[发明专利]一种改善风电场交直流并网系统频率的联合调频控制策略

说明书

本发明公开一种改善风电场交直流并网系统频率的联合调频控制策略，提出储能与柔性直流附加控制联合参与系统频率调节以改善主网频率的方法：首先，在风电场侧柔性直流换流站中加入基于风电场频率变化的柔性直流频率附加控制，利用柔性直流输电的大输送功率和可短时过负荷运行的特点，优先改善风电场频率特性；其次，将储能系统通过换流器并联在风电场和主网间直流线路上，弥补风电场侧直流附加控制对主网的频率恶化作用。本发明优先改善风电场频率特性，保证风电场安全运行，同时改善主网频率特性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体为一种改善风电场交直流并网系统频率的联合调频控制策略。

背景技术

随着新能源需求的增加，风电场规模日益扩大，原有交流线路的传输能力已不能满足风电场的并网要求。为了提高风电场的送出能力，可采用基于VSC-HVDC(柔性直流输电)的交直流并联并网方式取代原有的交流并网方式。风电场交直流并网系统结构如图1所示，图1中WFVSC(wind farm side voltage source converter风电场侧电压源转换器)为风电场侧换流站，GSVSC(grid side voltage source converter电网侧电压源变换器)为主网侧换流站。

考虑VSC-HVDC响应时间远小于发电机调速器响应时间，在负荷变化时选择忽略两区域原动机调速器的动态作用，仅考虑交直流线路传输功率改变引起的频率变化。根据输电网模型和发电机机械运动模型，风电场频率、主网频率与交直流线路输送功率的关系为：

式中，Δf₁、Δf₂分别为风电场、主网的频率变化量；ΔP_dc为柔性直流线路输送功率变化量；ΔP_ac为交流线路输送功率变化量；T₁₂为传输线同步系数，它表达了频率变化量在沿交流线路传输过程中的衰减特征，其值越大，单位长度的频率变化量衰减越小；a₁₂为两个系统容量之间的换算系数，其值为风电场、受端电网两系统基准额定功率之比；M₁、M₂分别为风电场和主网的等值惯性系数；D₁、D₂分别为风电场和主网的负荷阻尼常数。本文取T₁₂＝0.9，a₁₂＝0.4；M₁＝6，M₂＝10；D₁＝D₂＝4。

由式(1)可得交直流互联系统的状态方程，写为形式，即为

由式(1)(2)可得交直流并网系统频率模型，如图2中实线部分所示。

如式(2)所示的系统状态方程，风电场与主网频率相互耦合，以此为基础建立的控制方程中，状态变量同时包含Δf₁和Δf₂，即如若加入直流频率附加控制，其控制量应同时包含Δf₁和Δf₂，如图2中虚线部分所示。控制理论中，在能达到相似协调控制的前提下，希望尽量减少状态变量，故本文只采用风电场侧信号作为反馈信号，并应用重叠分解技术对矩阵A进行分解，使得风电场与主网频率解耦。

对式(2)的状态方程应用重叠分解技术进行分解。可解耦为两个子系统：

其详细参数为

经过重叠分解后，式(4)、式(5)与式(2)具有相似的特性，在子系统T₁或T₂的基础上建立控制，就可以达到控制原系统的目的。在此，直流频率附加控制器的目标是优化风电场频率特性，故采用子系统T₁的频率偏差Δf₁作为反馈信号，如图3所示。