CN116365601A - 一种海上风电柔直送出并网功率控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海上风电柔直送出并网功率控制方法及系统，属于风电控制领域，海上风电柔直送出并网功率控制方法，检测陆上电网负荷变化，当检测到陆上电网负荷短时骤降时，控制陆上换流站的控制模式由直流电压控制模式切换为有功功率控制模式，同时控制陆上并网功率由当前海上风电输出功率降至陆上电网所需的功率限制值；当检测到陆上电网负荷不满足短时骤降时，控制陆上并网功率上升至海上风电输出功率，同时控制陆上换流站的控制模式由有功功率控制模式切换为直流电压控制模式；当陆上电网负荷降低时说明陆上电网需要的功率降低了，若依然以海上风电输出功率作为并入陆上电网的功率时，就会出现功率过高的现象，容易对陆上电网造成损害。

Description

一种海上风电柔直送出并网功率控制方法及系统
技术领域
本发明属于海上风电控制领域，特别是涉及一种海上风电柔直送出并网功率控制方法及系统。
背景技术
随着海上风电场容量和距离的增大，柔性直流输电已成为深远海大容量海上风电送出并网的主流方案。柔性直流输电具备无需额外的无功功率补偿、不存在换相失败问题、可以为无源系统供电、可同时独立调节有功功率和交流电压、谐波水平低、适合构建多端直流系统等特点。
海上风电柔性直流送出工程中，陆上交流电网作为功率受端消纳海上风电场的功率，陆上交流电网消纳海上风电送出功率的多少完全由海上风电场来决定。当陆上交流电网出现负荷紧急降低故障时，通过切断发电机组来降低海上风电送出功率，故障消除后，再将风电机组接入陆上电网。切断和接入海上风电机组耗费时间长，导致风电机组的利用效率降低。
综上，现有技术存在当出现负荷紧急降低时，切断和接入海上风电机组耗费时间长，导致海上风电机组的利用效率降低的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风电柔直送出并网功率控制方法及系统，以解决现有技术中当出现负荷紧急降低时，切断和接入海上风电机组耗费时间长，导致海上风电机组的利用效率降低的技术问题。
为实现上述目的，本发明所提供的一种海上风电柔直送出并网功率控制方法及系统的技术方案是：
一种海上风电柔直送出并网功率控制方法，检测陆上电网负荷变化，当检测到陆上电网负荷短时骤降时，控制陆上换流站的控制模式由直流电压控制模式切换为有功功率控制模式，同时控制陆上并网功率由当前海上风电输出功率降至陆上电网所需的功率限制值；当检测到陆上电网负荷不满足短时骤降时，控制陆上并网功率上升至海上风电输出功率，同时控制陆上换流站的控制模式由有功功率控制模式切换为直流电压控制模式；该负荷短时骤降指的是设定时间内负荷降低的比例达到了设定比例。
有益效果是：当陆上电网负荷降低时说明陆上电网需要的功率降低了，若依然以海上风电输出功率作为并入陆上电网的功率时，就会出现功率过高的现象，容易对陆上电网造成损害。陆上换流站控制控制模式从直流电压控制模式切换为有功功率控制模式，来降低并网功率。有功功率控制模式是以预设功率为目标进行控制的，以陆上电网所需的功率限制值进行控制，使并网功率降低到限制值来实现控制目标，提高了陆上电网的控制的效率。当并网功率短时限制信号消失时，又恢复为直流电压控制模式，直流电压控制模式能更好的保障陆上电网的安全。
作为进一步地改进，在陆上并网功率降至陆上电网所需的功率限制值时按照第一速率进行控制，在陆上并网功率上升至海上风电输出功率时按照第二速率进行控制。
有益效果是：陆上并网功率给一个降低功率的速率值使得并网功率匀速下降，陆上并网功率给一个上升功率的速率值使得并网功率匀速上升的更平稳，避免功率的大波动损害陆上电网的器件。
作为进一步地改进，在陆上并网功率下降过程中，根据海上直流电压来控制耗能装置自动消耗海上风电盈余功率。
有益效果是：当降低海上并入陆上电网的并网功率后，海上电网依然按照原功率发电，其对应的直流电压会上升，为了平稳电压需要引入耗能装置来消耗部分功率，达到降低直流电压的效果。进一步保障了海上风电直流输送过程的平稳性和安全性。
作为进一步地改进，控制耗能装置自动消耗海上风电盈余功率的方法：当海上直流电压升至A倍额定直流电压时，投入直流耗能装置，消耗海上风电盈余功率；当海上直流电压降至B倍额定直流电压时，控制直流耗能装置退出。
有益效果是：当海上直流电压由于输送功率的降低导致的升高时，通过直流耗能装置消耗盈余功率，消耗过程中直流电压会逐渐降低，降低到B倍额定直流电压时，关闭直流耗能装置不再耗能。使得耗能装置精准的帮助调控直流电压的大小，提高了保障电网的安全的效率。
本发明还提供了一种海上风电柔直送出并网功率控制系统，包括控制单元；控制单元检测陆上换流站获取的陆上电网的负荷数据的变化，当检测到陆上电网负荷
短时骤降时，控制陆上换流站的控制模式由直流电压控制模式切换为有功功率控制模式，同时控制陆上并网功率由当前海上风电输出功率降至陆上电网所需的功率限制值；当检测到陆上电网负荷不满足短时骤降时，控制陆上并网功率上升至海上风电输出功率，同时控制陆上换流站的控制模式由有功功率控制模式切换为直流电压控制模式；负荷短时骤降指的是设定时间内负荷降低的比例达到了设定比例。
有益效果是：陆上换电站获取陆上电网负荷的数据，当控制单元检测到陆上电网负荷降低时，说明陆上电网需要的功率降低了，若依然以海上风电输出功率作为并入陆上电网的功率时，就会出现功率过高的现象，容易对陆上电网造成损害。因此投入并网功率短时限制信号，触发控制单元控制并网功率控制模式从直流电压控制模式切换为有功功率控制模式，来降低并网功率。直流电压控制模式是以预设电压为目标进行控制的，有功功率控制模式是以预设功率为目标进行控制的。以功率为目标进行控制，功率目标更容易确定，因此也会提高陆上电网的控制的效率。当并网功率短时限制信号消失时，又恢复为直流电压控制模式，直流电压控制模式能更好的保障陆上电网的安全。
作为进一步地改进，控制单元控制在陆上并网功率降至陆上电网所需的功率限制值时按照第一速率进行控制，在陆上并网功率上升至海上风电输出功率时按照第二速率进行控制。
有益效果是：陆上并网功率给一个减低的速率值使得并网功率降的更平稳，陆上并网功率给一个上升的速率值使得并网功率上升的更平稳，避免功率的大波动损害陆上电网的器件。
作为进一步地改进，控制单元控制在陆上并网功率下降过程中，根据海上直流电压来控制耗能装置自动消耗海上风电盈余功率。
有益效果是：当降低海上并入陆上电网的并网功率后，海上电网依然按照原功率发电，其对应的直流电压会上升，为了平稳电压需要控制耗能装置来消耗部分功率，达到降低直流电压的效果。进一步保障了海上风电直流输送过程的平稳性和安全性。
作为进一步地改进，控制单元还用于实现控制耗能装置自动消耗海上风电盈余功率的方法：当海上直流电压升至A倍额定直流电压时，投入直流耗能装置，消耗海上风电盈余功率；当海上直流电压降至B倍额定直流电压时，控制直流耗能装置退出。
有益效果是：当海上直流电压由于输送功率的降低导致的升高时，通过直流耗能装置消耗盈余功率，消耗过程中直流电压会逐渐降低，降低到B倍额定直流电压时，关闭直流耗能装置不再耗能。使得耗能装置精准的帮助调控直流电压的大小，提高了保障电网的安全的效率。
附图说明
图1为本发明海上风电柔直送出并网功率控制系统的结构框图；
图2为本发明海上风电柔直送出并网功率控制系统控制陆上并网功率变化的示意图；
图3为本发明海上风电柔直送出并网功率控制系统控制模式的控制结构框图；
图4为本发明直流电压控制模式控制器结构图；
图5为本发明有功功率控制模式控制器结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
海上风电柔直送出并网功率控制系统实施例：
如图1所示，海上风电柔直送出并网功率控制系统包括控制单元，控制单元用于控制陆上换流站和海上换流站，陆上换流站与海上换流站通过直流电缆连接，陆上换流站连接有陆上电网，海上换流站连接有海上发电机组，陆上换流站包括有如图4、图5所示的直流电压控制模式控制器和有功功率控制模式控制器用于实现直流电压控制模式和有功功率控制模式，靠近陆上换流站设置有耗能装置。
如图2所示，陆上换流站监测该陆上换流站获取的陆上电网负荷数据，当控制单元检测到陆上电网负荷在设定时间10ms内负荷降低比例超过了20％时,即t0时刻出现陆上电网负荷短时骤降现象，则对应的投入并网功率短时限制信号EPC。根据需要此处的设定时间小于1s均可，只要能达到保障陆上电网的安全目的就可以。
该直流电压控制模式控制器中Udcref为直流电压参考值，Udc为控制目标值，通过计算两个值的差值来调节直流电压的大小，使得直流电压达到控制目标值。该有功功率控制模式控制器中Pref为功率参考值，PAV为陆上并网功率即控制目标值，通过计算两个值的差值来调节功率的大小，使其功率达到控制目标值。
如图3所示，并网功率短时限制信号EPC触发控制单元将陆上换流站的控制模式由直流电压控制模式切换为有功功率控制模式，同时控制陆上并网功率功率PAV按照第一速率V1在t1时刻降在至陆上限制功率Plim，有功功率控制模式控制器以限制功率Plim为目标控制功率，按照陆上限制功率Plim进行输出；当在t2时刻检测到陆上电网负荷不满足短时骤降，对应的并网功率短时限制信号EPC消失时，控制陆上并网功率按照第二速率V2在t3时刻升至海上风电输出功率，同时将陆上换流站的控制模式由有功功率控制模式切换为直流电压控制模式，直流电压控制模式控制器以直流电压为目标进行控制。
控制单元监测陆上换流站获取的直流测的海上直流电压。海上直流电压是：海上换流站通过直流线缆接入陆上换流站的直流电压。控制单元在控制并网功率下降的过程中，根据海上直流电压来控制耗能装置自动消耗海上风电盈余功率。
控制单元在控制并网功率下降的过程中，具体的控制方法是：控制单元在当海上直流电压升至A倍额定直流电压时，投入直流耗能装置，消耗海上风电盈余功率；当海上直流电压降至B倍额定直流电压时，控制直流耗能装置退出。优选地，A＝1.06，B＝1.02。
该实施例中通过切换陆上换流站的控制模式使风电直流送出系统中面临负荷骤降现象时，能够快速确定控制目标；通过耗能装置缓解并网功率下降过程中出现直流电压升高的现象，以保证控制单元在进行控制时各电性数据平缓变化，进一步提高了陆上电网的稳定性。相较于切断部分风电机组来缓解负荷骤降现象，本申请的控制动作快、恢复并网功率的操作也更简便，进一步提高了海上风电机组的利用效率。
海上风电柔直送出并网功率控制方法实施例：
海上风电柔直送出并网功率控制方法，该方法包括如下步骤：检测陆上电网负荷变化，当检测到陆上电网负荷短时骤降时，控制陆上换流站的控制模式由直流电压控制模式切换为有功功率控制模式，同时控制陆上并网功率由当前海上风电输出功率降至陆上电网所需的功率限制值；当检测到陆上电网负荷不满足短时骤降时，控制陆上并网功率上升至海上风电输出功率，同时控制陆上换流站的控制模式由有功功率控制模式切换为直流电压控制模式；负荷短时骤降指的是设定时间内负荷降低的比例达到了设定比例。本实施例参照海上风电柔直送出并网功率控制系统实施例，此处不再赘述。
最后需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细地说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动地修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种海上风电柔直送出并网功率控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
检测陆上电网负荷变化，当检测到陆上电网负荷短时骤降时，控制陆上换流站的控制模式由直流电压控制模式切换为有功功率控制模式，同时控制陆上并网功率由当前海上风电输出功率降至陆上电网所需的功率限制值；
当检测到陆上电网负荷不满足短时骤降时，控制陆上并网功率上升至海上风电输出功率，同时控制陆上换流站的控制模式由有功功率控制模式切换为直流电压控制模式；
所述的负荷短时骤降指的是设定时间内负荷降低的比例达到了设定比例。
2.根据权利要求1所述的海上风电柔直送出并网功率控制方法，其特征在于，在陆上并网功率降至陆上电网所需的功率限制值时按照第一速率进行控制，在陆上并网功率上升至海上风电输出功率时按照第二速率进行控制。
3.根据权利要求1或2所述的海上风电柔直送出并网功率控制方法，其特征在于，在陆上并网功率下降过程中，根据海上直流电压来控制耗能装置自动消耗海上风电盈余功率。
4.根据权利要求3所述的海上风电柔直送出并网功率控制方法，其特征在于，控制耗能装置自动消耗海上风电盈余功率的方法：当海上直流电压升至A倍额定直流电压时，投入直流耗能装置，消耗海上风电盈余功率；当海上直流电压降至B倍额定直流电压时，控制直流耗能装置退出。
5.一种海上风电柔直送出并网功率控制系统，其特征在于，包括控制单元；
控制单元用于检测陆上换流站获取的陆上电网的负荷数据的变化，当检测到陆上电网负荷短时骤降时，控制陆上换流站的控制模式由直流电压控制模式切换为有功功率控制模式，同时控制陆上并网功率由当前海上风电输出功率降至陆上电网所需的功率限制值；
当检测到陆上电网负荷不满足短时骤降时，控制陆上并网功率上升至海上风电输出功率，同时控制陆上换流站的控制模式由有功功率控制模式切换为直流电压控制模式；
所述的负荷短时骤降指的是设定时间内负荷降低的比例达到了设定比例。
6.根据权利要求5所述的海上风电柔直送出并网功率控制系统，其特征在于，控制单元控制在陆上并网功率降至陆上电网所需的功率限制值时按照第一速率进行控制，在陆上并网功率上升至海上风电输出功率时按照第二速率进行控制。
7.根据权利要求5或6所述的海上风电柔直送出并网功率控制系统，其特征在于，控制单元控制在陆上并网功率下降过程中，根据海上直流电压来控制耗能装置自动消耗海上风电盈余功率。
8.根据权利要求7所述的海上风电柔直送出并网功率控制系统，其特征在于，控制单元还用于实现控制耗能装置自动消耗海上风电盈余功率的方法：当海上直流电压升至A倍额定直流电压时，投入直流耗能装置，消耗海上风电盈余功率；当海上直流电压降至B倍额定直流电压时，控制直流耗能装置退出。
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