳定性。

Claims (2)

1.一种快速有效抑制海岛电网频率波动的方法，其特征在于：当海岛冲击性负荷作用或风电场出力突变时，在VSC-HVDC系统的逆变侧定有功功率控制器中附加频率修正模块，该频率修正模块输出的功率修正值Pref1由下式确定：
Pref1＝kp(fref-f)+ki∫(fref-f)dt，式中，f为海岛电网频率实测值，fref为海岛电网频率给定值，kp为比例积分环节中的比例系数，ki为比例积分环节中的积分系数。
所述的定有功功率控制器功率给定值Pref由下式确定：
Pref＝Pref1+Pref2，
式中，Pref1为频率修正模块输出的有功功率给定值，Pref2为海岛电网额定运行时的有功功率给定值。
2.根据权利要求1所述的快速有效抑制海岛电网频率波动的方法，其特征在于所述附带频率修正模块的定有功功率控制器功率给定值跟踪系统频率变化的过程如下：当海岛电网频率上升时，海岛电网频率实测值f和频率给定值Pref的偏差经比例积分环节，输出一个负值的功率修正值Pref1，致使定有功功率控制器的给定值Pref降低，VSC快速动作，减少馈入海岛电网的功率，海岛电网频率下降；当海岛电网频率下降时，海岛电网频率实测值f和频率给定值fref的偏差经比例积分环节，产生一个正值的功率修正值Pref1，致使定有功功率控制器的给定值Pref增大，VSC快速动作，增大馈入海岛电网的功率，海岛电网频率升高。
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