[发明专利]通过HVDC集成的海上风电场为主电网提供系统惯量支撑的协调控制方法

说明书

本发明公开了通过高压直流输电(HVDC)集成的海上风电场为主电网提供系统惯量支撑的协调控制方法。首先，本发明提出同时利用HVDC电容能量和风力机(WT)惯量为主电网提供惯量支撑的策略，该策略不需要两个HVDC终端进行远程通信。进而提出了一种新的级联控制策略，该方案通过依次施加HVDC电容器能量和WT惯量来改善系统总体惯量水平。这两种策略都可以有效地为主网提供惯量支撑，而第二种策略通过借助陆上和海上交流电网之间的通信，实现最大限度地减少控制过程对捕获风能的影响。

技术领域

本发明涉及电网系统惯量支撑控制方法，尤其是涉及通过HVDC集成的海上风电场为主电网提供系统惯量支撑的协调控制方法。

背景技术

风力发电等新能源对于缓解能源短缺和环境危机，保障社会可持续发展，维护国家能源安全起到了重要作用，当可再生能源在电力系统中的渗透率变得足够高时，其对交流系统动态稳定性的影响越来越显著。与传统发电厂不同，大多数可再生能源发电机通过电力电子变换器与电网连接。这些变换器在捕获太阳能或风能时主要采用最大功率点跟踪(MPPT)方法，并控制产生的电能传输到电网侧，但其惯量很小或几乎为零。这意味着，在相同干扰的情况下，在最初几秒内的系统频率变化率(ROCOF)将随着未来可再生能源的进一步部署而显着增长。所以，本发明主要研究在可再生能源大规模渗透的情况下如何为主网提供足够的惯量支撑控制方案。

发明内容

为解决上述问题，本发明首先提出一种通过HVDC集成的海上风电场为主电网提供系统惯量支撑的协调控制方法，该方法是利用HVDC链路电容器的惯量以及风机惯量为系统提供惯量支撑的控制策略，以达到为主网提供惯量支撑的目的。

本发明的技术方案采用如下方法：

1)同时利用HVDC链路电容器的惯量以及WT的惯量提供惯量支撑的同时控制策略；

2)利用HVDC链路电容器的惯量以及WT的惯量提供惯量支撑的级联控制方案。

所述的同时控制策略分为三部分进行分析：

(1)HVDC链路电容的惯量支撑分析

HVDC链路电容的电压反映了注入风电场换流器(WFVSC)的功率以及传输到岸上交流电网功率的功率平衡，如果忽略高压直流输电电缆的功率损耗，每单位的HVDC电压的动态特性可表示为：

其中，S_B为系统基准值，C为标幺值下的电容总容量，V_DCn为HVDC链路电压的标称电压，以下推到中均在标幺制下进行。

众所周知，电力系统中负载和发电之间的任何不平衡将导致系统频率的交替。同步发电机(SG)本质上使用其机械惯量来平滑频率偏差。该过程可以表示如下：

其中，H是SG惯量常数，为系统频率，为系统频率偏差。为SG的机械功率和电磁功率之间的偏差。在相同的时间范围内，H越高，频率变化越小。

为了模拟(3)中的惯量常数，(1)中的和可以分别粗略地被视为SG 的机械输入和电力输入。在某种程度上，直流电压可类比于系统频率，即

其中，H_DC为HVDC提供的等效虚拟惯量常数，对(4)式两边同时积分则有

其中，和为HVDC电压和系统频率的标称值，对应的标幺值通常设为1。实际中，HVDC电压会在标称值很小的范围内变动。因此，这里设HVDC电压的标幺值的变化范围为±0.1p.u.。其准确的数值取决于绝缘要求和PWM模式。因此，(6)式在平衡点附近可线性化为：