[发明专利]基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制方法

说明书

技术领域

本发明属于风电并网控制技术领域，具体涉及一种基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制方法。

背景技术

由于风力发电的资源异常丰富、技术相对成熟，近年来全球风电装机容量不断增加，且已逐渐出现从陆上向近海发展的趋势。随着海上风电的规模化开发与利用，交流输电因系统同步性、输电稳定性、输电效率等技术瓶颈问题已越来越不能完全满足需求。为解决大型海上风电远距离并网问题，基于电压源型换流器的柔性直流输电(VSC-HVDC)技术被广泛应用，其传输容量不受距离限制，能为风电场提供良好的动态无功支撑，还能实现风电场和交流电网的隔离。由于柔性直流输电对于海上风电的应用具有特殊的优势，因而研究其控制技术对于风电并网领域而言具有重要的意义。

目前世界上大部分柔性直流输电工程都为两端输电工程，其控制策略一般为一侧换流器采用定直流电压控制以保证系统功率平衡，另一侧换流器采用恒功率控制以传输理想的功率值，并在此基础上引入耦合频率控制策略或预测直接功率控制策略等，以改善控制性能。但以上控制方式往往只能用于风电场单端并网的情形，而不涉及风电场多端供电的协调控制。

为解决多电源供电或多落点受电的输电问题，多端柔性直流输电技术(MTDC)现已逐渐兴起。Xu L等^[1]针对含两个配电网的四端MTDC系统提出了基于直流电压偏差的多端协调控制策略；王伟等^[2]在传统控制策略基础上引入附加直流电压下垂控制环节。但MTDC控制模型往往是风电场通过电缆进行功率传输后，再在海上直流公共连接点处分散传输至各陆上负荷中心供电。

而实际情况中，若风电场要为多个物理距离较分散且电气联系较弱的陆上负荷中心供电，则进行直流分散并不一定是最方便而经济的选择，而应考虑由风电场采用送端交流分散模式，并直接通过多条最短路径的电缆分别向各陆上负荷中心供电。在这种连接模式下，上述直流电压下垂控制等策略便不再奏效。

文中涉及如下参考文献：

[1]Xu L等.DC grid management of a multi-terminal HVDC transmission system for large offshore wind farms.会议“Sustainable Power Generation and Supply 2009，International Conference on.IEEE”,2009:1-7.

[2]王伟等.海上多端直流输电系统协调控制研[J].电网技术,2014,38(1):8-15.

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于VSC-HVDC的风电分散并网下垂控制方法，该方法适用于送端交流分散模式下的风电多端并网控制。

本发明将交流电压下垂控制策略与VSC-HVDC的基本控制策略进行有机结合，在柔性直流输电系统中引入下垂控制的无需通信联系、可靠性高和合理动态分配等优点，从而给风电场采用送端交流分散模式为多端配电网供电的协调运行提供了有效的解决途径。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

基于VSC-HVDC的分散风电并网下垂控制方法，包括步骤：

步骤1、建立单风电场并网的VSC-HVDC系统结构模型，包括风电场、配电网、整流器、逆变器、高压直流线路、滤波装置、负荷及其之间的连接方式，风电场侧整流器采用交流电压下垂控制，配电网侧逆变器采用定直流电压控制；所述的整流器和逆变器均为VSC换流器；

步骤2，构建用于VSC-HVDC系统结构模型配电网侧逆变器的定直流电压控制器；

步骤3，构建用于VSC-HVDC系统结构模型风电场侧整流器的交流电压下垂控制器；

步骤4，根据多个配电网的分布情况构建送端交流分散模式下的风电多端并网的VSC-HVDC系统结构模型，基于风电多端并网的VSC-HVDC系统结构模型，采用定直流电压控制器控制配电网侧逆变器，采用交流电压下垂控制器控制风电场侧整流器。

步骤2具体为：

将d轴定向于逆变侧公共连接点PCC2处电压矢量方向，内环电流控制器采用电网电压前馈控制和电流解耦控制，获得如下的定直流电压控制器：