CN105071427A - 特高压直流接入孤立双馈风电场的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及特高压直流接入孤立双馈风电场的控制方法，根据当前超级电容电压和给定的超级电容电压参考值和系统频率参考值计算当前的系统频率，输出新的系统频率参考值；根据当前的直流送端交流母线(B1)的电压和给定的母线(B1)电压参考值计算当前三相调制信号的幅值修正值；计算满足系统频率参考值和调制信号幅值修正值的三相正弦调制信号，进而得到触发脉冲，控制VSC运行。根据不平衡功率特征量提取机制，制作特高压直流接入孤立双馈风电场的暂态不平衡功率控制器，再建立该控制器与特高压直流调节之间的协调控制而达到孤立双馈风电场的特高压直流外送系统的稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种特高压直流接入孤立双馈风电场的控制方法，适于暂态不平衡运行。
背景技术
特高压直流接入孤立双馈风电场是指风电场单独与直流输电系统配合，实现风电的远距离传输。孤立双馈风电场的特高压直流外送系统如图1所示，本文即是针对这种类型的系统。
特高压直流接入孤立双馈风电场，目前，在全球都没有成功的工程案例。对于特高压直流接入孤立双馈风电场，由于特高压直流输电系统采用恒功率控制或者恒电流控制，所以，对于直流送端交流母线而言，接入该母线的整个直流输电系统，相当于在该母线上接入恒功率负荷或者恒电流负荷，表现为恒功率/电流节点。对于双馈风机群，其输出功率由风速决定，暂态时间尺度下也表现为恒功率/电流节点，因此，双馈风电场和特高压直流系统之间无法建立功率平衡关系。
因此，目前孤立双馈风电场的特高压直流外送模式不能正常稳定运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种特高压直流接入孤立双馈风电场的控制方法，用以解决孤立双馈风电场的特高压直流外送模式不能正常稳定运行的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
特高压直流接入孤立双馈风电场的控制方法，采用暂态不平衡控制器进行控制器，暂态不平衡控制器由依次连接的整流变压器、VSC、直流电容、Bi-DC/DC和超级电容构成，整流变压器连接特高压直流送端交流母线(B1)，所述暂态不平衡控制器的控制方式为：根据当前超级电容电压和给定的超级电容电压参考值和系统频率参考值计算当前的系统频率，输出新的系统频率参考值；根据当前的直流送端交流母线(B1)的电压和给定的母线(B1)电压参考值计算当前三相调制信号的幅值修正值；计算满足系统频率参考值和调制信号幅值修正值的三相正弦调制信号，进而得到触发脉冲，控制VSC运行。
当超级电容电压VSC高于给定值VSC_ref时，将该偏差量乘上比例系数得到频率增量值Δω，将频率增量值Δω加上当前测量得到的系统频率值ωref得到VSC输出频率值ω，ω和时间t相乘得到ωt，ωt用于生成SPWM信号
当交流母线电压Vbus高于参考值Vbus_ref时，减小调制信号的幅值；当特高压换流站交流母线电压Vbus低于参考值Vbus_ref时，增大调制信号的幅值。
直流侧电压Vdc大于参考值Vdc-ref时，通过调节Bi-DC/DC的占空比使VSC的直流电容的能量向超级电容流动；当Vdc小于参考值Vdc-ref时，通过调节Bi-DC/DC的占空比使超级电容的能量向VSC的直流电容流动。
根据不平衡功率特征量提取机制，制作特高压直流接入孤立双馈风电场的暂态不平衡功率控制器，再建立该控制器与特高压直流调节之间的协调控制而达到孤立双馈风电场的特高压直流外送系统的稳定运行。频率调节功能计算当前特高压直流送端系统所需的频率参考值。电压调节功能计算当前三相正弦调制信号幅值的修正值。调制信号控制模块计算满足频率参考值、三相正弦调制信号幅值条件所需的三相正弦调制信号，经脉冲发生器得到控制电压型变换器(VSC)的触发脉冲，从而实现孤立双馈风电场的特高压直流外送系统运行状态。
本发明的特点：①建立了特高压直流系统与双馈风电场间的不平衡功率消除机制。②建立了不平衡功率的特征量，特征量的变化能快速、准确的反映特高压直流系统和双馈风电场间的不平衡功率。③利用特征量作为特高压直流系统附加控制策略的反馈量，控制直流系统的输送功率，从而消除特高压直流系统与双馈风电场间的不平衡功率。
附图说明
图1为孤立双馈风电场的特高压直流外送系统；
图2为不平衡功率控制器结构示意图；
图3为控制器控制系统原理结构图；符号说明：Vbus:测量的换流变网侧交流电压，Vbus_ref:整流站换流变网侧交流电压参考值，VSC:测量的超级电容电压VSC_ref:超级电容电压参考值，ωref:频率参考值，Vdc:测量的直流电压，Vdc_ref:直流电压参考值；
图4(a)、4(b)、4(c)分别母线B1不接任何装置、接STATCOM、接图3装置的孤立双馈风电场的特高压直流外送系统运行情况；
图5为双馈风电场输出功率过剩(暂态)时系统的运行情况。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
如图2、3所示为孤立双馈风电场的特高压直流外送系统增加暂态不平衡功率控制器。
暂态不平衡功率控制器的一次系统如图2虚线框所示。包括VSC(电压源型变流器)、Cdc(直流电容)、Bi-DC/DC(级联双向DC/DC变换器)和SC(超级电容)。VSC采用三相全桥结构(也可以采用多电平结构)，交流侧通过整流变压器连接特高压直流送端交流母线B1。VSC、Cdc、Bi-DC/DC构成PCS(功率调节系统)。
暂态不平衡控制器的控制系统原理结构如图3中虚线部分所示。
采集电容电压和特高压直流送端交流母线B1电压，频率调节模块根据当前电容电压和给定的电容电压参考值和系统频率参考值计算当前的系统频率，输出新的系统频率参考值。
具体策略如下：
当超级电容电压VSC高于给定值VSC_ref时，将该偏差量乘上比例系数得到频率增量值Δω，将频率增量值Δω加上当前测量得到的系统频率值ωref得到VSC输出频率值ω，ω和时间t相乘得到ωt，ωt用于生成SPWM信号。
VSC的电压调节和频率调节分别独立进行。电压调节模块根据当前的直流送端交流母线B1的电压和给定的母线B1电压参考值计算当前三相调制信号的幅值修正值。当特高压换流站交流母线B1电压Vbus高于参考值Vbus_ref时，说明VSC交流输出电压偏高，应当减小调制信号的幅值；当特高压换流站交流母线B1电压Vbus低于参考值Vbus_ref时，说明VSC交流输出电压偏低，应当增大调制信号的幅值。
Bi-DC/DC的控制目标是维持VSC直流侧电压Vdc恒定，当Vdc大于参考值Vdc-ref时，通过调节Bi-DC/DC的占空比使VSC的直流电容的能量向超级电容流动；当Vdc小于参考值Vdc-ref时，通过调节Bi-DC/DC的占空比使超级电容的能量向VSC的直流电容流动，即不平衡功率造成的能量积累由超级电容储存。
调制信号控制模块计算满足新的系统频率参考值和调制信号幅值修正值的三相正弦调制信号。该信号送至SPWM模块，得到触发脉冲，保证控制器的运行。稳态运行时，特高压直流送端交流系统频率等于给定频率参考值，母线B1电压运行在额定值；特高压直流系统与双馈风电场间出现暂态不平衡功率时，直流送端系统频率发生变化，根据频率的变化，可提出针对特高压直流系统的附加控制策略，通过改变直流系统输送功率，消除两者间的暂态不平衡功率，从而稳定孤立双馈风电场的特高压直流外送系统的运行。
(1)当特高压直流接入孤立双馈风电场，其运行结果如图4(a),表明系统不能稳定运行；
(2)当特高压直流接入孤立双馈风电场，且投入STATCOM时，其运行结果如图4(b),表明系统也不能稳定运行；
(3)当特高压直流接入孤立双馈风电场，且投入本发明的控制系统时，其运行结果如图4(c),表明系统在无扰动情况下可以稳定运行；
(4)当特高压直流接入孤立双馈风电场，且投入本发明的控制系统，并设置扰动引起不平衡功率时，其运行结果如图5,表明系统可以自动消除不平衡功率而保持稳定运行。
以上给出了本发明的具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.特高压直流接入孤立双馈风电场的控制方法，采用暂态不平衡控制器进行控制器，暂态不平衡控制器由依次连接的整流变压器、VSC、直流电容、Bi-DC/DC和超级电容构成，整流变压器连接特高压直流送端交流母线(B1)，其特征在于，所述暂态不平衡控制器的控制方式为：
根据当前超级电容电压和给定的超级电容电压参考值和系统频率参考值计算当前的系统频率，输出新的系统频率参考值；
根据当前的直流送端交流母线(B1)的电压和给定的母线(B1)电压参考值计算当前三相调制信号的幅值修正值；
计算满足系统频率参考值和调制信号幅值修正值的三相正弦调制信号，进而得到触发脉冲，控制VSC运行。
2.根据权利要求1所述的特高压直流接入孤立双馈风电场的控制方法，其特征在于，当超级电容电压VSC高于给定值VSC_ref时，将该偏差量乘上比例系数得到频率增量值Δω，将频率增量值Δω加上当前测量得到的系统频率值ωref得到VSC输出频率值ω，ω和时间t相乘得到ωt，ωt用于生成SPWM信号。
3.根据权利要求1所述的特高压直流接入孤立双馈风电场的控制方法，其特征在于，当交流母线电压Vbus高于参考值Vbus_ref时，减小调制信号的幅值；当特高压换流站交流母线电压Vbus低于参考值Vbus_ref时，增大调制信号的幅值。
4.根据权利要求1所述的特高压直流接入孤立双馈风电场的控制方法，其特征在于，直流侧电压Vdc大于参考值Vdc-ref时，通过调节Bi-DC/DC的占空比使VSC的直流电容的能量向超级电容流动；当Vdc小于参考值Vdc-ref时，通过调节Bi-DC/DC的占空比使超级电容的能量向VSC的直流电容流动。
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