CN110429616A - 一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电场柔直并网的有功‑频率控制方法及系统，获取岸上交流电网接入点的频率信号；检测海上换流站和岸上换流站的站间通信系统是否正常；当站间通信系统正常时将该频率信号发送至海上换流站；海上换流站控制海上公共耦合点频率等于该频率值；海上风电场检测获取海上电网的频率信号；基于这一频率信号对海上风电进行有功频率调制，改变柔直传输功率支撑岸上交流系统进行调频。柔性直流和风电场间的通信不再是有功‑频率控制的必要条件，但需要海上换流站和岸上换流站之间的通信，通过自检确定当前通信是否可用。当检测到失去站间通讯，回到原始控制模式，本发明提供的控制方法提高了控制的可靠性和适用范围。

Description

一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法及系统
技术领域
本发明涉及新能源发电技术领域，具体涉一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法及系统。
背景技术
柔性直流输电系统基于电压源型换流器，具有不存在换相失败、独立控制有功功率和无功功率、可向无源网络供电等优点，为可再生能源并网提供了有效解决方案。近年来随着国内外大规模、远距离海上风电的快速发展，多个远海柔性直流输电工程处于规划阶段，未来可实现海上风电经柔直接入岸上交流电网。风电场的输送功率较大，在电网正常运行和事故状态下系统的频率有一定影响，需根据交流系统的频率变化调节输送功率。为提高电网整体性能，有必要在柔性直流系统中引入基于频率的功率调制功能。
当前基于频率的直流功率调制在常规直流领域已有工程应用，当某一侧交流系统发生故障导致频率异常变化时，直流输电系统可快速响应两侧频率变化而改变输电功率，以支援两侧交流进行辅助频率控制。现有技术中的海上风电场的电网在进行功率输出时采用的是功率控制模式，无法消除因为频率变化引起对输送功率的影响。
发明内容
因此，本发明提供的一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法及系统，克服了现有技术无法消除因为频率变化引起对输送功率的影响的缺陷。
第一方面，本发明实施例提供一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，包括如下步骤：获取岸上交流电网接入点的第一频率信号；检测海上换流站和岸上换流站的站间通信系统是否正常；当站间通信系统正常时，将所述第一频率信号通过通信系统发送至海上换流站；海上换流站控制海上公共耦合点的频率等于所述第一频率信号的值；海上风电场检测获取海上电网的第二频率信号，所述第二频率信号的值等于所述海上换流站公共耦合点的频率；基于所述第二频率信号对海上风电进行有功频率调制。
在一实施例中，所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，还包括：当海上换流站和岸上换流站的站间通信系统不正常时，海上风电场根据预设有功功率值输出。
在一实施例中，所述获取岸上交流电网接入点的频率信号的步骤，包括：采用锁相环实时测量岸上交流电网接入点频率，经过滤波处理后生成第一频率信号。
在一实施例中，所述获取海上电网的第二频率信号的步骤，包括：采用锁相环实时测量海上电网的频率，经过滤波处理后生成第二频率信号。
在一实施例中，所述海上风电场基于第二频率信号对海上风电进行有功频率调制的步骤，包括：获取第二频率信号相对频率参考值的变化量；根据预设比例系数及所述变换量获取有功功率变化量；海上风电场根据所述有功功率变化量改变输出有功功率。
在一实施例中，所述有功功率变化量通过以下公式计算：
ΔP＝KfΔf
其中，ΔP为有功功率变化量，Kf为预设比例系数，Δf为第二频率信号相对频率参考值的变化量。
第二方面，本发明实施例提供一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制系统，包括：第一频率信号获取模块，用于获取岸上交流电网接入点的第一频率信号；通信系统检测模块，用于检测海上换流站和岸上换流站的站间通信系统是否正常；第一频率信号发送模块，当站间通信系统正常时，用于将所述第一频率信号通过通信系统发送至海上换流站；海上换流站的频率控制模块，用于海上换流站控制海上公共耦合点的频率等于所述第一频率信号的值；第二频率信号获取模块，用于海上风电场检测获取海上电网的第二频率信号，所述第二频率信号的值等于所述海上换流站公共耦合点的频率；海上风电有功频率调制模块，用于基于第二频率信号对海上风电进行有功频率调制。
在一实施例中，所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制系统，还包括：控制参数设置模块，用于设置控制参数，包括：频率阈值、比例系数及有功功率调整的最大值。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行本发明实施例第一方面所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行发明实施例第一方面所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法及系统，基于直接频率控制的频率有功控制，实现了海上风电经柔直接入对岸上交流系统的频率有功控制功能。
2、本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法及系统，可以实现柔性直流可调节控制海上电网频率的功能，该控制过程无需海上风电场与柔性直流控制系统之间的通信，提高了控制的可靠性和适用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的海上风电场电网系统的一个具体示例的组成图；
图2为本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法的一个具体示例的流程图；
图3为本发明实施例提供的基于直接频率的频率有功控制传递函数框图；
图4为本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法的另一个具体示例的流程图；
图5为本发明实施例提供的频率测试波形的示意图；
图6为本发明实施例提供的仿真结果图；
图7为本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制系统一个示例的组成图；
图8为本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制系统另一个示例的组成图；
图9为本发明实施例提供的计算机设备一个具体示例的组成图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，具体的是基于直接频率的频率有功控制的方法，可应用于海上风电场电网系统，如图1所示，海上风电场经柔直接入至岸上交流系统，海上电网接入点(GCP)与公共耦合点(PCC)为物理上的同一点，柔直经直流接入点(GAP)接入岸上交流系统。如图2所示，该控制方法包括如下步骤：
步骤S1:获取岸上交流电网接入点的第一频率信号。本发明实施例中，如图3所示的基于直接频率的频率有功控制传递函数框图，图中岸上换流站控制保护模块采用锁相环(PLL)实时测量岸上交流电网接入点频率，经过一阶滤波处理后生成第一频率信号，仅以此举例，不以此为限。
步骤S2:检测海上换流站和岸上换流站的站间通信系统是否正常。
步骤S3:当站间通信系统正常时，将第一频率信号通过通信系统发送至海上换流站。
本发明实施例中，如图3所示，岸上换流站控制保护模块含有通信系统检测单元，可以检测海上换流站和岸上换流站的站间通信系统是否正常，正常时则激活后续的控制模块，将频率信号经通信系统，送至海上换流站的控制保护模块。通信系统中设置冗余通信回路，可以将频率信号经多条通信线路进行传输，当其中有某条通信线路出现故障时，不影响正常的信号传输，以保证信号的可靠性。实际应用中，信号传递过程中可能会通信延时，延时大约为50ms。
步骤S4:控制海上换流站公共耦合点的频率等于第一频率信号的值。
本发明实施例中，海上换流站控制保护模块将接收到的岸上频率信号作为电压频率控制器(V/f控制器)的频率参考值，控制海上换流站公共耦合点(PCC)的频率，使海上电网公共耦合点的频率等于岸上交流系统的频率。
步骤S5:海上风电场检测获取海上电网的第二频率信号，所述第二频率信号的值等于所述海上换流站公共耦合点的频率。
本发明实施例中，如图1所示，海上风电场经柔直接入至岸上交流系统，海上电网接入点(GCP)与公共耦合点(PCC)为物理上的同一点，因此海上电网的频率等于海上换流站公共耦合点的频率。如图3所示，海上风电场控制保护模块采用锁相环实时测量海上电网的频率，经过滤波处理后生成第二频率信号，本发明实施例中是通过一阶滤波环节进行处理去除噪声，仅以此为例，不以此为限。
步骤S6:基于第二频率信号对海上风电进行有功频率调制。
本发明实施例中，首先获取第二频率信号相对频率参考值的变化量，然后根据预设比例系数及所述变换量获取有功功率变化量。
其中，有功功率变化量通过以下公式计算：
ΔP＝KfΔf
其中，ΔP为有功功率变化量，Kf为预设比例系数，Δf为第二频率信号相对频率参考值的变化量。本发明实施例中，Δf＝f-fref，其中频率参考值fref＝50Hz。
海上风电场根据有功功率输出值的变化量ΔP，改变海上风电场输出有功功率，进而改变柔性直流输电系统输送到岸上交流电网的有功功率，实现了在岸上交流系统频率变化时，柔性直流输电系统输入功率响应改变，以支援岸上交流电网的频率调节。如图3所示，海上风电场控制保护模块的频率有功调制模式有三种：频率敏感模式(FSM)、有限频率敏感模式-高频(LFSM-O)和有限频率敏感模式-低频(LFSM-U)。在实际应用中，运行人员可通过人机控制界面(Human Machine Interface，HMI)选择一种模式进行详细参数设置，包括频率阈值、比例系数、有功功率调整的最大值等参数。
在一实施例中，上述海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，如图4所示，还包括：
步骤S7:当海上换流站和岸上换流站的站间通信系统不正常时，海上风电场根据预设有功功率值输出。
本发明实施例，当检测到失去站间通讯时，该频率功率控制模式将失效，回到原始控制模式，即将海上风电场的电网系统产生的功率全部传输至岸上电网系统。
本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，基于直接频率的频率有功控制，改变风电场有功出力，进而改变柔直传输功率，支撑岸上交流系统进行调频。柔性直流和风电场之间的通信不再是实现有功-频率控制的必要条件，但是海上换流站和岸上换流站之间的通信是必要条件，通过自检确定当前通信是否可用。当检测到失去站间通讯，该频率功率控制模式将失效，回到原始控制模式，即将海上风电场的电网系统产生的功率全部传输至岸上电网系统，本发明实施提供的控制方法提高了控制的可靠性和适用范围。
本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，通过在PSCAD/EMTDC中仿真建模进行分析，其中，柔直系统额定功率900MW，额定直流电压±320kV；岸上交流系统等效为380kV电压源，短路比SCR＝5；海上风电场模型包括双馈风机和直驱风机两种，出力各占风电场总出力50％。应用以下频率测试波形，对频率功率控制功能进行测试，频率测试波形如图5所示，仿真结果如图6所示，其中，Simulated表示仿真得到数据，Required表示在相应频率有功调制模式下按一定参数进行设置后的理论值，ΔP为直流功率的调制量，PAV为额定直流功率，Δf为交流电网频率的偏差量，fn为额定频率。
通过上述仿真结果可以表明，利用本发明实施例提供的控制方法可以根据岸上交流系统的频率，有效调节有功功率输出，实现对交流系统频率调节的支撑，适用于海上风电经柔直接入的工程。
实施例2
本发明实施例提供一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制系统，如图7所示，包括：
第一频率信号获取模块1，用于获取岸上交流电网接入点的第一频率信号。此模块执行实施例1中的步骤S1所描述的方法，在此不再赘述。
通信系统检测模块2，用于检测海上换流站和岸上换流站的站间通信系统是否正常。此模块执行实施例1中的步骤S2所描述的方法，在此不再赘述。
第一频率信号发送模块3，当站间通信系统正常时，用于将所述第一频率信号通过通信系统发送至海上换流站。此模块执行实施例1中的步骤S3所描述的方法，在此不再赘述。
海上换流站的频率控制模块4，用于海上换流站控制海上公共耦合点的频率等于所述第一频率信号的值。此模块执行实施例1中的步骤S4所描述的方法，在此不再赘述。
第二频率信号获取模块5，用于海上风电场检测获取海上电网的第二频率信号，所述第二频率信号的值等于所述海上换流站公共耦合点的频率。此模块执行实施例1中的步骤S5所描述的方法，在此不再赘述。
海上风电有功频率调制模块6，用于基于第二频率信号对海上风电进行有功频率调制。此模块执行实施例1中的步骤S6所描述的方法，在此不再赘述。
如图8所示，本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制系统，还包括：控制参数设置模块7，用于设置控制参数，包括：频率阈值、比例系数及有功功率调整的最大值。本发明实施例中，运维工作人员可通过人机控制界面选择和进行详细控制参数设置，包括频率阈值、比例系数、有功功率调整的最大值等参数，仅以此举例，不以此为限。
本发明实施例提供的海上风电场柔直并网的有功-频率控制系统，基于直接频率的频率有功控制，改变风电场有功出力，进而改变柔直传输功率，支撑岸上交流系统进行调频。柔性直流和风电场之间的通信不再是实现有功-频率控制的必要条件，但是海上换流站和岸上换流站之间的通信是必要条件，通过自检确定当前通信是否可用。当检测到失去站间通讯，该频率功率控制模式将失效，回到原始的控制模式，即将海上风电场的电网系统产生的功率全部传输至岸上电网系统，提高了控制的可靠性和适用范围。
实施例3
本发明实施例提供一种计算机设备，如图9所示，包括：至少一个处理器401，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速RAM存储器(Ramdom Access Memory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例1中的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例1中的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法。
其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheral componentinterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(extended industry standardarchitecture，简称EISA)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图9中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatile memory)，例如随机存取存储器(英文：random-access memory，缩写：RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatile memory)，例如快闪存储器(英文：flash memory)，硬盘(英文：hard diskdrive，缩写：HDD)或固降硬盘(英文：solid-state drive，缩写：SSD)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器401可以是中央处理器(英文：central processing unit，缩写：CPU)，网络处理器(英文：network processor，缩写：NP)或者CPU和NP的组合。
其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specific integrated circuit，缩写：ASIC)，可编程逻辑器件(英文：programmable logic device，缩写：PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complex programmable logic device，缩写：CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmable gate array，缩写：FPGA)，通用阵列逻辑(英文：generic arraylogic,缩写：GAL)或其任意组合。
可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例1中的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1中的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固降硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取岸上交流电网接入点的第一频率信号；
检测海上换流站和岸上换流站的站间通信系统是否正常；
当站间通信系统正常时，将所述第一频率信号通过通信系统发送至海上换流站；
海上换流站控制海上公共耦合点的频率等于所述第一频率信号的值；
海上风电场检测获取海上电网的第二频率信号，所述第二频率信号的值等于所述海上换流站公共耦合点的频率；
基于所述第二频率信号对海上风电进行有功频率调制。
2.根据权利要求1所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，其特征在于，还包括：
当海上换流站和岸上换流站的站间通信系统不正常时，海上风电场根据预设有功功率值输出。
3.根据权利要求1所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，其特征在于，所述获取岸上交流电网接入点的频率信号的步骤，包括：
采用锁相环实时测量岸上交流电网接入点频率，经过滤波处理后生成第一频率信号。
4.根据权利要求1所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，其特征在于，所述获取海上电网的第二频率信号的步骤，包括：
采用锁相环实时测量海上电网的频率，经过滤波处理后生成第二频率信号。
5.根据权利要求1所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，其特征在于，所述海上风电场基于所述第一频率信号及第二频率信号对海上风电进行有功频率调制的步骤，包括：
获取第二频率信号相对频率参考值的变化量；
根据预设比例系数及所述变换量获取有功功率变化量；
海上风电场根据所述有功功率变化量改变输出有功功率。
6.根据权利要求5所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法，其特征在于，所述有功功率变化量通过以下公式计算：
ΔP＝KfΔf
其中，ΔP为有功功率变化量，Kf为预设比例系数，Δf为第二频率信号相对频率参考值的变化量。
7.一种海上风电场柔直并网的有功-频率控制系统，其特征在于，包括：
第一频率信号获取模块，用于获取岸上交流电网接入点的第一频率信号；
通信系统检测模块，用于检测海上换流站和岸上换流站的站间通信系统是否正常；
第一频率信号发送模块，当站间通信系统正常时，用于将所述第一频率信号通过通信系统发送至海上换流站；
海上换流站的频率控制模块，用于海上换流站控制海上公共耦合点的频率等于所述第一频率信号的值；
第二频率信号获取模块，用于海上风电场检测获取海上电网的第二频率信号，所述第二频率信号的值等于所述海上换流站公共耦合点的频率；
海上风电有功频率调制模块，用于基于所述第二频率信号对海上风电进行有功频率调制。
8.根据权利要求7所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制系统，其特征在于，还包括：
控制参数设置模块，用于设置控制参数，包括：频率阈值、比例系数及有功功率调整的最大值。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行权利要求1-6任一所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-6任一所述的海上风电场柔直并网的有功-频率控制方法。
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