CN103986170A - 一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，依据交流系统的频率偏差Δf启动直流输电系统与发电机组实现联合调频，包括高频启动模式和低频启动模式；若频率偏差Δf＞0，则直流输电系统和发电机组采用高频启动模式；若频率偏差Δf＜0，则直流输电系统和所述发电机组采用低频启动模式。和现有技术相比，本发明提供的一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，综合利用发电机组一次调频能力与直流输电系统的调制功能，避免了单纯依靠发电机组调频需要增加大量备用容量的问题，同时通过协调频率控制限制直流输电系统功率变化量，避免了直流两端交流滤波器的频繁投切，提升了直流输电系统经济性。

Description

一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法

技术领域

本发明涉及电力系统稳定控制领域，具体涉及一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法。

背景技术

风能是当前利用较多且被认为最经济的新能源。西北地区风电资源丰富，但由于我国能源与负荷呈现逆向分布的特点，目前西北地区风电能源开发呈现出“以大规模集中接入、远距离输送、大范围消纳”为主、“以大规模分散接入、就地消纳”为辅的特点，与西北地区情况类似，我国北部、东北部等风电、煤电密集地区同样存在风电与火电同时需要外送的需求。上述风电、火电能源基地与东部、中部负荷中心距离超过2000km以上，直流输电作为成熟、可靠的技术是承担远距离、大容量、低损耗输电的主要手段。

由于风速具有随机性变化，致使风电功率变化具有波动性与不确定性，风电功率的大幅波动将导致直流输电系统的送端有功不平衡；且目前直流输电系统一般为定功率或定电流模式，运行中输送功率基本保持恒定，相当于恒定负荷，此种模式下加剧了送端功率不平衡情况，对送端频率稳定带来影响。高压直流输电系统(high voltage direct current，HVDC)具有较强的有功和无功调节能力，直流调制常用于改善交直流系统运行的稳定性，利用直流调制的快速性和直流系统的过负荷能力，可有效改善由于风电波动引发的送端功率不平衡。

因此，提供一种高压直流输电系统与发电机组联合调频的启动配合方法，以提高交流系统输电端的输出功率稳定性显得尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供功率一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，包括下述步骤：

步骤1：实时检测交流系统的母线频率f，并获取频率偏差Δf；

步骤2：依据交流系统的频率偏差Δf启动所述直流输电系统与所述发电机组，实现联合调频。

优选的，所述交流系统的频率偏差Δf＝f-f₀，所述f₀＝50Hz；

优选的，所述启动方法包括高频启动模式和低频启动模式；若所述频率偏差Δf＞0，则所述直流输电系统和所述发电机组采用高频启动模式；若所述频率偏差Δf＜0，则所述直流输电系统和所述发电机组采用低频启动模式；

优选的，所述高频启动模式包括获取发电机组的一次调频动作死区[Δf_max，Δf_max]和直流输电系统中直流调制器的动作死区[Δf′_max，Δf′_max]；将所述频率偏差Δf与所述一次调频动作死区进行比较：

若所述Δf≥Δf_max，则所述发电机组的调速器动作；获取所述调速器动作后的频率偏差Δf′，并将所述频率偏差Δf′与所述直流调制器的动作死区进行比较；若所述Δf′≥Δf′_max或Δf′≤Δf′_max，则所述直流调制器动作，否则结束所述高频启动模式；

若所述Δf＜Δf_max，则结束所述高频启动模式；

优选的，所述低频启动模式包括：

所述直流输电系统的直流调制器依据所述频率偏差Δf动作；获取所述直流调制器动作后的频率偏差Δf″，并将其与所述发电机组的一次调频动作死区[Δf_max，Δf_max]进行比较，若所述Δf″≥Δf_max或Δf″≤Δf_max则发电机组的调速器动作，否则结束所述低频启动模式。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，综合利用发电机组一次调频能力与直流输电系统的调制功能，避免了单纯依靠发电机组调频需要增加大量备用容量的问题，同时通过协调频率控制限制直流输电系统功率变化量，避免了直流两端交流滤波器的频繁投切，提升了直流输电系统经济性；

2、本发明提供的一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，充分利用直流调制器的快速性，为应对风功率等具有快速变化性的发电形式提供了合理控制方案，可以有效改善交流系统输电端母线频率不稳定问题；

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中发电机组、直流输电系统与交流系统的连接结构图；

图2是：本发明实施例中直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法流程图；

图3是：本发明实施例中施加阵风扰动后的风速变化曲线图；

图4是：本发明实施例中施加阵风扰动后的风电场功率变化曲线图；

图5是：本发明实施例中高频模式下无频率控制、火电调频控制和火电直流联合调频控制的直流输电系统启动比较图；

图6是：本发明实施例中施加渐进风扰动后的风速变化曲线图；

图7是：本发明实施例中施加渐进风扰动后的风电场功率变化曲线图；

图8是：本发明实施例中低频模式下无频率控制、火电调频控制和火电直流联合调频控制的直流输电系统启动比较图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，具体步骤为：

(1)实时检测交流系统的输电端母线频率f，并获取频率偏差Δf；其中频率偏差Δf＝f-f₀，f₀为50Hz工频。

(2)依据频率偏差Δf确定直流输电系统的启动模式，包括高频启动模式和低频启动模式；若频率偏差Δf＞0，则直流输电系统和发电机组采用高频启动模式；若频率偏差Δf＜0，则直流输电系统和发电机组采用低频启动模式；

①：高频启动模式包括获取发电机组的一次调频动作死区[Δf_max，Δf_max]和直流调制器的动作死区[Δf′_max，Δf′_max]；将频率偏差Δf与一次调频动作死区进行比较：

若Δf≥Δf_max，则发电机组的调速器动作，对发电机转速进行调整；获取调速器动作后的频率偏差Δf′，并将该新的频率偏差Δf′与直流调制器的动作死区进行比较；若Δf′≥Δf′_max或Δf′≤Δf′_max，则直流输电系统中的直流调制器动作进行直流调制，否则结束高频启动模式；

若Δf＜Δf_max，则结束高频启动模式；

本发明实施例中一次调频动作死区为[-0.033Hz，0.033Hz]，直流调制器的动作死区为[0Hz，0.2Hz]；

②：低频启动模式包括获取火电机组的一次调频动作死区[Δf_max，Δf_max]；直流调制器依据频率偏差Δf动作后，将直流调制器动作后获得的新的频率偏差Δf″与一次调频动作死区进行比较；

若频率偏差Δf″≥Δf_max或Δf″≤Δf_max，则火电机组的调速器动作，否则结束低频启动模式；

本发明实施例中一次调频动作死区为[-0.033Hz，0.033Hz]。

(3)依据启动模式启动直流输电系统和发电机组。

本实施例中发电机组为“风火”打捆的火电机组和风电机组，其中风电机组所处风电场为酒泉风电基地；直流输电系统为高压直流输电系统；

依据风电场的功率波动值设置火电机组的备用容量C；若风电场的功率波动范围为[N，M]，则备用容量C＝M；其中功率波动范围[N，M]内的功率波动值为落在区间[N，M]内的概率为90％的功率波动值；如图1所示交流系统的输出总功率为6000MW，其中风电机组的接入功率为1800MW；直流输电系统采用定功率控制方式，即单极线路功率P_dc0为3000MW；本实施例中，酒泉风电基地的功率波动为0.6％～1.5％时的概率为90％，则酒泉风电基地的功率波动范围为[10.8，270]MW，火电机组的备用容量C＝270MW；

如图2所示本实施例中火电机组和直流输电系统启动方法的具体步骤为：

步骤1：实时检测交流系统母线频率f，获取频率偏差Δf；

配置直流调制器和火电机组的调速器的参数：

直流调制器采用双侧频率调制控制器，动作死区设定为[0Hz，0.2Hz]，直流调制器单极限幅的上限值为Δf_max＝0.1P_dc0＝300MW，下限值为ΔΔf_max＝0.5P_dc0＝1500MW；火电机组的一次调频动作死区[-0.033Hz，0.033Hz]。

步骤2：施加如图3所示的阵风扰动，风速在10s～20s内升高1m/s时酒泉风电基地的风电场功率变化如图4所示，此时交流系统母线频率f大于工频50Hz，采用高频启动模式；

①：将频率偏差Δf与电机组的一次调频动作死区进行比较，本实施例中频率偏差Δf≥0.033Hz，因此火电机组的调速器动作，即一次调频动作；

②：获取火电机组一次调频动作后的交流系统母线频率，并计算新的频率偏差Δf′；将频率偏差Δf′与火直流调制器的动作死区进行比较，本实施例中Δf′≥0.2Hz，因此直流调制器动作，即快速提升直流线路功率；

图5示出了高频启动模式下无频率控制、火电调频控制和火电直流联合调频控制的交流系统母线频率变化曲线比较图，输电端母线频率偏差最大值如下表：

由此可以看出采用所述高频启动模式能够有效平稳直流输电系统的输出功率。

施加如图6所示的渐进风扰动，风速在2s～10s内以斜坡信号方式下降1m/s时酒泉风电基地的风电场功率变化如图7所示，此时交流系统母线频率f小于工频50Hz，采用低频启动模式；

①：直流调制器动作，即根据频率偏差Δf快速降低直流线路功率；

②：获取新的频率偏差Δf″，将其与火电机组的一次调频动作死区进行比较，本实施例中频率偏差Δf″＞0且Δf″≥0.033Hz，则返回高频启动模式火电机组的调速器动作；

图8示出了低频启动模式下无频率控制、火电调频控制和火电直流联合调频控制的交流系统母线频率变化曲线比较图，输电端母线频率偏差最大值如下表：

由此可以看出采用所述低频启动模式能够有效平稳直流输电系统的输出功率。

通过上述两个对比可以看出：本实施例中直流输电系统与火电机组联合调频的启动方法，充分利用直流输电系统的调制能力和火电机组调频能力，在风电场功率改变时，可以有效缓解交流系统输电端的输出功率不平衡量，改善输出端频率稳定性。高频时，若不采用任何控制方式，输电端母线频率最大频率偏差达到0.34Hz，若仅采用火电机组调频只能降低至0.15Hz，采用火电直流联合调频控制的高频启动模式可使频率偏差控制在0.05Hz；低频时，若不采用任何控制方式，输电端母线频率最大频率偏差达到-0.22Hz，若仅采用火电机组调频只能控制在-0.075Hz，采用火电直流联合调频控制的低频启动模式可使频率偏差不超过-0.035Hz；综上交流系统母线频率得到较好改善。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

步骤1：实时检测交流系统的母线频率f，并获取频率偏差Δf；

步骤2：依据交流系统的频率偏差Δf启动所述直流输电系统与所述发电机组，实现联合调频。

2.如权利要求1所述的一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，其特征在于，所述交流系统的频率偏差Δf＝f-f₀，所述f₀＝50Hz。

3.如权利要求1所述的一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，其特征在于，所述启动方法包括高频启动模式和低频启动模式；若所述频率偏差Δf＞0，则所述直流输电系统和所述发电机组采用高频启动模式；若所述频率偏差Δf＜0，则所述直流输电系统和所述发电机组采用低频启动模式。

4.如权利要求3所述的一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，其特征在于，所述高频启动模式包括获取发电机组的一次调频动作死区[Δf_min，Δf_max]和直流输电系统中直流调制器的动作死区[Δf′_min，Δf′_min]；将所述频率偏差Δf与所述一次调频动作死区进行比较：

若所述Δf≥Δf_min，则所述发电机组的调速器动作；获取所述调速器动作后的频率偏差Δf′，并将所述频率偏差Δf′与所述直流调制器的动作死区进行比较；若所述Δf′≥Δf′_min或Δf′≤Δf′_min，则所述直流调制器动作，否则结束所述高频启动模式；

若所述Δf＜Δf_max，则结束所述高频启动模式。

5.如权利要求3所述的一种直流输电系统与发电机组联合调频的启动方法，其特征在于，所述低频启动模式包括：

所述直流输电系统的直流调制器依据所述频率偏差Δf动作；获取所述直流调制器动作后的频率偏差Δf″，并将其与所述发电机组的一次调频动作死区[Δf_max，Δf_max]进行比较，若所述Δf″≥Δf_max或Δf″≤Δ_fmax则发电机组的调速器动作，否则结束所述低频启动模式。