CN113472019A - 一种换流器型电网的频率构建方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换流器型电网的频率构建方法及系统，根据电网构建型换流器的数量与换流器间的通信配置情况确定电网构建型换流器的控制方式，单换流器情况下采用定频率控制，而多换流器情况下采用协调控制方式；根据电网构建型换流器的控制方式确定超高比例新能源电网的频率运行方式。本发明中的换流器决定电网的频率，可用于超高比例、甚至全可再生能源大电网、区域电网以及微电网等换流器型电网的频率构建与运行控制。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统规划领域，特别是涉及一种换流器型电网的频率构建方法及系统。
背景技术
高比例可再生能源发电与高比例电力电子装备正在改变电力系统的形态。在可再生能源发电占比较低的情况下，电网主要面临的问题是可再生能源电力的随机性、波动性及非线性带来的电能质量问题。传统以同步发电机为核心的电力系统方式已不能适应超高比例甚至全可再生能源发电的新一代电力系统的需求。
基于电力电子技术的换流器的发展使电源的形态发生本质变化，电网的频率由换流器决定，而不再由传统的同步发电机提供。随着电力电子换流器技术的发展，换流装置的特性可由其控制策略灵活决定。与大容量化学储能系统、柔性直流输电、全功率可变速抽水蓄能等相关的电网构建型换流器，通过协调V/f控制，可实现电网的电压和频率控制，为构建以换流器为核心的新型电网提供了技术上的可行性。而与可再生能源发电相关的电网跟随型换流器则在对电网电压和频率进行跟踪的前提下，最大化新能源发电的效率。
近年来围绕可再生能源的发电与并网问题已进行了大量的研究工作，包括电力系统的规划、优化运行、控制策略、稳定分析等各个方面。但上述研究的背景仍是以传统的同步发电机为主体的电力系统，可再生能源并网比例不断提升，以换流器为核心的新型电网是未来电网的发展方向。因此，目前亟需对换流器型超高比例新能源电网的构建机制进行规划研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种换流器型电网的频率构建方法及系统，以换流器决定电网的频率，实现超高比例新能源电网的频率构建。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种换流器型电网的频率构建方法，所述方法包括：
确定新能源电网中各换流器的类型；所述换流器的类型包括电网构建型换流器和电网跟随型换流器；
统计换流器的类型为电网构建型换流器的换流器数量；
当所述电网构建型换流器的换流器数量为1时，所述电网构建型换流器采用定频率控制方式，并将所述电网构建型换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，各换流器间采用协调控制方式，并将电网构建型换流器按照协调控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率。
可选的，当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，各换流器间采用协调控制方式，并将电网构建型换流器按照协调控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率，具体包括：
当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，判断各换流器间是否存在通信网络，获得判断结果；
若所述判断结果表示是，则选取任意一个电网构建型换流器为主换流器，主换流器采用定频率控制方式，并将所述主换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
若所述判断结果表示否，则各换流器采用频率下垂控制方式，并将电网构建型换流器按照下垂特性曲线输出的频率确定为新能源电网的频率。
可选的，所述各换流器采用频率下垂控制方式，具体包括：
获取每个换流器的电压和电流；
根据每个换流器的电压和电流，计算每个换流器的输出功率；
根据每个换流器的输出功率，利用功率-频率下垂曲线，确定每个换流器的输出频率。
可选的，若所述判断结果表示是，则选取任意一个电网构建型换流器为主换流器，主换流器采用定频率控制方式，并将所述主换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率，之后还包括：
将新能源电网中主换流器以外的换流器确定为从换流器，主换流器与从换流器通过通信网络进行信息交互。
一种换流器型电网的频率构建系统，所述系统包括：
换流器类型确定模块，用于确定新能源电网中各换流器的类型；所述换流器的类型包括电网构建型换流器和电网跟随型换流器；
换流器数量统计模块，用于统计换流器的类型为电网构建型换流器的换流器数量；
定频率控制模块，用于当所述电网构建型换流器的换流器数量为1时，所述电网构建型换流器采用定频率控制方式，并将所述电网构建型换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
协调控制模块，用于当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，各换流器间采用协调控制方式，并将电网构建型换流器按照协调控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率。
可选的，所述协调控制模块，具体包括：
判断结果获得子模块，用于当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，判断各换流器间是否存在通信网络，获得判断结果；
主换流器选取子模块，用于若所述判断结果表示是，则选取任意一个电网构建型换流器为主换流器，主换流器采用定频率控制方式，并将所述主换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
频率下垂控制子模块，用于若所述判断结果表示否，则各换流器采用频率下垂控制方式，并将电网构建型换流器按照下垂特性曲线输出的频率确定为新能源电网的频率。
可选的，所述频率下垂控制子模块，具体包括：
本地信息获取单元，用于获取每个换流器的电压和电流；
输出功率计算单元，用于根据每个换流器的电压和电流，计算每个换流器的输出功率；
输出功率确定单元，用于根据每个换流器的输出功率，利用功率-频率下垂曲线，确定每个换流器的输出频率。
可选的，所述系统还包括：
从换流器确定模块，用于将新能源电网中主换流器以外的换流器确定为从换流器，主换流器与从换流器通过通信网络进行信息交互。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明公开了一种换流器型电网的频率构建方法及系统，根据电网构建型换流器的数量与换流器间的通信配置情况确定电网构建型换流器的控制方式，单换流器情况下采用定频率控制，而多换流器情况下采用协调控制方式；根据电网构建型换流器的控制方式确定超高比例新能源电网的频率运行方式。本发明中的换流器决定电网的频率，可用于超高比例、甚至全可再生能源大电网、区域电网以及微电网等换流器型电网的频率构建与运行控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的换流器型电网的频率构建方法的流程图；
图2为本发明提供的换流器型电网的频率构建方法的原理图；
图3为本发明提供的换流器类型确定原理图；
图4为本发明提供的电网构建型换流器控制方式的示意图；
图5为本发明提供的主从控制的示意图；
图6为本发明提供的频率下垂控制的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种换流器型电网的频率构建方法及系统，以换流器决定电网的频率，实现超高比例新能源电网的频率构建。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种换流器型电网的频率构建方法，如图1和2所示，方法包括：
步骤101，确定新能源电网中各换流器的类型；换流器的类型包括电网构建型换流器和电网跟随型换流器。
参照图3，按照对电网控制作用的不同，将换流器划分为电网构建型换流器与电网跟随型换流器。其中，电网构建型换流器主要与储能系统相连，可以对电网频率进行控制。而电网跟随型换流器则主要与可再生能源发电系统相连，对电网频率进行跟踪。
步骤102，统计换流器的类型为电网构建型换流器的换流器数量。
步骤103，当电网构建型换流器的换流器数量为1时，电网构建型换流器采用定频率控制方式，并将电网构建型换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率。
电网运行于定频率方式。
步骤104，当电网构建型换流器的换流器数量为多个时，各换流器间采用协调控制方式，并将电网构建型换流器按照协调控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率。
具体包括：
当电网构建型换流器的换流器数量为多个时，判断各换流器间是否存在通信网络，获得判断结果；
若判断结果表示是，则选取任意一个电网构建型换流器为主换流器，主换流器采用定频率控制方式，并将主换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
若判断结果表示否，则各换流器采用频率下垂控制方式，并将电网构建型换流器按照下垂特性曲线输出的频率确定为新能源电网的频率。
电网构建型换流器控制方式的示意图如图4所示。(1)当电网构建型换流器的数量只有1个时，其所对应的电网构建型换流器采用定频率控制；(2)当电网构建型换流器的数量有多个时，换流器间需要采取协调控制方式。当换流器间存在通信网络时，采用主从控制。当换流器间不存在通信网络时，采用频率下垂控制。
主从控制的示意图如图5所示：任选某一换流器为主换流器，采用定频率控制，其余换流器作为从换流器，只采用电流控制，主换流器与从换流器通过通信网络进行信息交互；在换流器采用主从控制情况下，电网频率由主换流器决定，电网运行于定频率方式。
频率下垂控制的示意图如图6所示：使用下垂控制的每台换流器地位平等，每台换流器只利用自身的电压电流量进行控制。在换流器采用频率下垂控制情况下，电网频率由各换流器根据下垂特性曲线决定，电网运行于频率下垂方式。图6的横纵标表示功率，纵坐标f表示频率，f*表示功率为P时所对应的功率。
各换流器采用频率下垂控制方式为：
获取每个换流器的电压和电流；
根据每个换流器的电压和电流，计算每个换流器的输出功率；
根据每个换流器的输出功率，利用功率-频率下垂曲线，确定每个换流器的输出频率。
采用频率下垂控制的每台换流器都依据功率-频率下垂特性输出相应的功率，在稳态情况下频率存在一定的偏差，但频率偏差可以通过下垂系数的合理设计维持在合理范围内。
由于超高比例新能源电网的频率由换流器主导，而不再由传统的同步发电机提供。所以超高比例新能源电网能够采用本发明提供的频率构建方法，本发明具备超高比例新能源电网构建与运行控制的普适性，可用于超高比例、甚至全可再生能源大电网、区域电网以及微电网等换流器型电网的构建与运行控制，为进一步推进以新能源为主体的新型电力系统的发展与实施提供理论和技术支持。
本发明还提供了一种换流器型电网的频率构建系统，系统包括：
换流器类型确定模块，用于确定新能源电网中各换流器的类型；换流器的类型包括电网构建型换流器和电网跟随型换流器；
换流器数量统计模块，用于统计换流器的类型为电网构建型换流器的换流器数量；
定频率控制模块，用于当电网构建型换流器的换流器数量为1时，电网构建型换流器采用定频率控制方式，并将电网构建型换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
协调控制模块，用于当电网构建型换流器的换流器数量为多个时，各换流器间采用协调控制方式，并将电网构建型换流器按照协调控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率。
协调控制模块，具体包括：
判断结果获得子模块，用于当电网构建型换流器的换流器数量为多个时，判断各换流器间是否存在通信网络，获得判断结果；
主换流器选取子模块，用于若判断结果表示是，则选取任意一个电网构建型换流器为主换流器，主换流器采用定频率控制方式，并将主换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
频率下垂控制子模块，用于若判断结果表示否，则各换流器采用频率下垂控制方式，并将电网构建型换流器按照下垂特性曲线输出的频率确定为新能源电网的频率。
频率下垂控制子模块，具体包括：
本地信息获取单元，用于获取每个换流器的电压和电流；
输出功率计算单元，用于根据每个换流器的电压和电流，计算每个换流器的输出功率；
输出功率确定单元，用于根据每个换流器的输出功率，利用功率-频率下垂曲线，确定每个换流器的输出频率。
系统还包括：
从换流器确定模块，用于将新能源电网中主换流器以外的换流器确定为从换流器，主换流器与从换流器通过通信网络进行信息交互。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种换流器型电网的频率构建方法，其特征在于，所述方法包括：
确定新能源电网中各换流器的类型；所述换流器的类型包括电网构建型换流器和电网跟随型换流器；
统计换流器的类型为电网构建型换流器的换流器数量；
当所述电网构建型换流器的换流器数量为1时，所述电网构建型换流器采用定频率控制方式，并将所述电网构建型换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，各换流器间采用协调控制方式，并将电网构建型换流器按照协调控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率。
2.根据权利要求1所述的换流器型电网的频率构建方法，其特征在于，当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，各换流器间采用协调控制方式，并将电网构建型换流器按照协调控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率，具体包括：
当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，判断各换流器间是否存在通信网络，获得判断结果；
若所述判断结果表示是，则选取任意一个电网构建型换流器为主换流器，主换流器采用定频率控制方式，并将所述主换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
若所述判断结果表示否，则各换流器采用频率下垂控制方式，并将电网构建型换流器按照下垂特性曲线输出的频率确定为新能源电网的频率。
3.根据权利要求2所述的换流器型电网的频率构建方法，其特征在于，所述各换流器采用频率下垂控制方式，具体包括：
获取每个换流器的电压和电流；
根据每个换流器的电压和电流，计算每个换流器的输出功率；
根据每个换流器的输出功率，利用功率-频率下垂曲线，确定每个换流器的输出频率。
4.根据权利要求2所述的换流器型电网的频率构建方法，其特征在于，若所述判断结果表示是，则选取任意一个电网构建型换流器为主换流器，主换流器采用定频率控制方式，并将所述主换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率，之后还包括：
将新能源电网中主换流器以外的换流器确定为从换流器，主换流器与从换流器通过通信网络进行信息交互。
5.一种换流器型电网的频率构建系统，其特征在于，所述系统包括：
换流器类型确定模块，用于确定新能源电网中各换流器的类型；所述换流器的类型包括电网构建型换流器和电网跟随型换流器；
换流器数量统计模块，用于统计换流器的类型为电网构建型换流器的换流器数量；
定频率控制模块，用于当所述电网构建型换流器的换流器数量为1时，所述电网构建型换流器采用定频率控制方式，并将所述电网构建型换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
协调控制模块，用于当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，各换流器间采用协调控制方式，并将电网构建型换流器按照协调控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率。
6.根据权利要求5所述的换流器型电网的频率构建系统，其特征在于，所述协调控制模块，具体包括：
判断结果获得子模块，用于当所述电网构建型换流器的换流器数量为多个时，判断各换流器间是否存在通信网络，获得判断结果；
主换流器选取子模块，用于若所述判断结果表示是，则选取任意一个电网构建型换流器为主换流器，主换流器采用定频率控制方式，并将所述主换流器按照定频率控制方式输出的频率确定为新能源电网的频率；
频率下垂控制子模块，用于若所述判断结果表示否，则各换流器采用频率下垂控制方式，并将电网构建型换流器按照下垂特性曲线输出的频率确定为新能源电网的频率。
7.根据权利要求6所述的换流器型电网的频率构建系统，其特征在于，所述频率下垂控制子模块，具体包括：
本地信息获取单元，用于获取每个换流器的电压和电流；
输出功率计算单元，用于根据每个换流器的电压和电流，计算每个换流器的输出功率；
输出功率确定单元，用于根据每个换流器的输出功率，利用功率-频率下垂曲线，确定每个换流器的输出频率。
8.根据权利要求6所述的换流器型电网的频率构建系统，其特征在于，所述系统还包括：
从换流器确定模块，用于将新能源电网中主换流器以外的换流器确定为从换流器，主换流器与从换流器通过通信网络进行信息交互。
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| Title |
|---|
| 韩民晓 等: "换流器型电网的理念与探索", 《电网技术》, vol. 47, no. 2, 28 February 2023 (2023-02-28), pages 539 - 555 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB202212023D0 (en) | 2022-09-28 |
| GB2611623A (en) | 2023-04-12 |
| GB2611623B (en) | 2023-11-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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