[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

权利要求书

1.一种能主动支撑电网频率的风场多端柔直控制方法，其特征在于，包括：

在受端换流站，以直流母线电压及有功功率作为参考量控制受端换流站输出交流电压的频率，以无功功率作为参考量控制受端换流站输出交流电压的幅值，从而实现组网型控制并网；其中：

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，并在直流侧附加虚拟电阻，使直流侧体现为下垂特性；

具体为：

定义下垂系数D与耦合系数K，得到式(1)：

式中，ω_rec为受端换流站输出交流电压的频率，ω_nom为受端换流站输出交流电压的额定频率，U_dc为直流母线电压，U_{dc_nom}为直流母线电压额定值，U_{dc_ref}为直流母线电压给定值，P_ac为交流侧输出功率，P_ref为交流侧输出功率额定值；

通过式(1)得到受端换流站输出交流电压的频率，再将受端换流站输出无功功率的实际值与额定值比较，通过一个比例积分调节器后，作为受端换流站输出交流电压的幅值；

直流母线等效电容电压幅值与其两侧有功功率相关，即：

式中，P_dc为受端换流站直流侧功率，C为受端换流站直流侧等效电容；

同时，受端换流站交流输出功率为：

式中，U_rec为受端换流站输出交流电压的幅值，U_g为电网电压的幅值，ω_rec为受端换流站输出交流电压的频率，ω_g为电网频率，δ为功角，X为并网阻抗及电网阻抗之和，m为调制比；

在式(1)所示控制下，受端换流站具有与同步发电机类似的自同步特性，即建立起如下式所示的对应关系：

当受端换流站输出交流电压的频率未与电网频率同步，则功角变小，受端换流站交流输出功率下降，由于此时受端换流站直流侧功率不变，根据式(2)，直流母线电压上升，此时式(1)中所建立的联系使得受端换流站输出交流电压的频率上升，直到与电网频率相同为止；即最终有：

对于直流系统中的n个受端换流站，结合式(1)与式(5)可得：

即对于第i个受端换流站，有：

稳态下各电网的Δω_g均为0，因此受端换流站的功率分配P_aci–P_refi与其下垂系数D_i成反比，通过修改P_refi与D_i即能够调节稳态下的功率分配；

将每个受端换流站的运行特性方程累加，有：

根据能量守恒原则，稳态下当直流系统中没有其他的功率来源时，式(8)中即为注入直流系统的总风电功率P_WF，式(8)中是一个常数，设其和为P_ref，整理式(8)，可得：

在电网频率变化过程中，设注入直流系统的风电功率不变，即P_WF-P_ref不变，将式(9)线性化后，直流母线电压变化量与电网频率变化量的关系为：

即当风功率一定时，直流母线电压变化量与电网频率变化量的加权和成正比，权重系数即为每个受端换流站的耦合系数与下垂系数之比，即K_m/D_m；因此直流母线电压能够反映多端直流输电系统相连的各交流电网的频率信息；

再将式(9)代入式(7)中，对于第i个受端换流器，有：

对于式(11)中是单受端换流站i中P-U_dc以及U_dc-f双下垂曲线的交互作用结果，即Δf→ΔU_dc→ΔP，此部分功率大小与电网频率变化量Δω_gi成正比，且符号相反，符合一次调频的需求，通过调节耦合系数K_i以及下垂系数D_i的比例能够控制一次调频功率的大小；而式(11)中是多个受端换流站间相互影响的结果，该部分功率与符号相反，将削弱一次调频的效果，通过增大下垂系数D_i能够减轻这种影响。