CN110601228A - 用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法 - Google Patents

用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110601228A
CN110601228A CN201910851064.5A CN201910851064A CN110601228A CN 110601228 A CN110601228 A CN 110601228A CN 201910851064 A CN201910851064 A CN 201910851064A CN 110601228 A CN110601228 A CN 110601228A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
axis
current
value
converter station
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910851064.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110601228B (zh
Inventor
陈启超
蒋维勇
李晖
王菲
刘建琴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
State Grid Economic and Technological Research Institute
Original Assignee
State Grid Economic and Technological Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by State Grid Economic and Technological Research Institute filed Critical State Grid Economic and Technological Research Institute
Priority to CN201910851064.5A priority Critical patent/CN110601228B/zh
Publication of CN110601228A publication Critical patent/CN110601228A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110601228B publication Critical patent/CN110601228B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法，其特征在于，包括MMC换流站，其中，所述MMC换流站包括：电压频率控制器，用于采用PI控制方法，得到所述MMC换流站的频率参考值；电压幅值控制器，用于采用恒压频比控制方式，得到所述MMC换流站的d轴电压参考值；外环定交流电压控制器，用于采用PI控制方法，得到所述内环电流控制器的dq轴电压值和电流参考值；内环电流控制器，用于采用PI控制方法，得到所述MMC换流站的电压控制值；调制模块，用于对得到的电压控制值进行调制，生成触发脉冲，以对抽水蓄能电站的抽水蓄能机组进行变频调速控制，本发明可广泛用于柔性直流输电技术领域中。

Description

用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法
技术领域
本发明是关于一种用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法，属于柔性直流输电技术领域。
背景技术
随着经济和社会的快速发展，电力负荷迅速增长，峰谷差不断加大，电网对稳定性的要求也越来越高，调峰能力不足将称为制约电力系统发展的突出问题。抽水蓄能电站以其运行工况转换迅速、灵活可靠和环境压力小等特有优势，在削峰填谷、维护电网安全稳定运行和促进电力系统节能等方面发挥着重要作用。现有的抽水蓄能电站主要接入交流电网，根据电网需求调整自身抽水和发电工况。而随着柔性直流输电技术的迅速发展，抽水蓄能电站接入电网的方式更加灵活，可以通过变压器升压后经换流站接入柔性直流电网，并与大规模可再生能源协调优化运行，有效促进可再生能源消纳，减少弃风、弃光现象发生，提高可再生能源发电出力的精确性和可靠性。
传统的抽水蓄能电站装机一般为由常规同步发电电动机组成的定速机组，而定速抽水蓄能机组在水泵工况下只能以额定功率运行，抽水入力不能连续调节，使其参与电网频率调节、平抑可再生能源波动的效果大打折扣。为提高抽水蓄能电站为电网提供自动控制功率的灵活性，实现抽水蓄能电站效益的最大化，保障抽水蓄能机组的高效稳定运行，研究可变速抽水蓄能机组及其控制成为当前抽水蓄能领域一项重要工作。与定速机组相比，可变速机组可在一定范围内连续变速运行，实现抽水入力可调，采用可变速的抽水蓄能电站，无论是提升电网安全稳定运行水平还是提高资源利用率均具有现实意义。
抽水蓄能电站可变速机组的变速方式大体分为两种，一种是已经逐步淘汰的分档调速，包括变极变速和双转子双定子变速；另一种是连续调速，包括定子侧全功率变频调速和转子侧交流励磁变频调速，其中，定子侧全功率变频调速是在常规抽水蓄能同步发电电动机的定子侧串联与同步电机容量相等的全功率变流器，转子侧交流励磁变频调速是在装机时采用双馈型发电电动机。然而，上述两种连续调速方式均由于造价高昂而导致性价比不高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种成本低且性价比高的用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统，其特征在于，包括MMC换流站，其中，所述MMC换流站包括：电压频率控制器，用于根据预先设定的功率参考值、抽水蓄能电站中抽水蓄能机组的额定频率和所述MMC换流站的输出功率，得到所述MMC换流站的频率参考值；电压幅值控制器，用于采用恒压频比控制方式，根据所述MMC换流站的频率参考值，得到所述MMC换流站的d轴电压参考值；外环定交流电压控制器，用于根据所述MMC换流站的输出功率、频率参考值和d轴电压参考值，得到所述内环电流控制器的dq轴电压值和电流参考值；内环电流控制器，用于根据所述MMC换流站的频率参考值、所述内环电流控制器的dq轴电压值和电流参考值以及所述MMC换流站输出的电流值，得到所述MMC换流站的电压控制值；调制模块，用于对得到的电压控制值进行调制，生成触发脉冲，以对抽水蓄能电站的抽水蓄能机组进行变频调速控制。
优选地，所述电压频率控制器包括功率计算模块、第一信号叠加模块、第一PI控制器和第二信号叠加模块；所述功率计算模块用于根据所述MMC换流站输出的电压值uabc和电流值iabc，计算得到所述MMC换流站的输出功率P；所述第一信号叠加模块用于将功率参考值Pref减去所述MMC换流站的输出功率P，得到功率差值；所述第一PI控制器用于根据功率差值，得到所述MMC换流站的频率变化量Δω；所述第二信号叠加模块用于根据所述MMC换流站的频率变化量Δω和所述抽水蓄能机组的额定频率ωN，得到所述MMC换流站的频率参考值ω*。
优选地，所述电压幅值控制器的控制方式为：将q轴电压参考值设定为0，通过改变d轴电压参考值控制所述MMC输出的电压；当所述MMC换流站的频率参考值ω*大于等于所述抽水蓄能机组的额定频率ωN时，所述MMC换流站输出的电压保持为额定电压UN不变；当所述MMC换流站的频率参考值ω*小于所述抽水蓄能机组的额定频率ωN时，采用恒压频比控制方式，确定所述MMC换流站输出的电压，即：
其中，f(ω*)为关于ω*的函数，UN为MMC换流站的额定电压，Uc为低频补偿压降。
优选地，所述外环定交流电压控制器包括第一dq变换模块、第三信号叠加模块、第四信号叠加模块、第二PI控制器和第三PI控制器；所述第一dq变换模块用于根据dq坐标系和同步相位θ，对所述MMC换流站输出的电压值uabc进行dq变换，得到dq轴的电压值ud和uq；所述第三信号叠加模块用于根据d轴的电压值ud和所述电压幅值控制器发送的电压参考值得到d轴电压差值；所述第四信号叠加模块用于根据q轴的电压值uq和电压参考值得到q轴电压差值；所述第二PI控制器用于根据d轴电压差值，得到d轴电流参考值i* d的输出限幅-idmax～idmax，进而得到所述内环电流控制器的d轴电流参考值i* d；所述第三PI控制器用于根据q轴电压差值，得到q轴电流参考值i* q的输出限幅-iqmax～iqmax，进而得到所述内环电流控制器的q轴电流参考值i* q。
优选地，所述内环电流控制器包括第二dq变换模块、第五信号叠加模块、第六信号叠加模块、第七信号叠加模块、第八信号叠加模块、第四PI控制器、第五PI控制器、第一ωL模块、第二ωL模块和dq反变换模块；所述第二dq变换模块用于根据dq坐标系和同步相位θ，对所述MMC换流站输出的电流值iabc进行dq变换，得到dq轴的电流值id和iq；所述第五信号叠加模块用于根据d轴的电流值id和电流参考值i* d，得到d轴电流差值；所述第六信号叠加模块用于根据q轴的电流值iq和电流参考值i* q，得到q轴电流差值；所述第四PI控制器用于根据d轴电流差值，得到d轴的电流调节量；所述第五PI控制器用于根据q轴电流差值，得到q轴的电流调节量；所述第一ωL模块用于根据d轴的电流值id，得到d轴的解耦分量idωL；所述第二ωL模块用于根据q轴的电流值iq，得到q轴的解耦分量iqωL；所述第七信号叠加模块用于根据d轴的电压值ud、d轴的电流调节量和q轴的解耦分量iqωL，得到所述MMC换流站的d轴控制输入量Vd，其中，ω为额定角频率，L为桥臂电抗、滤波电抗与变压器漏抗的和；所述第八信号叠加模块用于根据q轴的电压值uq、q轴的电流调节量和d轴的解耦分量idωL，得到所述MMC换流站的q轴控制输入量Vq；所述dq反变换模块用于根据dq坐标系和同步相位θ，对所述MMC换流站的d轴控制输入量Vd和q轴控制输入量Vq进行dq反变换，得到所述MMC换流站的电压控制值Vabc。
用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制方法，其特征在于，包括以下内容：1)调节抽水蓄能电站的功率参考值Pref，并确定功率参考值Pref处于不同范围时，对应抽水蓄能电站中抽水蓄能机组的开机数量与频率调节范围；2)MMC换流站接收调节指后，确定抽水蓄能机组的开机数量m，并与现有的开机台数m0进行对比，确定是否需要调整抽水蓄能机组的开机数量，如果需要调整，则进入步骤3)；如果不需调整，则进入步骤6)；3)锁定电压频率控制器，经延时T1后将功率参考值Pref写入MMC换流站；4)写入功率参考值Pref后，经延时T2，根据调整的抽水蓄能机组开机数量Δm，投入相应抽水蓄能机组；5)经延时T3，抽水蓄能机组投入并恢复运行后，解锁电压频率控制器；6)将功率参考值Pref直接写入MMC换流站，MMC换流站的输出功率P自动跟踪功率参考值Pref，实现连续调节。
优选地，所述步骤2)中需要调整的抽水蓄能机组的开机数量Δm为：
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明对于已建成或在建的可接入柔性直流输电系统的抽水蓄能电站，并不需要对其定速机组进行改造，只需加装或改装可变速机组，并改变其所连接换流站，即可实现抽水蓄能机组的变频调速控制，为电网提供可调节负荷，节约大量的投资成本，相较于交流励磁发电电动机的变频调速控制，实现起来更为简单方便。2、本发明充分利用MMC(Modular Multilevel Converter，模块化多电平换流器)谐波含量低、控制灵活和调节速度快等优势，可以广泛应用于柔性直流输电技术领域中。
附图说明
图1是本发明中MMC的整体控制结构示意图；
图2是本发明中电压频率控制器的结构示意图；
图3是本发明中电压幅值控制器控制特性的示意图；
图4是本发明中定交流电压控制器的结构示意图；
图5是本发明中内环电流控制器的结构示意图；
图6是本发明方法的流程示意图；
图7是本发明实施例中抽水蓄能电站接入柔性直流电网系统的示意图；
图8是本发明实施例中提升抽水蓄能电站中水泵负荷功率的电磁暂态仿真结果图，其中，图8(a)为功率参考值的仿真结果图，图8(b)为频率的仿真结果图，图8(c)为功率的仿真结果图，图8(d)为电压的仿真结果图；图8(e)为电流的仿真结果图
图9是本发明实施例中降低抽水蓄能水泵负荷功率的电磁暂态仿真结果图，其中，图9(a)为功率参考值的仿真结果图，图9(b)为频率的仿真结果图，图9(c)为功率的仿真结果图，图9(d)为电压的仿真结果图，图9(e)为电流的仿真结果图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
本发明主要采用dq坐标系下的双闭环解耦控制，分为内环电流控制器和外环定交流电压控制器，内、外双闭环控制属于直接电流控制，不仅能够获得优良的动态响应性能，也能够通过限幅避免调节过程中发生过流。采取定交流电压控制后，dq变换所需的同步相位θ不再通过锁相环(PLL)来获得，而是根据频率参考值直接给定为：
θ＝ω*t (1)
其中，ω*为频率参考值，t为时间。
定交流电压控制只能保证MMC换流站输出电压的幅值和频率恒定为参考值，而为实现变频调速功能，需根据需求不断调节电压幅值和频率的参考值，因此，本发明设计电压幅值控制器和电压频率控制器对参考值进行连续调节。
抽水蓄能机组在极对数np一定时，同步转速n随频率变化，即：
其中，f为MMC换流站输出的电压频率。
在水泵工况下，电动机转矩与转速的平方成正比，因此，电动机消耗的功率P与转速的三次方成正比，即与频率的三次方成正比：
P∝ω3 (3)
因此，可通过调节MMC换流站输出电压的频率ω，对水泵负荷进行连续调节。
基于上述原理，如图1所示，本发明提供的用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统包括MMC换流站，其中，MMC换流站包括电压频率控制器、电压幅值控制器、外环定交流电压控制器、内环电流控制器和调制模块。MMC换流站以孤岛方式运行，抽水蓄能电站中抽水蓄能机组的定子电压完全由MMC换流站提供。
电压频率控制器用于采用PI(proportional integral，比例积分)控制方法，根据预先设定的功率参考值Pref、抽水蓄能机组的额定频率ωN和MMC换流站的输出功率P，得到MMC换流站的频率参考值ω*。
电压幅值控制器用于采用恒压频比控制方式，根据MMC换流站的频率参考值ω*，得到MMC换流站的d轴电压参考值u* d。
外环定交流电压控制器用于根据MMC换流站的输出功率P、频率参考值ω*和d轴电压参考值u* d，得到内环电流控制器的dq轴电压值ud和uq以及电流参考值i* d和i* q。
内环电流控制器用于根据MMC换流站的频率参考值ω*、内环电流控制器的dq轴电压值ud和uq、内环电流控制器的电流参考值i* d和i* q以及MMC换流站输出的电流值iabc，得到MMC换流站的电压控制值Vabc。
调制模块用于对得到的电压控制值Vabc进行调制，生成触发脉冲，以对抽水蓄能电站的抽水蓄能机组进行变频调速控制。
在一个优选的实施例中，如图2所示，电压频率控制器包括功率计算模块、第一信号叠加模块、第一PI控制器和第二信号叠加模块。
功率计算模块用于根据MMC换流站输出的电压值uabc和电流值iabc，计算得到MMC换流站的输出功率P。
第一信号叠加模块用于将功率参考值Pref减去MMC换流站的输出功率P，得到功率差值。
第一PI控制器用于根据功率差值，得到MMC换流站的频率变化量Δω。
第二信号叠加模块用于根据MMC换流站的频率变化量Δω和抽水蓄能机组的额定频率ωN，得到MMC换流站的频率参考值ω*。
在一个优选的实施例中，如图3所示，电压幅值控制器的控制方式如下：
由于同步相位给定，dq坐标系的旋转速度已固定不变，可使交流电压相量与旋转坐标系的d轴重合，将q轴电压参考值设定为0，通过改变d轴电压参考值即可控制MMC换流站输出的电压。因此，在水泵工况下，当MMC换流站的频率参考值ω*大于等于抽水蓄能机组的额定频率ωN时，受电动机绝缘耐压和磁路饱和的限值，MMC换流站输出的电压应保持为额定电压UN不变；当MMC换流站的频率参考值ω*小于抽水蓄能机组的额定频率ωN时，为避免磁通过大使铁心饱和，导致过大的励磁电流甚至引起绕组过热损坏电机，且能够充分利用电动机的铁心，应保持每极的磁通量为额定值不变，因此采用恒压频比控制方式，确定MMC换流站输出的电压，即频率较低时，电压相应较小，定子电阻和漏感压降所占的分量比较显著，因此将电压抬高一些近似的补偿定子阻抗压降，即d轴电压参考值为：
其中，f(ω*)为关于ω*的函数，UN为MMC换流站的额定电压，Uc为低频补偿压降。
在一个优选的实施例中，如图4所示，外环定交流电压控制器包括第一dq变换模块、第三信号叠加模块、第四信号叠加模块、第二PI控制器和第三PI控制器。
第一dq变换模块用于根据dq坐标系和同步相位θ，对MMC换流站输出的电压值uabc进行dq变换，得到dq轴的电压值ud和uq。
第三信号叠加模块用于根据d轴的电压值ud和电压幅值控制器发送的电压参考值得到d轴电压差值。
第四信号叠加模块用于根据q轴的电压值uq和电压参考值得到q轴电压差值，其中，q轴的电压参考值设定为0。
第二PI控制器用于根据d轴电压差值，得到d轴电流参考值i* d的输出限幅-idmax～idmax，进而得到内环电流控制器的d轴电流参考值i* d。
第三PI控制器用于根据q轴电压差值，得到q轴电流参考值i* q的输出限幅-iqmax～iqmax，进而得到内环电流控制器的q轴电流参考值i* q。
在一个优选的实施例中，如图5所示，内环电流控制器采用解耦控制方式，包括第二dq变换模块、第五信号叠加模块、第六信号叠加模块、第七信号叠加模块、第八信号叠加模块、第四PI控制器、第五PI控制器、第一ωL模块、第二ωL模块和dq反变换模块。
第二dq变换模块用于根据dq坐标系和同步相位θ，对MMC换流站输出的电流值iabc进行dq变换，得到dq轴的电流值id和iq。
第五信号叠加模块用于根据d轴的电流值id和电流参考值i* d，得到d轴电流差值。
第六信号叠加模块用于根据q轴的电流值iq和电流参考值i* q，得到q轴电流差值。
第四PI控制器用于根据d轴电流差值，得到d轴的电流调节量。
第五PI控制器用于根据q轴电流差值，得到q轴的电流调节量。
第一ωL模块用于根据d轴的电流值id，得到d轴的解耦分量idωL。
第二ωL模块用于根据q轴的电流值iq，得到q轴的解耦分量iqωL。
第七信号叠加模块用于根据d轴的电压值ud、d轴的电流调节量和解耦分量iqωL，得到MMC换流站的d轴控制输入量Vd，其中，ω为额定角频率，L为桥臂电抗、滤波电抗(可能没有)与变压器漏抗的和。
第八信号叠加模块用于根据q轴的电压值uq、q轴的电流调节量和解耦分量idωL，得到MMC换流站的q轴控制输入量Vq，实现dq轴的解耦。
dq反变换模块用于根据dq坐标系和同步相位θ，对MMC换流站的d轴控制输入量Vd和q轴控制输入量Vq进行dq反变换，得到MMC换流站的电压控制值Vabc。
基于上述用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统，如图6所示，本发明还提供一种用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制方法，包括以下步骤：
1)根据可再生能源发电功率波动，调节抽水蓄能电站的功率参考值Pref，并确定功率参考值Pref处于不同范围时，对应抽水蓄能电站中抽水蓄能机组的开机数量与频率调节范围。
2)MMC换流站接收调节指后，确定抽水蓄能机组的开机数量m，并与现有的开机台数m0进行对比，确定是否需要调整抽水蓄能机组的开机数量，如果需要调整，则进入步骤3)；如果不需调整，则进入步骤6)，其中，需要调整的开机数量Δm为：
3)锁定第一PI控制器输出停止自动调节功能，经延时T1后将功率参考值Pref写入MMC换流站。
4)写入功率参考值Pref后，经延时T2，根据调整的抽水蓄能机组开机数量Δm，投入相应抽水蓄能机组。
5)经延时T3，抽水蓄能机组投入并恢复稳定运行后，解锁第一PI控制器。
6)将功率参考值Pref直接写入MMC换流站，MMC换流站的输出功率P通过第一PI控制器自动跟踪功率参考值Pref，实现连续调节。
下面通过具体实施例详细说明本发明的使用过程：
如图7所示，为一个四端环状连接的柔性直流电网，连接抽水蓄能电站的MMC换流站即为本发明的MMC换流站，连接光伏发电场、风力发电场和交流电网的MMC换流站均为现有技术的MMC换流站，但本发明的适用范围并不限于此实施例，对于接入其他结构、形式多端柔性直流电网的抽水蓄能电站同样适用。图1中，连接光伏发电场和风力发电场的MMC换流站可以采用并网或孤岛运行方式，连接抽水蓄能电站的MMC换流站采用孤岛运行方式。
对于一台额定功率为PN、额定频率为ωN的抽水蓄能机组，当其运行频率为0.79ωN时，水泵负荷功率约为0.5PN，当频率调节范围为0.5ωN～ωN时，负荷功率在0.5PN～PN范围内连续可调。对于M台额定功率为PN、额定频率为ωN的抽水蓄能机组，可先根据给定的功率参考值Pref，确定抽水蓄能机组的开机数量m，进行功率分档调节，然后再通过PI控制器使MMC换流站的输出功率P跟踪给定的功率参考值Pref进行细化调节，最终实现精准的功率调节。
下表1列出了含M台抽水蓄能机组的抽水蓄能电站，在给定功率参考值Pref处于不同范围时，对应的开机数量与频率调节范围：
表1：不同功率参考值Pref下对应的抽水蓄能机组开机数量与频率调节范围
为验证本发明的有效性，在PSCAD/EMTDC建立如图1所示的抽水蓄能电站接入柔性直流电网MMC换流站的详细电磁暂态仿真模型。抽水蓄能电站设置有6台额定频率为50Hz抽水蓄能同步机组，每台机组的额定功率为300MW，设定MMC换流站输出电压频率f的调节范围为39.6Hz～50Hz，每台抽水蓄能机组抽水入力变化范围应为150MW～300MW。因此，水泵工况下，抽水蓄能电站负荷可在150MW～1800MW连续调节，接收到功率参考值Pref设定指令的时间为仿真30s时刻，延时时间分别设置为：T1＝1s、T2＝1s、T3＝8s。
为验证本发明平衡可再生能源发电波动的有效性，设置两种扰动方式进行仿真：
1、抽水蓄能电站负荷功率需由400MW提高至1300MW，对应上述表1，抽水蓄能机组开机数量由2台增加为5台；
2、抽水蓄能电站负荷功率需由1000MW降低至200MW，对应上述表1，抽水蓄能机组开机数量由4台减少为1台。
仿真结果分别如图8、图9所示，仿真结果表明，当功率参考值Pref改变后，MMC换流站的输出功率能够快速调节，精准跟踪给定功率参考值Pref。同时也充分表明，接入柔性直流电网的抽水蓄能同步机组在本发明的控制方法下，能够连续调节水泵负荷功率，有效平衡可再生能源发电产生的功率波动，提高柔性直流电网运行稳定性。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (7)

1.用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统，其特征在于，包括MMC换流站，其中，所述MMC换流站包括：
电压频率控制器，用于根据预先设定的功率参考值、抽水蓄能电站中抽水蓄能机组的额定频率和所述MMC换流站的输出功率，得到所述MMC换流站的频率参考值；
电压幅值控制器，用于采用恒压频比控制方式，根据所述MMC换流站的频率参考值，得到所述MMC换流站的d轴电压参考值；
外环定交流电压控制器，用于根据所述MMC换流站的输出功率、频率参考值和d轴电压参考值，得到所述内环电流控制器的dq轴电压值和电流参考值；
内环电流控制器，用于根据所述MMC换流站的频率参考值、所述内环电流控制器的dq轴电压值和电流参考值以及所述MMC换流站输出的电流值，得到所述MMC换流站的电压控制值；
调制模块，用于对得到的电压控制值进行调制，生成触发脉冲，以对抽水蓄能电站的抽水蓄能机组进行变频调速控制。
2.如权利要求1所述的用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统，其特征在于，所述电压频率控制器包括功率计算模块、第一信号叠加模块、第一PI控制器和第二信号叠加模块；
所述功率计算模块用于根据所述MMC换流站输出的电压值uabc和电流值iabc，计算得到所述MMC换流站的输出功率P；
所述第一信号叠加模块用于将功率参考值Pref减去所述MMC换流站的输出功率P，得到功率差值；
所述第一PI控制器用于根据功率差值，得到所述MMC换流站的频率变化量Δω；
所述第二信号叠加模块用于根据所述MMC换流站的频率变化量Δω和所述抽水蓄能机组的额定频率ωN，得到所述MMC换流站的频率参考值ω*。
3.如权利要求2所述的用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统，其特征在于，所述电压幅值控制器的控制方式为：
将q轴电压参考值设定为0，通过改变d轴电压参考值控制所述MMC输出的电压；当所述MMC换流站的频率参考值ω*大于等于所述抽水蓄能机组的额定频率ωN时，所述MMC换流站输出的电压保持为额定电压UN不变；当所述MMC换流站的频率参考值ω*小于所述抽水蓄能机组的额定频率ωN时，采用恒压频比控制方式，确定所述MMC换流站输出的电压，即：
其中，f(ω*)为关于ω*的函数，UN为MMC换流站的额定电压，Uc为低频补偿压降。
4.如权利要求3所述的用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统，其特征在于，所述外环定交流电压控制器包括第一dq变换模块、第三信号叠加模块、第四信号叠加模块、第二PI控制器和第三PI控制器；
所述第一dq变换模块用于根据dq坐标系和同步相位θ，对所述MMC换流站输出的电压值uabc进行dq变换，得到dq轴的电压值ud和uq；
所述第三信号叠加模块用于根据d轴的电压值ud和所述电压幅值控制器发送的电压参考值得到d轴电压差值；
所述第四信号叠加模块用于根据q轴的电压值uq和电压参考值得到q轴电压差值；
所述第二PI控制器用于根据d轴电压差值，得到d轴电流参考值i* d的输出限幅-idmax～idmax，进而得到所述内环电流控制器的d轴电流参考值i* d；
所述第三PI控制器用于根据q轴电压差值，得到q轴电流参考值i* q的输出限幅-iqmax～iqmax，进而得到所述内环电流控制器的q轴电流参考值i* q。
5.如权利要求4所述的用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统，其特征在于，所述内环电流控制器包括第二dq变换模块、第五信号叠加模块、第六信号叠加模块、第七信号叠加模块、第八信号叠加模块、第四PI控制器、第五PI控制器、第一ωL模块、第二ωL模块和dq反变换模块；
所述第二dq变换模块用于根据dq坐标系和同步相位θ，对所述MMC换流站输出的电流值iabc进行dq变换，得到dq轴的电流值id和iq；
所述第五信号叠加模块用于根据d轴的电流值id和电流参考值i* d，得到d轴电流差值；
所述第六信号叠加模块用于根据q轴的电流值iq和电流参考值i* q，得到q轴电流差值；
所述第四PI控制器用于根据d轴电流差值，得到d轴的电流调节量；
所述第五PI控制器用于根据q轴电流差值，得到q轴的电流调节量；
所述第一ωL模块用于根据d轴的电流值id，得到d轴的解耦分量idωL；
所述第二ωL模块用于根据q轴的电流值iq，得到q轴的解耦分量iqωL；
所述第七信号叠加模块用于根据d轴的电压值ud、d轴的电流调节量和q轴的解耦分量iqωL，得到所述MMC换流站的d轴控制输入量Vd，其中，ω为额定角频率，L为桥臂电抗、滤波电抗与变压器漏抗的和；
所述第八信号叠加模块用于根据q轴的电压值uq、q轴的电流调节量和d轴的解耦分量idωL，得到所述MMC换流站的q轴控制输入量Vq；
所述dq反变换模块用于根据dq坐标系和同步相位θ，对所述MMC换流站的d轴控制输入量Vd和q轴控制输入量Vq进行dq反变换，得到所述MMC换流站的电压控制值Vabc。
6.用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制方法，其特征在于，包括以下内容：
1)调节抽水蓄能电站的功率参考值Pref，并确定功率参考值Pref处于不同范围时，对应抽水蓄能电站中抽水蓄能机组的开机数量与频率调节范围；
2)MMC换流站接收调节指后，确定抽水蓄能机组的开机数量m，并与现有的开机台数m0进行对比，确定是否需要调整抽水蓄能机组的开机数量，如果需要调整，则进入步骤3)；如果不需调整，则进入步骤6)；
3)锁定电压频率控制器，经延时T1后将功率参考值Pref写入MMC换流站；
4)写入功率参考值Pref后，经延时T2，根据调整的抽水蓄能机组开机数量Δm，投入相应抽水蓄能机组；
5)经延时T3，抽水蓄能机组投入并恢复运行后，解锁电压频率控制器；
6)将功率参考值Pref直接写入MMC换流站，MMC换流站的输出功率P自动跟踪功率参考值Pref，实现连续调节。
7.如权利要求6所述的用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制方法，其特征在于，所述步骤2)中需要调整的抽水蓄能机组的开机数量Δm为：
CN201910851064.5A 2019-09-10 2019-09-10 用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法 Active CN110601228B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910851064.5A CN110601228B (zh) 2019-09-10 2019-09-10 用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910851064.5A CN110601228B (zh) 2019-09-10 2019-09-10 用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110601228A true CN110601228A (zh) 2019-12-20
CN110601228B CN110601228B (zh) 2020-11-27

Family

ID=68858431

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910851064.5A Active CN110601228B (zh) 2019-09-10 2019-09-10 用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110601228B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150260162A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Abb Technology Ag Method and Apparatus for Obtaining Electricity from Offshore Wind Turbines
CN106301102A (zh) * 2016-09-09 2017-01-04 湖南大学 一种多相永磁同步电机驱动系统及其控制方法
CN107482940A (zh) * 2017-07-27 2017-12-15 东南大学 一种用于高速永磁电机驱动系统的模块化多电平变换器
CN105529732B (zh) * 2016-01-07 2018-03-02 武汉大学 一种本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法
CN108964111A (zh) * 2018-08-22 2018-12-07 国家电网有限公司 一种具有中压侧直流出线的直流输电系统及其控制方法
CN108964097A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 山东大学 抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150260162A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Abb Technology Ag Method and Apparatus for Obtaining Electricity from Offshore Wind Turbines
CN105529732B (zh) * 2016-01-07 2018-03-02 武汉大学 一种本地直流电压反馈的多端柔性直流输电系统解耦控制方法
CN106301102A (zh) * 2016-09-09 2017-01-04 湖南大学 一种多相永磁同步电机驱动系统及其控制方法
CN107482940A (zh) * 2017-07-27 2017-12-15 东南大学 一种用于高速永磁电机驱动系统的模块化多电平变换器
CN108964097A (zh) * 2018-07-24 2018-12-07 山东大学 抽水蓄能与可再生能源发电协同运行系统及方法
CN108964111A (zh) * 2018-08-22 2018-12-07 国家电网有限公司 一种具有中压侧直流出线的直流输电系统及其控制方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李昌陵等: "抽水蓄能站对电网负荷稳定性优化控制仿真", 《计算机仿真》 *
王菲等: "考虑大规模新能源接入的柔性直流电网容量规划方法", 《电力系统及其自动化学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110601228B (zh) 2020-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110970933B (zh) 基于主动支撑控制的光储联合发电系统虚拟惯量补偿方法
Errouissi et al. Offset-free direct power control of DFIG under continuous-time model predictive control
CN108270241B (zh) 风机并网逆变器虚拟同步发电机的控制方法
CN101917013B (zh) 带储能的双馈风力发电系统
CN110808602B (zh) 一种多端柔性直流输电系统改进附加频率控制方法及系统
CN105790297A (zh) 基于内电势响应的全功率风力发电机的惯量控制方法及装置
CN103414209B (zh) 一种基于rmc的dfig直流并网发电系统及其转矩控制方法
CN108879716B (zh) 直驱永磁风机的无功协调控制方法及系统
CN110518600A (zh) 一种基于vsg的改进型多机并联的pmsg并网主动支撑控制结构
CN105098833A (zh) 用于微电网的异步恒速风电机组系统及其工作方法
Han et al. A doubly fed induction generator controlled in single-sided grid connection for wind turbines
CN116995731A (zh) 基于改进恒定电压法的无储能型构网光伏机组控制方法
CN108173292A (zh) 基于功率追踪的光伏虚拟同步控制方法
CN110460113B (zh) 一种逆变器电源的机械惯性模拟方法
CN110601228B (zh) 用于柔直电网的抽水蓄能机组变频调速控制系统及方法
CN105162168A (zh) 风力发电系统并网控制方法
CN115085292A (zh) 一种考虑调速和励磁动态的虚拟同步发电机控制方法
Rump et al. Frequency-dependent control of the active power consumption of converter-fed loads for grid support
Charles et al. Field oriented control of Doubly Fed Induction Generator in wind power system
Zgarni et al. Design of optimal control of DFIG-based wind turbine system through linear quadratic regulator
CN106532726B (zh) 一种双馈变流器虚拟同步机无功调压控制方法
CN109787267A (zh) 一种双馈风机经vsc-hvdc接入弱受端系统的判定方法
Li et al. Harmonic compensation for variable speed DFIG wind turbines using multiple reference frame theory
Asta et al. Offshore wind energy conversion system connected to a floating production storage and offloading unit: electrical aspects
CN118040753B (zh) 改进储能系统阻尼特性的变流器控制方法、装置及变流器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant