CN103457284B - 用于hvdc传输波动能源的在线有功控制方法及其控制器 - Google Patents
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Abstract
用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法及其控制器。该方法包括：实时获取控制器所需的HVDC送电端的发电总量或系统频率f，和/或与之关联的其它输电通道的传输功率P；其中，其它输电通道包括交流和/或直流通道；如为非正常运行状态，控制HVDC的功率传输目标等于来自调度中心或电力系统安全与稳定控制装置的传输指令；控制功率传输目标使其等于来自调度中心的P0；根据Psource或f，在线控制所述功率传输目标Pdc_ref以跟随波动电源的功率波动；或者根据P控制Pdc_ref使P保持在预先设定的范围内。该方案增加整个传输系统的操作灵活性，使得通过点对点或多端基于晶闸管换流器HVDC输电系统远距离传输波动性能源成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及高压直流输电(HVDC，High Voltage Direct Current)系统的控制方法。特别地，本发明涉及用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法及其控制器。
背景技术
随着发电技术的发展并日臻成熟，近年来，风能正成为发电领域中被广泛使用的可再生资源之一。受地理条件和风力资源的限制，风能资源最丰富的地方通常远离那些负载中心，例如在中国和美国的陆上风力资源，在欧洲的海上风资源。风电并网和传输成为制约风电进一步发展的瓶颈。作为最有效的远距离传输大功率电力的解决方案之一，基于晶闸管换流器高压直流(thyristor based Converter High Voltage DC)传输技术在风电并网和传输领域被广泛地提议。
在常规高压直流系统中，HVDC的有功功率指令在正常运行情况下被设置为定值，虽然它能够被手动地改变。为了传输波动的风能，现有技术提出了将风电厂和火电厂所发的电能结合在一起的HVDC传输方案。例如，白建华等于2010年1月发表在《电网与清洁能源》第26卷、第1期的“中国风电开发消纳及输送相关重大问题研究”，黄怡等于2011年5月发表在《电力建设》第32卷、第5期的“特高压直流输送风电的经济性分析”，以及汪宁勃等于2010年7月发表于《电力技术》第19卷第13-14期的“风电火电打捆联合外送是解决风电市场瓶颈的有效途径”。根据采用该方案，首先通过用本地火电将波动的风电补偿为一恒定的功率，然后通过恒定功率控制的HVDC传输到远程负载中心。采用此方法，在资源侧需要相当大容量的可调节发电用作风电波动补偿。另一方面，在HVDC接收端，电网的风电消纳能力并未被充分的利用。
基于此，需要一种新的方案用于HVDC传输波动能源的在线有功控制，从而能够将波动的风能等可再生能源传输到更大的AC电网以满足远程的用户需求。
发明内容
为了克服前述问题，本发明提供了一种用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法及其控制器，从而不仅可以增加整体的可再生能源消纳水平，实现风能等的远距离传输，并且能够减小用作可再生能源调峰备用的火电厂的额外建设。
根据本发明的一个方面，其提供了一种用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法，该方法包括：实时获取控制器所需的HVDC送电端的发电总量Psource或系统频率f，和/或与之关联的其它输电通道的传输功率P；其中，所述其它输电通道包括交流和/或直流通道；判断系统是否为非正常运行状态；如果为非正常运行状态，则控制HVDC的功率传输目标Pdc_ref，使其等于来自调度中心或电力系统安全与稳定控制装置的传输指令Pord；否则，判断运行的控制模式：处于第一控制模式下，控制功率传输目标Pdc_ref使其等于来自调度中心的传输指令P0；处于第二控制模式下，根据发电总量Psource或系统频率f，在线控制所述功率传输目标Pdc_ref以跟随波动电源的功率波动；以及处于第三控制模式下，根据所述传输功率P控制所述Pdc_ref使得P保持在预先设定的范围内。
根据本发明的另一优选实施例，在线控制HVDC以跟随发电的功率波动进一步包括：基于预先确定的控制目标，对发电总量Psource进行数据处理；判断Psource是否大于等于直流输送风电的最大功率Pdc_max；如果大于，则控制功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_max；否则，判断发电总量Psource是否小于等于直流输送风电的最小功率Pdc_min；如果大于，则控制功率传输目标Pdc_ref使其等于发电 总量Psource；以及如果小于等于，并且处于第四控制模式下，则控制功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_min；否则，对直流系统进行停运操作。
根据本发明的另一优选实施例，对发电总量Psource进行数据处理进一步包括：对Psource进行实时曲线跟随、台阶式跟随或者曲线拟合式跟随。
根据本发明的另一优选实施例，该在线有功控制方法进一步包括：接收来自电力系统安全与稳定控制装置的停运指令。
根据本发明的另一方面，其提供了一种用于HVDC传输波动能源的在线有功控制器，该在线有功控制器包括：测量单元，实时获取控制器所需的HVDC送电端的发电总量Psource或系统频率f，和/或与之关联的其它输电通道的传输功率P；其中，所述其它输电通道包括交流和/或直流通道；判断单元，用于判断系统是否发生为非正常运行状态，以及在正常运行状态下判断运行的控制模式；控制单元，用于在非正常运行状态下，控制HVDC的功率传输目标Pdc_ref，使其等于来自调度中心或电力系统安全与稳定控制装置的传输指令Pord；在正常运行状态下，基于控制模式：处于第一控制模式下，控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于来自调度中心的传输指令P0；处于第二控制模式下，根据发电总量Psource或系统频率f，在线控制所述功率传输目标Pdc_ref以跟随波动电源的功率波动；以及处于第三控制模式下，根据所述传输功率P控制所述Pdc_ref使得P保持在预先设定的范围内。
根据本发明的另一优选实施例，该在线有功控制器进一步包括：处理单元，用于基于预先确定的控制目标，对发电总量Psource进行数据处理。
根据本发明的另一优选实施例，该数据处理包括：对Psource进行实时曲线跟随、台阶式跟随或者平滑处理后跟随。
根据本发明的另一优选实施例，该判断单元进一步用于判断Psource是否大于等于直流输送风电的最大功率Pdc_max；以及在Psource小于Pdc_max的情况下判断发电总量Psource是否小于等于直流输送风电的最小功率Pdc_min；控制单元进一步用于在Psource大于等于Pdc_max的情况下，控制功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_max；在Psource大于Pdc_min且小于Pdc_max的情况下，控制功率传输目标Pdc_ref使其等于发电总量Psource；以及在Psource小于等于Pdc_min的情况下，并且处于第四控制模式下，控制功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_min；否则，对直流系统进行停运操作。
根据本发明提供的用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法及其控制器，其可应用于对用于可再生能源波动和电力需求量波动的系统备用容量的总体规划，并且增加整个传输系统的运行灵活性，使得通过点对点或多端基于晶闸管技术的HVDC输电系统远距离传输波动性能源成为可能。
附图说明
参照附图所示的优选的示例性实施方式，随后的文字将对本发明的主题进行更详细的描述；其中
图1示出了本发明实施例提供的一种用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法的流程图；
图2示出了本发明实施例提供的一种用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法的流程图；
图3示出本发明提供的用于HVDC传输波动能源的在线有功控制器的一种具体应用的示意图；
图4示出本发明提供的用于HVDC传输波动能源的在线有功控制器的另一具体应用示意图；
图5示出本发明提供的用于HVDC传输波动能源的在线有功控制器的另一具体应用示意图；以及
图6示出本发明提供的用于HVDC传输波动能源的在线有功控制器的另一具体应用示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。
图1示出了本发明实施例提供的一种用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法的流程图。
如图1所示，该用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法100包括：
步骤102，实时获取控制器所需的HVDC送电端的发电总量Psource或系统频率f，和/或与之关联的其它输电通道的传输功率P；其中，所述其它输电通道包括交流和/或直流通道。例如，根据本发明如图3所示的一个实施例中，其测量HVDC换流站与并行AC传输线的公共连接点上的电压V，以及波动电源馈入该公共连接点的电流I，并由此计算发电总量Psource；以及测量并行AC传输线上的电压V(即连接AC电网1和AC电网2的母线的电压)和电流I(流经与AC电网1相连的AC corridors的电流I1，流经与AC电网2相连的ACcorridors的电流I2)，并由此计算各自的传输功率P1，P2。
步骤104，判断系统是否为非正常运行状态；如果是非正常运行状态，则执行步骤105；否则，执行步骤106。
步骤105，为非正常运行状态时，控制HVDC的功率传输目标Pdc_ref，使其等于来自调度中心或电力系统安全与稳定控制装置的传输指令Pord。根据本发明的另一个优选实施例，步骤105或者执行“接收来自电力系统安全与稳定控制装置的停运指令”。
步骤106，无AC故障时，判断运行的控制模式；如果处于第一控制模式下，执行步骤107；处于第二控制模式下，则执行步骤108；如果出于第三控制模式下，则执行步骤109。
步骤107，第一控制模式下(例如CM＝1)，控制功率传输目标Pdc_ref使其等于来自调度中心的传输指令P0。
步骤108，第二控制模式下(例如CM＝2)，根据发电总量Psource或系统频率f，在线控制HVDC以跟随波动电源的功率波动。
步骤109，第三控制模式下(例如CM＝3)，根据所述传输功率P控制所述Pdc_ref使得P保持在预先设定的范围内。
图2示出了本发明实施例提供的一种用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法的流程图。
如图2所示，该用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法包括与图1所示方法相同的步骤，在此就不再赘述。
在第二控制模式下(例如CM＝2)，在线控制HVDC以跟随发电的功率波动200包括如下具体流程：
步骤202，基于预先确定的控制目标，对所述发电总量Psource进行数据处理；本领域技术人员知晓其预先确定的控制目标可以基于具体的电网网络、风电资源分布等进行预先设定。
步骤204，判断Psource是否大于等于直流输送风电的最大功率Pdc_max；如果是，执行步骤205；否则，执行步骤206。
步骤205，Psource大于Pdc_max，则控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_max。
步骤206，判断发电总量Psource是否小于等于直流输送风电的最小功率Pdc_min；如果大于，则执行步骤207；否则，执行步骤208。
步骤207，Psource大于Pdc_min，则控制功率传输目标Pdc_ref使其等于发电总量Psource。
步骤208，Psource小于等于Pdc_min，判断控制模式是否出于停运状态。如处于非停运模式，则执行步骤209；否则，执行210。
步骤209，处于第四控制模式下(例如CM2＝1)，即接收到非停运信号，则控制功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_min。
步骤210，对直流系统进行停运操作。
根据本发明的一个优选实施例，对所述发电总量Psource进行数据处理进一步包括滤波处理，例如对所述Psource进行实时曲线跟随(即实施反应当前Psource曲线)、台阶式跟随(即按照一定时间周期进行平均值等方式的拟合，从而形成台阶形发电量曲线图)或者平滑处理后跟随(即按照预先设定的阈值和算法，对波动进行平滑处理后再执行拟合)。
图3示出本发明提供的用于HVDC传输波动能源的在线有功控制器的一种具体应用的示意图。
如图3所示，其具体为采用HVDC和AC通道的可再生电力传输的典型性网络。大规模的风电在AC电网1中被集中收集，然后由AC通道和HVDC1分别传输到AC电网2和AC电网3。
该在线有功控制器controller是一个安装在HVDC换流站的本地系统，其包括：测量单元，实时获取控制器所需的HVDC送电端的发电总量Psource或系统频率f，和/或与之关联的其它输电通道的传输功率P；其中，所述其它输电通道包括交流和/或直流通道；判断单元，用于判断系统是否发生为非正常运行状态，以及在正常运行状态下判断运行的控制模式；控制单元，用于在非正常运行状态下，控制HVDC的功率传输目标Pdc_ref，使其等于来自调度中心或电力系统安全与稳定控制装置的传输指令Pord；在正常运行状态下，基于控制模式：处于第一控制模式下，控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于来自调度中心的传输指令P0；处于第二控制模式下，根据发电总量Psource或系统频率f，在线控制HVDC以跟随波动电源的功率波动；以及处于第三控制模式下，根据所述传输功率P控制所述Pdc_ref使得P保持在预先设定的范围内。
具体来说，如图3所示，其测量单元测量HVDC换流站换流站与并行AC传输线的公共连接点上的电压V，以及波动电源馈入该公共连接点的电流I，并由此计算发电总量Psource；以及测量并行AC传输线上的电压V(即连接AC电网1和AC电网2的母线的电压)和电流I(流经与AC电网1相连的AC corridors的电流I1，流经与AC电网2相连的AC corridors的电流I2)，并由此计算各自的传输功率P1，P2。
该在线有功控制器还包括：处理单元，用于基于预先确定的控制目标，对发电总量Psource进行数据处理。其对数据的处理包括：对Psource进行实时曲线跟随、台阶式跟随或者平滑处理后跟随。
根据本发明的另一优选实施例，该判断单元进一步用于判断Psource是否大于等于直流输送风电的最大功率Pdc_max；以及在Psource小于Pdc_max的情况下判断发电总量Psource是否小于等于直流输送风电的最小功率Pdc_min；控制单元进一步用于在Psource大于等于Pdc_max的情况下，控制功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_max；在Psource大于Pdc_min且小于Pdc_max的情况下，控制功率传输目标Pdc_ref使其等于发电总量Psource；以及在Psource小于等于Pdc_min的情况下，并且处于第四控制模式下，控制功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_min；否则，对直流系统进行停运操作。
图4和5分别示出本发明提供的用于HVDC传输波动能源的在线有功控制器的具体应用示意图；在如图4和5所示的几种典型具体应用中，AC grid 1为风场汇集系统，电源可能仅包括风电或太阳能发电厂，也有可能包括传统发电电源(如火电厂、水电厂、燃气电厂)；需要说明的是，其电网结构取决于当地电源分布和当地电网设计。此外，图4和5中与图3所示相同或相似的部分可以参见前述相应描述，为简明起见，在此不再赘述。
图6示出本发明提供的用于HVDC传输波动能源的在线有功控制器的另一种具体应用示意图。如图6所示，HVDC1、HVDC2各自采用本发明提出的控制器，Controller 1的控制目标可以为：跟随风功率波动而控制HVDC1的传输功率；Controller 2的控制目标为Pdc_ref＝Ct-Pdc1。此应用中，控制HVDC2的传输功率，使得HVDC1和HVDC2的传输功率之和为一个定值Ct。其中，Pdc_ref为输入HVDC2的直流传输功率控制目标值；Ct为一预设定值；Pdc1为测量所得的HVDC1的实际传输功率。此外，图6中与图3所示相同或相似的部分可以参见前述相应描述，为简明起见，在此不再赘述。
本发明提供的用于HVDC传输波动能源的在线有功控制方法及其控制器，其HVDC的传输功率指令是基于波动的可再生能源、通过实时计算和预先定义的控制逻辑在线控制的。其次，该控制系统的输出可以是从HVDC的最低运行功率(如额定功率的5％，10％等)到HVDC最大的连续过载容量(例如HVDC额定功率的110％)范围内连续变化的。第三，本发明涉及一个新的应用领域，其通过LCC-HVDC或CCC-HVDC进行大规模的波动电力的传输。现有技术中LCC-HVDC或CCC-HVDC被设计用于传输相对固定的电能或者基于电压源换相器(VSC，voltage source converter)的HVDC被用于传输相对较小规模的风电。
参考前述本发明例性的描述，本领域技术人员可以清楚的知晓本发明具有以下优点：
1)增加可再生能源的整体消纳水平：采用本发明提供的方法，更多的可再生能源能够被接入更大的电力系统中。因此，能够并入电力系统中的可再生能源电力总量得以增加。
2)减少用作可再生能源备用的火电厂的额外建设：本发明使得利用远程水电或天然气电站(Gas Power Base)来补偿可再生能源的波动成为可能。
3)增加整个传输系统的运行灵活性：本发明可应用于对用于可再生能源波动和电力需量波动的系统备用容量的总体规划，并且使得通过点对点或多端HVDC输电系统收集远程分布式的可再生能源成为可能。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (8)
1.一种用于高压直流输电系统传输波动能源的在线有功控制方法，其特征在于，所述在线有功控制方法包括：
实时获取控制器所需的高压直流输电系统送电端的发电总量Psource或系统频率f，和/或与之关联的其它输电通道的传输功率P；其中，所述其它输电通道包括交流和/或直流通道；
判断系统是否为非正常运行状态；
如果为非正常运行状态，则控制高压直流输电系统的功率传输目标Pdc_ref，使其等于来自调度中心或电力系统安全与稳定控制装置的传输指令Pord；
否则，判断运行的控制模式：
处于第一控制模式下，控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于来自调度中心的传输指令P0；
处于第二控制模式下，根据发电总量Psource或系统频率f，在线控制所述功率传输目标Pdc_ref以跟随波动电源的功率波动；以及
处于第三控制模式下，根据所述传输功率P控制所述Pdc_ref使得P保持在预先设定的范围内。
2.根据权利要求1所述的在线有功控制方法，其特征在于，所述在线控制所述功率传输目标Pdc_ref以跟随波动电源的功率波动进一步包括：
基于预先确定的控制目标，对所述发电总量Psource进行数据处理；
判断Psource是否大于等于直流输送风电的最大功率Pdc_max；
如果大于，则控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_max；
否则，判断所述发电总量Psource是否小于等于直流输送风电的最小功率Pdc_min；
如果大于，则控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于所述发电总量Psource；以及
如果小于等于，并且处于第四控制模式下，则控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_min；否则，对直流系统进行停运操作。
3.根据权利要求2所述的在线有功控制方法，其特征在于，对所述发电总量Psource进行数据处理进一步包括：对所述Psource进行实时曲线跟随、台阶式跟随或者平滑处理后跟随。
4.根据权利要求1所述的在线有功控制方法，其特征在于，所述在线有功控制方法进一步包括：如果为非正常运行状态，接收来自电力系统安全与稳定控制装置的停运指令。
5.一种用于高压直流输电系统传输波动能源的在线有功控制器，其特征在于，所述在线有功控制器包括：
测量单元，实时获取控制器所需的高压直流输电系统送电端的发电总量Psource或系统频率f，和/或与之关联的其它输电通道的传输功率P；其中，所述其它输电通道包括交流和/或直流通道；
判断单元，用于判断系统是否发生为非正常运行状态，以及在正常运行状态下判断运行的控制模式；
控制单元，用于在非正常运行状态下，控制高压直流输电系统的功率传输目标Pdc_ref，使其等于来自调度中心或电力系统安全与稳定控制装置的传输指令Pord；在正常运行状态下，基于控制模式：处于第一控制模式下，控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于来自调度中心的传输指令P0；处于第二控制模式下，根据发电总量Psource或系统频率f，在线控制所述功率传输目标Pdc_ref以跟随波动电源的功率波动；以及处于第三控制模式下，根据所述传输功率P控制所述Pdc_ref使得P保持在预先设定的范围内。
6.根据权利要求5所述的在线有功控制器，其特征在于，所述在线有功控制器进一步包括：处理单元，用于基于预先确定的控制目标，对所述发电总量Psource进行数据处理。
7.根据权利要求6所述的在线有功控制器，其特征在于，所述数据处理进一步包括：对所述Psource进行实时曲线跟随、台阶式跟随或者平滑处理后跟随。
8.根据权利要求7所述的在线有功控制器，其特征在于，所述判断单元进一步用于判断Psource是否大于等于直流输送风电的最大功率Pdc_max；以及在Psource小于Pdc_max的情况下判断所述发电总量Psource是否小于等于直流输送风电的最小功率Pdc_min；
所述控制单元进一步用于在Psource大于等于Pdc_max的情况下，控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_max；在Psource大于Pdc_min且小于Pdc_max的情况下，控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于所述发电总量Psource；以及在Psource小于等于Pdc_min的情况下，并且处于第四控制模式下，控制所述功率传输目标Pdc_ref使其等于Pdc_min；否则，对直流系统进行停运操作。
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| Title |
|---|
| 三相电压不对称时带有电压源换流器的HVDC系统的控制策略;李金丰等;《电网技术》;20050830;第29卷(第16期);第16页至20页 * |
| 风电火电打捆联合外送是解决风电市场瓶颈的有效途径;汪宁渤等;《电力技术》;20100731;第1页至第4页，第19页 * |
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| CN103457284A (zh) | 2013-12-18 |
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