[发明专利]一种能主动支撑电网频率的风场多端柔直控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种能主动支撑电网频率的风场多端柔直控制方法，同时提供了一种用于执行上述方法的系统。所述方法及系统包括受端换流站、送端换流站的控制：在受端换流站利用直流母线等效电容固有动态特性实现无锁相环自主电网同步控制，使受端换流站对交流电网体现为电压源，解决了并入弱电网的谐振问题；并在直流侧附加虚拟电阻，使直流侧体现为下垂特性，以协调多受端换流站间的功率分配。此外，受端换流站直流侧电压还能自主响应电网频率变化，一方面可以自动调节直流系统潮流，从其他电网调用功率实现一次调频功能；另一方面还可以使直流母线电压与电网频率偏差挂钩，将电网频率变化信息配合送端换流站传递至风场侧，以辅助风场实现惯量响应。

技术领域

本发明涉及多端柔性直流输电系统的控制技术领域，具体地，涉及一种能主动支撑电网频率的风场多端柔直控制方法及系统，用于实现对电网主动频率响应的含风电场接入，应用于远距离海上风场并网的多端柔性直流输电系统，包括受端换流站与送端换流站的有功/无功控制策略。

背景技术

海上风场并网的多端柔性直流输电系统基本拓扑见图1，该系统主要由送端系统(风电场群)、送端换流站、直流架空线、直流断路器、限流电抗器、受端换流站及受端系统(交流电网)组成，风电场的风功率由送端换流站汇总注入直流系统中，再通过两个受端换流站间的协调分配输出到两个不同交流电网。该系统中，受端换流站主要负责直流母线电压的建立与维持，并协调分配注入各个电网的功率。而送端换流站任务为控制其交流侧电压幅值与频率的稳定，以便于风机的接入。

风电的波动特性会对电网频率的暂态稳定产生不利影响，最为突出的是惯量缺失导致的频率暂态稳定能力恶化。利用风电机组中转子及叶片中的储能来为电网提供短时间的惯量支撑，但在传统VSC-MTDC的控制模式下，风电场侧交流频率与电网频率解耦，风电场无法感知到电网频率变化，因此需要将电网频率信息传递至风电场侧；另外，还可以利用柔性直流输电功率控制灵活，控制速度快的优点，通过对潮流的快速控制，实现对交流电网的频率支撑，从而在一定程度上解决惯量缺失问题。经对现有技术的文献检索发现：F,DBianchi and J L Dominguez-Garcia.Coordinated Frequency Control Using MT-HVDCGrids With Wind Power Plants[J].IEEE Transactions on Sustainable Energy，2016，7(1)：213-220.，采用主从控制，根据各交流电网的频率偏差，计算出风电场需要提供的额外支撑功率，并分配到各风场，利用风机叶片及转子惯量实现短时间的频率支撑，但这种方案需要大量的远距离通讯，其实时性和可靠性都存在一定问题。N R Chaudhuri，RMajumder，and B Chaudhuri.System Frequency Support Through Multi-Terminal DC(MTDC)Grids[J].IEEE Transactions on Power Systems，2013，28(1)：347-356.，采用P-U_dc-f双下垂控制，在传统的P-U_dc下垂的基础上添加了P-f下垂，在电网频率变化时自动调节潮流，从其他电网调用有功功率，提供频率支撑。

但以上的多端直流输电系统控制策略均基于电流矢量控制，即受端换流站相对于交流电网体现为一个电流源。这种控制策略往往采用锁相环(phase-locked loop，PLL)来实现与电网相位的同步，而近来许多研究表明，在接入弱电网时，锁相环的性能会有较大恶化，并引发一系列交互稳定性问题，如谐波振荡等。也有一些学者从阻抗角度指出，这是由于电流源型控制其输出阻抗在一定频带下呈容性，因此在电网变弱(等效电网阻抗增大)时出现谐振现象。