[发明专利]风火打捆系统控制装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源发电技术并网安全稳定控制领域，尤其涉及一种风火打捆系统控制装置及其方法。

背景技术

风能是当前利用较多且被认为最经济的新能源。西北地区风电资源丰富，但由于我国能源与负荷呈现逆向分布的特点，目前西北地区风电能源开发呈现出“以大规模集中接入、远距离输送、大范围消纳”为主、“以大规模分散接入、就地消纳”为辅的特点，与西北地区情况类似，我国北部、东北部等风电、煤电密集地区同样存在风电与火电同时需要外送的需求。上述风电、火电能源基地与东部、中部负荷中心距离超过2000km以上，直流输电作为成熟、可靠的技术是承担远距离、大容量、低损耗输电的主要手段。因此，“风火”打捆直流外送系统成为西北地区风电、火电开发的主流模式。

由于风速具有随机性变化，致使风电功率变化具有波动性与不确定性，风电功率的大幅波动或风电场因故障退出运行，将导致送端系统有功功率不平衡，产生频率稳定问题。我国现有运行风电机组均不参与系统频率调整，电网频率调整必须由传统电厂分担，加重了火电机组的调频负担。同时，目前我国直流输电系统一般为定功率或定电流模式，运行中输送功率基本保持恒定，相当于恒定负荷，此种模式下加剧了送端系统功率不平衡情况，若仅依靠送端火电机组一次调频，难以满足快速的风功率变化以及风电场故障等情况下的系统频率要求，对送端系统频率稳定带来严重影响。

现有技术中，一般只利用火电机组的一次调频功能，其中，一次调频的系统框图如图1所示，其中，放大环节为比例放大器，伺服环节为调速死区ε，限幅环节限制原动机最大输出功率P_MAX、最小输出功率P_MIN，仅采用火电机组一次调频，难以应对快速的、较大的风电场功率变化及风电场故障退出运行情况，使送端系统频率偏离正常范围，不利于系统的稳定运行。

因此，针对风火打捆直流外送系统，本发明为其提供合理有效的频率控制策略，为大规模风电的开发利用，及其并网的安全稳定运行，提供可行方案。

发明内容

为了解决风火打捆直流外送系统的频率稳定问题，本发明提供了一种用于风火打捆系统的控制装置及其方法，通过本发明的控制系统及其方法可有效抑制风电功率波动，应对风电场故障退出，改善送端系统频率稳定性。

本发明提供了一种用于风火打捆系统的控制装置，其包括：故障检测器，用于检测风火打捆系统汇流站母线频率，判断是否有故障信号，若无故障信号，则连接直流功率控制器，若有故障信号，则连接直流功率控制器；直流频率调制控制器，用于判断母线频率与工频相减的频率偏差的绝对值是否达到直流频率调制控制器动作死区，若达到，则启动直流频率调制，若未达到，则启动火电机组调速器；直流功率控制器，用于判断该故障信号是否为风电场退出运行，若是，则启动直流紧急功率提升或回降控制后，启动火电机组调速器；火电机组调速器，用于火电机组一次调频。

优选地，直流频率调制控器还包括死区、微分环节、滤波环节、放大环节、超前滞后补偿环节和输出限幅环节。

优选地，直流功率控制器还包括多个档位控制器，其控制输入的功率缺额量输出多个档位对应的功率调制量。

本发明还提供了一种风火打捆系统控制方法，其包括以下步骤：

(1)检测风火打捆系统汇流站母线频率f，判断是否有故障信号，若没有则进入步骤(2)，否则进入步骤(3)；

(2)风火打捆系统汇流站母线频率f与工频f₀相减，得到频率偏差Δf＝f-f₀，判断频率偏差的绝对值是否达到直流频率调制控制器动作死区Δf_dc，若|f-f₀|＞Δf_dc，直流频率调制启动，否则进入步骤(5)；

(3)判断故障是否为风电场退出运行，是则进入步骤(4)，否则进入步骤(6)；

(4)确定由于风电场退出导致的功率缺额量ΔP_wind，启动直流紧急功率提升/回降控制，进入步骤(5)；

(5)判断频率偏差的绝对值是否达到火电机组一次调频动作死区Δf'，若|f-f₀|＞Δf'，火电机组调速器动作，否则进入步骤(6)；

(6)结束本方法。

优选地，所述的步骤(2)中，工频f₀为50Hz，直流频率调制控制器死区Δf_dc一般设定为0.2Hz。