[发明专利]新能源发电与高压直流输电直联系统的孤岛运行方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，更具体地，涉及一种新能源发电与高压直流输电直联系统的孤岛运行方法。

背景技术

随着全球能源短缺和环境污染等问题日益突出，新能源因其清洁、安全、高效等特点，已成为世界各国普遍关注和重点发展的新兴产业。风能和太阳能等资源丰富、分布广泛，是目前最具发展潜力的新能源。随着新能源的不断开发，资源分布较好的地区已经逐渐开发完全，更集中、丰富的新资源建设将在偏远地区逐渐展开，如在偏远地区的陆上建设风电基地和光伏基地。在中国，新能源发展迅速且前景广阔，但也存在电网结构建设落后等问题。目前规划以及在建的大型新能源区域，如甘肃酒泉、内蒙古乌兰察布、锡林郭勒、通辽、赤峰等数个500万千瓦以上的风力发电集中开发区域，山东沿海、江苏沿海等大型海上风电基地，以及西藏、青海、新疆等大型光伏发电站，除了海上风电外都是远离负荷中心上千公里。因此规划的大型新能源发电地区处于电网末端，电网的网架结构薄弱，电源结构单一，负荷容量小，要求新能源发电基地能够在没有其它电网联接的情况下向远方负荷中心输送功率。

输电技术上，传统高压直流输电是进行大规模远距离新能源输电的合理选择。现有交流输电技术很难满足未来大规模(10GW水平以上)远距离(1000km以上)新能源基地电力送出要求。而理论上高压直流输电对输电距离没有限制，非常适用于远距离输电。高压直流输电根据换流器件不同可以分为基于无自关断能力的晶闸管换流元件的电网换相的高压直流输电(LCC-HVDC)和基于全控型可自关断的电压源换流元件的VSC型直流输电(VSC-HVDC)。虽然VSC型直流输电可以独立控制有功功率和无功功率，控制灵活，但目前对于如中国这样大规模新能源基地外送功率的情况，其存在输送容量小(目前试验工程最大为2000MW)、成本高的致命缺陷，而且目前换流阀的损耗仍然高于LCC-HVDC。自1954年首个LCC-HVDC商业投运以来，全球已有超过90多个传统直流工程投入运行。其输送容量目前工程投运可达到8000MW，非常适合新能源基地大规模外送功率的要求。但其也存在一些缺陷，换流器件需要交流系统提供换相电压以实现换流器件电流的开通或关断，换相期间需要电网提供换相电流，这时候需要交流系统具有足够大的电压支撑能力以维持传统直流输电换相所需要的电压，保证换相的可靠性。

目前新能源发电技术存在无法脱离电网独立运行的缺陷。以风力发电机为例，目前都是基于电网锁相同步，电压(或是功率)外环、电流内环的dq解耦的电流矢量控制策略。在强电网下，该控制策略具有独立调节有功、无功功率的优越性能。但在弱电网下，该控制策略本身存在稳定性问题。由于采用锁相同步，受到风电或其它因素扰动的电网电压将作为锁相环和电流环的输入，引起风机响应对电网扰动没有起到抑制作用，而是进一步导致输出功率的波动，影响了电网的安全和稳定。锁相同步方式使风力发电机完全依赖于电网，因为需要电网频率或相位作为自身的控制基准，使风机不能像同步发电机一样可以脱离于电网进行启动和独立运行，这也导致风机不能与传统高压直流输电系统直接相连运行。对于其它新能源发电技术，基于现有控制同样存在着类似的问题。

综上所述，基于中国特殊的资源和负荷分布情况，要求新能源发电基地能够在没有其它电网联接的情况下通过传统高压直流输电向远方负荷中心输送功率；因此，实现新能源发电与高压直流输电直联系统(即新能源发电系统与传统高压直流输电系统在脱离主电网的情况下直接相连)的孤岛运行至关重要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新能源发电与高压直流输电直联系统的孤岛运行方法，打破了目前新能源发电系统通过传统高压直流输电系统向远方负荷输送功率时必须和主电网联接的局限性，实现了新能源发电系统与传统高压直流输电系统在脱离主电网的情况下孤岛稳定运行。

为实现上述目的，本发明提供了一种新能源发电与高压直流输电直联系统的孤岛运行方法，其特征在于，包括新能源发电运行控制步骤，所述新能源发电运行控制步骤包括如下子步骤：

(A1)采集并网侧电流和电压，计算得到并网侧瞬时输出的有功功率和端电压幅值；

(A2)利用并网侧瞬时输出的有功功率和有功功率基准值，得到新能源发电单元的励磁电压电角频率，并对该励磁电压电角频率积分得到新能源发电单元的励磁电压相位；利用并网侧瞬时输出的端电压幅值和端电压幅值基准值，得到新能源发电单元的励磁电压幅值；