CN109066770A - 一种风电接入柔性直流输电系统的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电接入柔性直流输电系统的控制方法和装置，先获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压，并确定受端换流站的直流侧参考电压；然后对直流线路的电压、风电场侧交流母线的频率以及风电场的有功功率分别进行控制，可靠性高，调频响应时间短，调频效果好；送端换流站采用虚拟同步机下垂控制，提高了频率调节响应速度，缩短调频的时间；对风电场侧交流母线的频率进行定频控制或变频控制，对风电场的有功功率进行虚拟惯量控制，使柔性直流输电系统为受端交流电网提供调频时增加或减少的功率及时得到释放或者补充，降低了直流线路电压的越限风险，可靠性大大提高。

Description

一种风电接入柔性直流输电系统的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种风电接入柔性直流输电系统的控制方法和装置。

背景技术

随着风电场装机容量的增加，风电并网占整个电网容量的比例也越来越大，对电网的影响也日益增大。远距离大规模风电场可以通过柔性直流输电系统并入受端交流电网。电力系统中，同步电机、直流电机的转子具有旋转惯量和阻尼分量，蕴含大量动能，在电网扰动或者故障时，能充分利用转子动能维持电网的稳定性。然而柔性直流输电系统有效解耦了风电场和受端交流电网直接联系，且柔性直流输电系统自身没有同步电机和直流电机所固有的旋转惯量和阻尼分量，这一特性导致风电场很难通过直流线路为受端交流电网提供惯性支撑。风电场装机容量的增加将导致电力系统的等效惯量不断减少。当负荷扰动比较小或者频率检测信号中存在人为干扰信号时，受端交流电网不需要进行频率调节；但是在负荷变化比较大和系统故障下，会导致较大的频率偏移，严重影响受端交流电网的稳定性。这时就需要柔性直流输电系统参与受端交流电网的频率响应。

随着风电场越来越需要参与到受端交流电网的平率调节过程，具有变速特点的双馈感应发电机也越来越受到关注。双馈感应发电机的转子转速与受端交流电网的实际频率解耦。当双馈感应发电机直接与受端交流电网相连，受端交流电网发生大扰动时，双馈感应发电机变速运行能力使其能有效利用储存在转子中的动能，平衡受端交流电网中的功率波动，为受端交流电网提供频率支撑。然而，当双馈感应发电机通过直流线路连接受端交流电网时，双馈感应发电机转子中的动能没法直接参与受端交流电网的频率调节。

对于直流线路来说，虚拟同步机是通过模拟同步发电机的机械惯性和一次调频特性，使并网逆变器具有同步发电机的输出特性。利用柔性直流输电系统直流电容储存的一部分能量，通过在柔性直流输电系统中受端换流站进行虚拟同步机控制策略，能为受端交流电网提供一定的惯量支撑。但是直流侧的电容存储和释放能量过多时，会造成直流侧电压的大幅度上升和下降。为了维持直流线路的稳定运行，规定直流侧电压不能超过±10％，故仅靠电容能量提供的惯量有限。

现有技术中风电接入柔性直流输电系统的控制多为利用换流站远端通信的方法实现远程风电场的频率调节，利用远端通信实现风电场的频率调节存在较大的延时，调频响应时间长，可靠性低。现有技术中也有依靠直流侧和风电场各自的调整方式响应受端交流电网的频率变化，调频效果差。

发明内容

为了克服上述现有技术中可靠性低、调频响应时间长以及调频效果差的不足，本发明提供一种风电接入柔性直流输电系统的控制方法和装置，先获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压，并根据所述受端交流电网的实际频率确定受端换流站的直流侧参考电压；然后基于受端交流电网的实际频率和受端换流站的直流侧实际电压对直流线路的电压进行控制，基于受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，并基于风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制，可靠性高，调频响应时间短，考虑到柔性直流输电系统和风电场控制方式的相互配合，调频效果好。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种风电接入柔性直流输电系统的控制方法，所述柔性直流输电系统包括依次连接的送端换流站、直流线路和受端换流站，其特征在于，所述方法包括：

获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压；

基于所述受端交流电网的实际频率确定受端换流站的直流侧参考电压；

基于所述受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制；

基于所述受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制；

基于所述风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制。

所述基于所述受端交流电网的实际频率和受端换流站的直流侧实际电压对直流线路的电压进行控制，包括：

基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考电压相角；

基于受端换流站的参考电压相角确定受端换流站与受端交流电网之间的电压相角差，并通过所述相角差确定受端换流站的实际功率；

基于受端换流站的实际功率，并根据直流线路电容的动态特性更新直流线路的电压。

所述基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考电压相角，包括：

基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率；

基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度；

对受端交流电网的电气角速度进行积分，得到受端换流站的参考电压相角。

所述基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率，包括：

当f_ref-σ₁≤f≤f_ref+σ₁时，所述受端换流站的参考功率按下式确定：

P_m＝k_dc(U_dcref-U_dc)

当f＞f_ref+σ₁或f＜f_ref-σ₁时，所述受端换流站的参考功率按下式确定：

其中，P_m为受端换流站的参考功率，U_dc为受端换流站的直流侧实际电压，k_i为积分系数，k_p为比例系数，s为拉普拉斯算子，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值。

所述基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度，包括：

根据确定受端交流电网的电气角速度；

其中，ω为受端交流电网的电气角速度，P_e为受端换流站的实际功率，ω_N为受端交流电网的同步角速度，D为惯性系数，J为阻尼系数。

所述基于所述受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，包括：

基于风电场侧交流母线的参考频率，通过送端换流站对风电场侧交流母线的实际频率进行反馈控制，更新风电场侧交流母线的频率；

所述风电场侧交流母线的参考频率按下式确定：

其中，为风电场侧交流母线的参考频率，f_WF0为风电场侧交流母线正常运行时的参考频率，σ₂为第二限值，k为变频系数。

所述受端换流站的直流侧参考电压按下式确定：

其中，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，U_ref为受端换流站的直流侧初始电压，k_dc为电压下垂系数，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值。

所述基于所述风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制，包括：

基于所述风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率；

将双馈感应发电机的参考有功功率与双馈感应发电机的实际有功功率做差，通过将得到的差值输入风电场中双馈感应发电机转子侧变频器控制双馈的转速，得到双馈感应发电机的有功功率；

基于双馈感应发电机的有功功率和双馈感应发电机台数，得到风电场的有功功率。

所述基于所述风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率，包括：

当f_ref-σ₂≤f≤f_ref+σ₂时，所述双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

当f＜f_ref-σ₂或f＞f_ref+σ₂时，所述双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

其中，为双馈感应发电机的参考有功功率；K％为减载百分系数；P_opt为最大功率点跟踪曲线上的最优功率，其根据双馈感应发电机的参考转速和实际转速，并通过最大功率点跟踪控制得到；k₁为频率微分的权重系数，k₂为一次调频控制的权重系数；f_wind为风电场侧交流母线的实际频率。

另一方面，本发明还提供一种风电接入柔性直流输电系统的控制装置，所述柔性直流输电系统包括依次连接的送端换流站、直流线路和受端换流站，所述方法包括：

获取模块，用于获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压；

确定模块，用于基于所述受端交流电网的实际频率确定受端换流站的直流侧参考电压；

控制模块，用于基于所述受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制，基于所述受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，并基于所述风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制。

所述控制模块包括第一控制模块，所述第一控制模块包括：

参考电压相角确定单元，用于基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考电压相角；

实际功率确定单元，用于基于受端换流站的参考电压相角确定受端换流站与受端交流电网之间的电压相角差，并通过所述相角差确定受端换流站的实际功率；

电压更新单元，用于基于受端换流站的实际功率，并根据直流线路电容的动态特性更新直流线路的电压。

所述参考电压相角确定单元包括：

参考功率确定单元，用于基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率；

电气角速度确定单元，用于基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度；

参考电压相角单元，用于对受端交流电网的电气角速度进行积分，得到受端换流站的参考电压相角。

所述参考功率确定单元具体用于：

当f_ref-σ₁≤f≤f_ref+σ₁时，所述受端换流站的参考功率按下式确定：

P_m＝k_dc(U_dcref-U_dc)

当f＞f_ref+σ₁或f＜f_ref-σ₁时，所述受端换流站的参考功率按下式确定：

其中，P_m为受端换流站的参考功率，U_dc为受端换流站的直流侧实际电压，k_i为积分系数，k_p为比例系数，s为拉普拉斯算子，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值。

所述电气角速度确定单元具体用于：

根据确定受端交流电网的电气角速度；

其中，ω为受端交流电网的电气角速度，P_e为受端换流站的实际功率，ω_N为受端交流电网的同步角速度，D为惯性系数，J为阻尼系数。

所述控制模块包括第二控制模块，所述二控制模块包括：

参考频率确定单元，用于按下式确定风电场侧交流母线的参考频率：

其中，为风电场侧交流母线的参考频率，f_WF0为风电场侧交流母线正常运行时的参考频率，σ₂为第二限值，k为变频系数；

频率更新单元，用于基于风电场侧交流母线的参考频率通过送端换流站对风电场侧交流母线的实际频率进行反馈控制，更新风电场侧交流母线的频率。

所述确定模块按下式确定受端换流站的直流侧参考电压：

其中，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，U_ref为受端换流站的直流侧初始电压，k_dc为电压下垂系数，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值。

所述控制模块包括第三控制模块，所述第三控制模块包括：

参考有功功率确定单元，用于基于所述风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率；

双馈感应发电机有功功率确定单元，用于将双馈感应发电机的参考有功功率与双馈感应发电机的实际有功功率做差，通过将得到的差值输入风电场中双馈感应发电机转子侧变频器控制双馈的转速，得到双馈感应发电机的有功功率；

风电场有功功率确定单元，用于基于双馈感应发电机的有功功率和双馈感应发电机台数，得到风电场的有功功率。

所述参考有功功率确定单元具体用于：

当f_ref-σ₂≤f≤f_ref+σ₂时，所述双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

当f＜f_ref-σ₂或f＞f_ref+σ₂时，所述双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

其中，为双馈感应发电机的参考有功功率；K％为减载百分系数；P_opt为最大功率点跟踪曲线上的最优功率，其根据双馈感应发电机的参考转速和实际转速，并通过最大功率点跟踪控制得到；k₁为频率微分的权重系数，k₂为一次调频控制的权重系数；f_wind为风电场侧交流母线的实际频率。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的风电接入柔性直流输电系统的控制方法中，先获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压，并根据所述受端交流电网的实际频率确定受端换流站的直流侧参考电压；然后基于所述受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制，基于受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，并基于风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制，可靠性高，调频响应时间短，考虑到柔性直流输电系统和风电场控制方式的相互配合，调频效果好；

本发明提供的风电接入柔性直流输电系统的控制装置包括获取模块、确定模块和控制模块，获取模块用于获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压，确定模块用于基于受端交流电网的实际频率确定受端换流站的直流侧参考电压；控制模块用于基于所述受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制，基于受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，并基于风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制，可靠性高，调频响应时间短，考虑到柔性直流输电系统和风电场控制方式的相互配合，调频效果好；

本发明基于受端交流电网的实际频率和受端换流站的直流侧实际电压对直流线路的电压进行控制的过程中，送端换流站采用虚拟同步机下垂控制，提高了频率调节响应速度，缩短调频的时间；

本发明基于受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行定频控制或变频控制，并基于风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行虚拟惯量控制，使柔性直流输电系统为受端交流电网提供调频增加或减少的功率及时得到释放或者补充，降低了直流线路电压的越限风险，可靠性大大提高。

附图说明

图1是本发明实施例中风电场接入柔性直流输电系统的结构图；

图2是本发明实施例中风电接入柔性直流输电系统的控制方法流程图；

图3是本发明实施例中基于受端交流电网的实际频率和受端换流站的直流侧实际电压控制直流线路的电压示意图；

图4是本发明实施例中基于风电场侧交流母线的实际频率控制风电场的有功功率示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供了一种风电接入柔性直流输电系统的控制方法，风电场接入柔性直流输电系统的结构如图1所示，图2中，T1表示风电场与柔性直流输电系统的送端换流站之间的变压器，其为升压变压器，T2表示柔性直流输电系统的受端换流站与受端交流电网之间的变压器，其为降压变压器；风电场中有多台双馈感应发电机，母线A为风电场侧交流母线，母线B为受端交流母线，C1和C2为直流线路的等效电容，P_F为风电场输出的有功功率，P_S为柔性直流输电系统送往受端交流电网的有功功率，P_L+jQ_L为受端交流电网连接的可变负载。柔性直流输电系统包括依次连接的送端换流站、直流线路和受端换流站，风电场通过升压变压器连接柔性直流输电系统的送端换流站，受端换流站通过降压变压器与受端交流电网连接。不考虑直流线路的损耗，送端换流站的直流侧电压、直流线路的电压、受端换流站的直流侧电压均相等。

本发明实施例1提供的风电接入柔性直流输电系统的控制方法具体流程图如图2所示，具体过程如下：

S101：获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压；

S102：基于获取的受端交流电网的实际频率确定受端换流站的直流侧参考电压；

S103：基于受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制，基于获取的受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，基于获取的风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制。

上述S101中，设f为获取的受端交流电网的实际频率，σ₁为第一限值，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₂为第二限值，f所处范围以及风电接入柔性直流输电系统的控制国产如下：

1)当受端交流电网的实际频率处于正常范围内(受端交流电网的实际频率的波动在±σ₁范围内)，此时风电场的控制方式如下：

对直流线路的电压按照改进型VSG模式进行控制，对风电场侧交流母线的频率进行定频控制，对风电场的有功功率按照最大功率跟踪模式进行控制；

2)当受端交流电网的实际频率发生小越限(受端交流电网的实际频率的波动超过±σ₁但在±σ₂范围内)，此时风电场的控制方式如下：

对直流线路的电压按照改进型VSG模式进行控制，风电场侧交流母线的频率进行定频控制，风电场的有功功率按照最大功率跟踪模式进行控制；

3)当受端交流电网的实际频率发生大越限(受端交流电网的实际频率的波动超过±σ₂)，此时风电场的控制方式如下：

对直流线路的电压按照改进型VSG模式进行控制，风电场侧交流母线的频率进行定频控制，风电场的有功功率进行虚拟惯量控制。

上述S101中，通过受端换流站中的锁相环获取受端交流电网的实际频率和风电场侧交流母线的实际频率，并通过电压表受端换流站的直流侧实际电压。

上述S102中受端换流站的直流侧参考电压按下式确定：

其中，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，U_ref为受端换流站的直流侧初始电压，k_dc为电压下垂系数，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值，可以取0.1。

上述S103中，具体包括以下三方面的控制：

1)基于受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制；

2)基于获取的受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制；

3)基于获取的风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制。

上述1)中，基于受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制，如图3所示，具体过程如下：

首先，基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考电压相角；

然后，基于受端换流站的参考电压相角确定受端换流站与受端交流电网之间的电压相角差，并通过相角差确定受端换流站的实际功率；

最后，基于受端换流站的实际功率，并根据直流线路电容的动态特性更新直流线路的电压。

上述基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考电压相角，具体过程如下：

首先，基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率；

然后，基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度；

最后，对受端交流电网的电气角速度进行积分，得到受端换流站的参考电压相角。

上述基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率，具体过程如下：

将f与f_ref比较，当f_ref-σ₁≤f≤f_ref+σ₁时，频率调节通道不触发，受端换流站的参考功率按下式确定：

P_m＝k_dc(U_dcref-U_dc)

当f＞f_ref+σ₁或f＜f_ref-σ₁时，频率调节通道触发，受端换流站的参考功率按下式确定：

其中，P_m为受端换流站的参考功率，U_dc为受端换流站的直流侧实际电压，k_i为积分系数，k_p为比例系数，s为拉普拉斯算子。

上述基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度，具体过程如下：

根据确定受端交流电网的电气角速度；

其中，ω为受端交流电网的电气角速度，P_e为受端换流站的实际功率，ω_N为受端交流电网的同步角速度，D为惯性系数，J为阻尼系数。

上述2)中，基于受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，具体过程如下：

基于风电场侧交流母线的参考频率，通过送端换流站对风电场侧交流母线的实际频率进行反馈控制，更新风电场侧交流母线的频率；

风电场侧交流母线的参考频率按下式确定：

其中，为风电场侧交流母线的参考频率，f_WF0为风电场侧交流母线正常运行时的参考频率，σ₂为第二限值，k为变频系数。

上述3)中，基于风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制，如图4所示，图4中，DFIG表示双馈感应发电机，ω_D为双馈感应发电机的实际转速，ω_ref为双馈感应发电机的参考转速，P_{ref_max}为双馈感应发电机有功功率允许波动上限，P_{ref_min}为双馈感应发电机有功功率允许波动下限。基于风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制的具体过程如下：

首先，基于风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率；

然后，将双馈感应发电机的参考有功功率与双馈感应发电机的实际有功功率做差，通过将得到的差值输入风电场中双馈感应发电机转子侧变频器控制双馈的转速，得到双馈感应发电机的有功功率；

最后，基于双馈感应发电机的有功功率和双馈感应发电机台数，得到风电场的有功功率。

基于风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率，具体过程如下：

当f_ref-σ₂≤f≤f_ref+σ₂时，双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

当f＜f_ref-σ₂或f＞f_ref+σ₂时，双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

其中，为双馈感应发电机的参考有功功率；K％为减载百分系数；P_opt为最大功率点跟踪曲线上的最优功率，其根据双馈感应发电机的参考转速和实际转速，并通过最大功率点跟踪控制得到；k₁为频率微分的权重系数，k₂为一次调频控制的权重系数；f_wind为风电场侧交流母线的实际频率。

实施例2

基于同一发明构思，本发明实施例2还提供一种风电接入柔性直流输电系统的控制装置，其中的柔性直流输电系统包括依次连接的送端换流站、直流线路和受端换流站，本发明实施例2提供的风电接入柔性直流输电系统的控制装置包括获取模块、确定模块和控制模块，下面对上述两个模块的功能进行详细说明：

其中的获取模块，用于获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压；

其中的确定模块，用于基于受端交流电网的实际频率确定受端换流站的直流侧参考电压；

其中的控制模块，用于基于受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制，基于受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，并基于风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制。

上述确定模块按下式确定受端换流站的直流侧参考电压：

其中，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，U_ref为受端换流站的直流侧初始电压，k_dc为电压下垂系数，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值。

上述控制模块包括第一控制模块，该第一控制模块具体包括：

参考电压相角确定单元，用于基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考电压相角；

实际功率确定单元，用于基于受端换流站的参考电压相角确定受端换流站与受端交流电网之间的电压相角差，并通过相角差确定受端换流站的实际功率；

电压更新单元，用于基于受端换流站的实际功率，并根据直流线路电容的动态特性更新直流线路的电压。

上述的参考电压相角确定单元包括：

参考功率确定单元，用于基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率；

电气角速度确定单元，用于基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度；

参考电压相角单元，用于对受端交流电网的电气角速度进行积分，得到受端换流站的参考电压相角。

上述参考功率确定单元基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率，具体过程如下：

当f_ref-σ₁≤f≤f_ref+σ₁时，受端换流站的参考功率按下式确定：

P_m＝k_dc(U_dcref-U_dc)

当f＞f_ref+σ₁或f＜f_ref-σ₁时，受端换流站的参考功率按下式确定：

其中，P_m为受端换流站的参考功率，U_dc为受端换流站的直流侧实际电压，k_i为积分系数，k_p为比例系数，s为拉普拉斯算子。

上述电气角速度确定单元基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度，具体过程如下：

根据确定受端交流电网的电气角速度；

其中，ω为受端交流电网的电气角速度，P_e为受端换流站的实际功率，ω_N为受端交流电网的同步角速度，D为惯性系数，J为阻尼系数。

上述控制模块包括第二控制模块，该二控制模块包括：

参考频率确定单元，用于按下式确定风电场侧交流母线的参考频率：

其中，为风电场侧交流母线的参考频率，f_WF0为风电场侧交流母线正常运行时的参考频率，σ₂为第二限值，k为变频系数；

频率更新单元，用于基于风电场侧交流母线的参考频率通过送端换流站对风电场侧交流母线的实际频率进行反馈控制，更新风电场侧交流母线的频率。

上述控制模块包括第三控制模块，该第三控制模块包括：

参考有功功率确定单元，用于基于风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率；

双馈感应发电机有功功率确定单元，用于将双馈感应发电机的参考有功功率与双馈感应发电机的实际有功功率做差，通过将得到的差值输入风电场中双馈感应发电机转子侧变频器控制双馈的转速，得到双馈感应发电机的有功功率；

风电场有功功率确定单元，用于基于双馈感应发电机的有功功率和双馈感应发电机台数，得到风电场的有功功率。

上述参考有功功率确定单元基于风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率，具体过程如下：

当f_ref-σ₂≤f≤f_ref+σ₂时，双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

当f＜f_ref-σ₂或f＞f_ref+σ₂时，双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

其中，为双馈感应发电机的参考有功功率；K％为减载百分系数；P_opt为最大功率点跟踪曲线上的最优功率，其根据双馈感应发电机的参考转速和实际转速，并通过最大功率点跟踪控制得到；k₁为频率微分的权重系数，k₂为一次调频控制的权重系数；f_wind为风电场侧交流母线的实际频率。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (18)

1.一种风电接入柔性直流输电系统的控制方法，所述柔性直流输电系统包括依次连接的送端换流站、直流线路和受端换流站，其特征在于，所述方法包括：

获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压；

基于所述受端交流电网的实际频率确定受端换流站的直流侧参考电压；

基于所述受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制；

基于所述受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制；

并基于所述风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制。

2.根据权利要求1所述的风电接入柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述基于所述受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制，包括：

基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考电压相角；

基于受端换流站的参考电压相角确定受端换流站与受端交流电网之间的电压相角差，并通过所述相角差确定受端换流站的实际功率；

基于受端换流站的实际功率，并根据直流线路电容的动态特性更新直流线路的电压。

3.根据权利要求2所述的风电接入柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考电压相角，包括：

基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率；

基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度；

对受端交流电网的电气角速度进行积分，得到受端换流站的参考电压相角。

4.根据权利要求3所述的风电接入柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率，包括：

当f_ref-σ₁≤f≤f_ref+σ₁时，所述受端换流站的参考功率按下式确定：

P_m＝k_dc(U_dcref-U_dc)

当f＞f_ref+σ₁或f＜f_ref-σ₁时，所述受端换流站的参考功率按下式确定：

其中，P_m为受端换流站的参考功率，U_dc为受端换流站的直流侧实际电压，k_i为积分系数，k_p为比例系数，s为拉普拉斯算子，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值。

5.根据权利要求4所述的风电接入柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度，包括：

根据确定受端交流电网的电气角速度；

其中，ω为受端交流电网的电气角速度，P_e为受端换流站的实际功率，ω_N为受端交流电网的同步角速度，D为惯性系数，J为阻尼系数。

6.根据权利要求4所述的风电接入柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述基于所述受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，包括：

基于风电场侧交流母线的参考频率，通过送端换流站对风电场侧交流母线的实际频率进行反馈控制，更新风电场侧交流母线的频率；

所述风电场侧交流母线的参考频率按下式确定：

其中，为风电场侧交流母线的参考频率，f_WF0为风电场侧交流母线正常运行时的参考频率，σ₂为第二限值，k为变频系数。

7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的风电接入柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述受端换流站的直流侧参考电压按下式确定：

其中，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，U_ref为受端换流站的直流侧初始电压，k_dc为电压下垂系数，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值。

8.根据权利要求6所述的风电接入柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述基于所述风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制，包括：

基于所述风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率；

将双馈感应发电机的参考有功功率与双馈感应发电机的实际有功功率做差，通过将得到的差值输入风电场中双馈感应发电机转子侧变频器控制双馈的转速，得到双馈感应发电机的有功功率；

基于双馈感应发电机的有功功率和双馈感应发电机台数，得到风电场的有功功率。

9.根据权利要求8所述的风电接入柔性直流输电系统的控制方法，其特征在于，所述基于所述风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率，包括：

当f_ref-σ₂≤f≤f_ref+σ₂时，所述双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

当f＜f_ref-σ₂或f＞f_ref+σ₂时，所述双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

其中，为双馈感应发电机的参考有功功率；K％为减载百分系数；P_opt为最大功率点跟踪曲线上的最优功率，其根据双馈感应发电机的参考转速和实际转速，并通过最大功率点跟踪控制得到；k₁为频率微分的权重系数，k₂为一次调频控制的权重系数；f_wind为风电场侧交流母线的实际频率。

10.一种风电接入柔性直流输电系统的控制装置，所述柔性直流输电系统包括依次连接的送端换流站、直流线路和受端换流站，其特征在于，所述方法包括：

获取模块，用于获取受端交流电网的实际频率、风电场侧交流母线的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压；

确定模块，用于基于所述受端交流电网的实际频率确定受端换流站的直流侧参考电压；

控制模块，用于基于所述受端交流电网的实际频率、受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对直流线路的电压进行控制，基于所述受端换流站的直流侧实际电压和受端换流站的直流侧参考电压对风电场侧交流母线的频率进行控制，并基于所述风电场侧交流母线的实际频率对风电场的有功功率进行控制。

11.根据权利要求10所述的风电接入柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第一控制模块，所述第一控制模块包括：

参考电压相角确定单元，用于基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考电压相角；

实际功率确定单元，用于基于受端换流站的参考电压相角确定受端换流站与受端交流电网之间的电压相角差，并通过所述相角差确定受端换流站的实际功率；

电压更新单元，用于基于受端换流站的实际功率，并根据直流线路电容的动态特性更新直流线路的电压。

12.根据权利要求11所述的风电接入柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述参考电压相角确定单元包括：

参考功率确定单元，用于基于受端换流站的直流侧参考电压确定受端换流站的参考功率；

电气角速度确定单元，用于基于受端换流站的参考功率确定受端交流电网的电气角速度；

参考电压相角单元，用于对受端交流电网的电气角速度进行积分，得到受端换流站的参考电压相角。

13.根据权利要求12所述的风电接入柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述参考功率确定单元具体用于：

当f_ref-σ₁≤f≤f_ref+σ₁时，所述受端换流站的参考功率按下式确定：

P_m＝k_dc(U_dcref-U_dc)

当f＞f_ref+σ₁或f＜f_ref-σ₁时，所述受端换流站的参考功率按下式确定：

其中，P_m为受端换流站的参考功率，U_dc为受端换流站的直流侧实际电压，k_i为积分系数，k_p为比例系数，s为拉普拉斯算子，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值。

14.根据权利要求13所述的风电接入柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述电气角速度确定单元具体用于：

根据确定受端交流电网的电气角速度；

其中，ω为受端交流电网的电气角速度，P_e为受端换流站的实际功率，ω_N为受端交流电网的同步角速度，D为惯性系数，J为阻尼系数。

15.根据权利要求13所述的风电接入柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第二控制模块，所述二控制模块包括：

参考频率确定单元，用于按下式确定风电场侧交流母线的参考频率：

其中，为风电场侧交流母线的参考频率，f_WF0为风电场侧交流母线正常运行时的参考频率，σ₂为第二限值，k为变频系数；

频率更新单元，用于基于风电场侧交流母线的参考频率通过送端换流站对风电场侧交流母线的实际频率进行反馈控制，更新风电场侧交流母线的频率。

16.根据权利要求10、11、12、13或15所述的风电接入柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述确定模块按下式确定受端换流站的直流侧参考电压：

其中，U_dcref为受端换流站的直流侧参考电压，U_ref为受端换流站的直流侧初始电压，k_dc为电压下垂系数，f为受端交流电网的实际频率，f_ref为受端交流电网的参考频率，σ₁为第一限值。

17.根据权利要求15所述的风电接入柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述控制模块包括第三控制模块，所述第三控制模块包括：

参考有功功率确定单元，用于基于所述风电场侧交流母线的实际频率确定风电场中双馈感应发电机的参考有功功率；

双馈感应发电机有功功率确定单元，用于将双馈感应发电机的参考有功功率与双馈感应发电机的实际有功功率做差，通过将得到的差值输入风电场中双馈感应发电机转子侧变频器控制双馈的转速，得到双馈感应发电机的有功功率；

风电场有功功率确定单元，用于基于双馈感应发电机的有功功率和双馈感应发电机台数，得到风电场的有功功率。

18.根据权利要求17所述的风电接入柔性直流输电系统的控制装置，其特征在于，所述参考有功功率确定单元具体用于：

当f_ref-σ₂≤f≤f_ref+σ₂时，所述双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

当f＜f_ref-σ₂或f＞f_ref+σ₂时，所述双馈感应发电机的参考有功功率按下式确定：

其中，为双馈感应发电机的参考有功功率；K％为减载百分系数；P_opt为最大功率点跟踪曲线上的最优功率，其根据双馈感应发电机的参考转速和实际转速，并通过最大功率点跟踪控制得到；k₁为频率微分的权重系数，k₂为一次调频控制的权重系数；f_wind为风电场侧交流母线的实际频率。