[发明专利]风电集群孤网接入柔直电网时换流站稳态运行区间方法

说明书

技术领域

本发明涉及风电集群孤网接入柔直电网时换流站稳态运行区间方法，属于电压源换流器型直流输电技术领域。

背景技术

基于电压源换流器型直流输电(voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC)采用可关断电力电子器件，这种换流器件是既可以控制导通又可以控制关断的双向可控电力电子器件，不需要利用外部电源便可实现自换相，因此具备向无源网络供电的能力。电压源型换流器向无源网络供电包含两个重要方面的应用，第一个方面是纯粹的向无源网络供电，比如通过柔性直流输电向城市中心区供电，或者通过柔性直流输电向无源海岛供电等；第二个方面是风电集群通过柔性直流输电接入电网，这种情况下风电场侧等同于无源网络，需要电压源型换流器为风电场建立同步电源，否则风电场本身就无法运行。

基于可关断器件的电压源型换流器采用PWM控制方式，其调制比与移相角分别影响换流站吸收或发出的无功功率和有功功率，其中调制比表示为交流侧相电压与直流电压之比，移相角定义为系统发电机输出电压与柔性直流输电换流站端电压间的夹角。通过对这两个变量的调节可以实现系统有功功率和无功功率的独立控制。当与有源网络连接时，VSC-HVDC中电压源换流器的控制方式可以由有功类控制和无功类控制分别组合，可以组成多种控制方式，其中有功类控制包括：交流侧有功功率控制、交流侧频率控制、直流侧直流电压控制；无功类控制包括：交流侧无功功率控制，交流侧母线电压控制。当柔性直流输电系统与无源网络连接时，其电压源换流站的控制方式只能为定交流母线电压控制、和定交流频率控制。通过柔性直流输电并网的风电集群，由送端换流站为风电集群出口点提供稳定的交流电压和频率，因此并网点的电压稳定依赖于电压源换流站的动态无功功率调节，所以在实际应用中，柔性直流输电系统在允许的电压范围按照无功功率的补偿比例，采用有差的斜率调节方式进行并网点无功电压控制。同理，有功频率控制也采用斜率控制策略，通过引入频率斜率控制特性，使柔性直流输电送端站根据风电场输出功率的大小适当地进行有功功率控制，从而控制并网风电系统的频率。

发明内容

本发明针对现有的技术问题，提供风电集群孤网接入柔直电网时换流站稳态运行区间方法，目的是对研究送端换流站接入无源电网时的无功电压运行特性具有重要的意义，拟解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：风电集群孤网接入柔直电网时换流站稳态运行区间方法，其包括以下步骤：

(1)风电集群为无源电源，建立单端VSC-HVDC等效模型，模型如下：

将流站接入到无源系统中，从无源系统到换流站的输电通道阻抗为Z_sys＝R_sys+X_sys；

风电集群出口电压为

换流站交流母线用公共连接点PCC来表示，从无源系统注入到PCC的功率为P_s+jQ_s；

基于电压源换流器型直流输电采用单相基波等效电路来表示，并设其输出电压基波相量为其中，X_link是换流站交流母线PCC与Δ之间的连接电抗，X_link＝X_T+X_L0/2，其中X_L0为基频下的桥臂电抗；

(2)研究注入PCC节点的有功功率P_s和无功功率Q_s的运行范围，以v点输出的有功功率P_v和无功功率Q_v作为中间变量S_v＝P_v+jQ_v，对P_s和Q_s的运行范围进行分析，v节点电压为电压源换流站控制的对象，其在无源网络中看作平衡节点即vθ节点，故有

(3)建立换流站PQ运行区间需要考虑的约束条件；

(4)由步骤(3)的约束条件共同决定的电压源换流器型直流输电功率特性的边界曲线；

(5)根据步骤(4)的边界曲线来确定换流站稳态运行范围。

进一步，作为优选，所述步骤(3)中，约束条件具体为：

(i)电压源换流站的输出电压调制比约束：

v节点电压和输出功率已知，可以计算出Δ节点电压：