[发明专利]风电参与调频的多端柔性直流输电系统频率稳定控制方法

说明书

本发明公开了一种风电参与调频的多端柔性直流输电系统频率稳定控制方法，属于柔性直流输电系统控制技术领域，以解决受端交流系统或送端交流系统发生故障导致频率变化时，两端交流系统功率支援低，系统频率不稳定的问题。方法包括确定风电接入的多端柔性直流输电系统结构、确定受端换流站的控制方式为直流电压下垂控制法、在受端换流引入与电网频率有关的功率增量、确定送端换流站的控制方式、在送端换流站引入附加频率控制、风电机组根据送端换流站的频率变化调整风机转速，输出有功对送端系统进行功率支援。本发明应用于受端交流系统或送端交流系统发生故障导致频率变化时可提高两端交流系统的功率支援能力，维持系统稳定运行。

技术领域

本发明属于直流输电系统控制技术领域，具体涉及一种风电参与调频的多端柔性直流输电系统频率稳定控制方法。

背景技术

新能源的消纳及输送问题誓新能源利用中的重要一环，电压源换流器的多端柔性直流输电系统具有多端送电和多落点受电的特点，且输送能量大，可独立控制有功、无功，在解决新能源发电分散性、远离负荷中心等问题上具有独特的技术优势，成为了解决上述问题的关键。

与同步发电机相比，柔性直流输电系统作为电网的电源，在传统控制方式下没有旋转惯性，然而，当柔性直流输送功率对于送受端交流电网的容量而言占有很大的比例时，也应该考虑其在交流电网之间发挥的事故支援能力，柔性直流输电的一个突出优势在于传输的有功、无功都可以在数十毫秒级别快速精准调整，若能发挥这种受控的快速调节能力，则可以提高整个互联系统的安全稳定性，同时避免系统间的事故传递，同时，柔性直流输电系统有效解耦了两端交流系统，使得某一端交流系统发生频率失稳时，另一端交流系统无法提供功率支援，降低系统的频率稳定性。

双馈变速风电机组有两种典型的运行状态，即超同步运行和次同步运行，风速较大时，风电机组运行在超同步状态，此时转子转速大于同步转速，转差率s<0，定子和转子同时向系统提供功率输出，这种运行状态下双馈变速风电机组转子中储存了大量旋转动能，由于转子转速受转子侧变流器控制，仅靠定转子之间的弱电磁耦合无法使这部分动能在系统频率降低时释放出来，其对系统频率的抑制作用不能反映出来，相反，风速较低时，风电机组运行在次同步状态，此时转子转速小于同步转速，转差率s>0，定子向系统输出功率，而转子要吸收一定的功率，如果此时系统频率略有升高，同样由于双馈变速风电机组转子转速受到变流器控制，靠定转子之间的耦合关系，转子吸收的电磁功率较少，转速提高也比较小，转子只能吸收很少的系统功率，对系统频率升高的抑制作用表现不明显。

综上，双馈风电机组虽具有优良的有功、无功解耦控制性能，但利用变频器控制的双馈风电机组转子转速和系统频率之间不存在耦合关系，风电机组转子动能被“隐藏”，不具备响应系统频率变化的能力。

现有技术中，关于风电机组参与电力系统频率的控制策略，主要有以下两种方式：

（1）功率备用控制，功率备用控制通过控制风电机组使其减载运行，从而预留一定的功率备用并以此来支持系统调频，此时风电机组工作在次优功率跟踪点上，其方法有两大类：桨距角控制和转子转速控制。

风电机组桨距角控制是在风电机组处于稳态运行时，适当增加风机桨距角，放弃最大风功率跟踪，引入系统频率变化率作为输入控制风机的桨距角变化，系统频率发生跌落后，风机桨距角减小，风电机组恢复到最大风功率跟踪状态，捕获的机械功率增加，能为系统提供额外功率支撑，但桨叶角控制调节速度较慢，且存在机械磨损，风电机组转速控制是在放弃风电机组最大功率跟踪以换取系统频率稳定安全，即风电机组减载运行控制策略，该方法修改了风电机组最大功率跟踪曲线，实现方式复杂，且实时运行中风电机组会产生弃电现象，综上，功率备用控制是通过桨距角控制或者转子转速控制使风机出力小于最大值，从而留出一定的备用容量。

一般情况下，为提高风能利用率，双馈风电机组运行在最大功率跟踪工况，因此，当系统频率降低时，双馈风电机组无法为系统提供额外的有功支撑，无法参与系统频率调整。