CN104882900B - 一种适用于大规模风电外送的直流输电控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适用于大规模风电外送的直流输电控制方法，包括以下步骤：计算直流电流整定值和直流电压整定值；对整流侧进行定电流控制，并对逆变侧进行定电压控制；根据直流***传输的有功功率变动情况调整直流***消耗的无功功率。本发明能有效降低交流***送端的旋转备用容量和调频机组容量，节约直流***的运行成本；根据功率因数变化分阶段调整直流***消耗的无功功率曲线，配合无功补偿装置的投切，在保证合理功率因数变化范围的同时，维持交流母线电压幅值在允许范围内，且降低***无功补偿装置的投切频次。
Description
技术领域
本发明属于输配电技术领域，具体涉及一种适用于大规模风电外送的直流输电控制方法。
背景技术
风能是新能源中开发较早、应用较广、技术最成熟、最具大规模开发前景的新能源之一，因此许多国家都把风电建设作为能源政策中的重要内容。然而，风力发电在整个能源供应体系中又长期处于从属地位，这是由于其自身固有的缺点造成的:可靠性低，电能质量不佳，成本偏高，与水火电相比没有竞争力。与水火电机组相比，风能随机性和间歇性的特点造成风电机组的出力频繁波动，从而风电场的出力可靠性差，为了保证整个***的安全、稳定和优质运行，需要增加***的旋转备用容量和调频机组容量，其后果是增加了***的运行成本，如果增加的这部分成本大于风电节省的燃料成本，这会降低电力***的经济性。因此，如何采取切实可行的方法来提高风电供电可靠性、增加风电场运行效益、实现可再生能源的充分利用，具有重要的研究意义。
传统直流输电以其技术上和经济上的独特优势，在远距离大容量输电和电网互联两个方面对我国电力工业的发展起到十分重要的作用。自1987年舟山直流输电工程以来，我国已建成投运传统直流输电工程近22项；到2020年，我国将建成15个特高压直流输电工程，未来我国电网建设将依据交、直流输电相辅相成、共同发展的原则，建成“强交强直”的特高压混合电网和坚强的送、受端电网，其中直流工程总计达38项，我国即将建设的直流输电工程占世界直流输电新建工程的一半以上。在未来30年之内，传统直流输电在远距离大容量输电和电网互联两个方面在我国电网中将占有无可替代的地位。
直流输电的功率可以实现快速可控，因此可以考虑直流跟随风电功率波动的输电技术，来实现风电功率的输送。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种适用于大规模风电外送的直流输电控制方法，先根据直流***传输的有功功率和直流***消耗的无功功率确定直流电流整定值和直流电压整定值，再通过直流电流整定值对整流侧进行定电流控制，并通过直流电压整定值对逆变侧进行定电压控制；最后根据直流***传输的有功功率变动情况调整直流***消耗的无功功率，完成直流输电控制。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
本发明提供一种适用于大规模风电外送的直流输电控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：计算直流电流整定值和直流电压整定值；
步骤2：对整流侧进行定电流控制，并对逆变侧进行定电压控制；
步骤3：根据直流***传输的有功功率变动情况调整直流***消耗的无功功率。
计算直流电流整定值和直流电压整定值之前包括：直流***额定有功功率与风电场输送的额定有功功率相匹配，直流***额定无功功率为直流***在输送额定有功功率下消耗的无功功率，根据风电场输送的额定有功功率和额定无功功率确定直流***额定有功功率PdN和额定无功功率QdN。
所述步骤1中，U表示换流站变压器阀侧绕组空载线电压有效值，Ud0i表示逆变侧理想空载直流电压，Pd表示直流***传输的有功功率，Qd表示直流***消耗的无功功率，S表示直流***的视在功率，直流电流整定值和直流电压整定值分别用Idref和Udref表示，有：
Pd＝IdrefUdref (3)
根据式(1)-(3)可得：
所述步骤2中，根据直流电流整定值对整流侧进行定电流控制，并根据直流电压整定值对逆变侧进行定电压控制，如图3和图4。
所述步骤2具体包括以下步骤：
步骤2-1：直流电流测量值和直流电压测量值分别用Id和Ud表示，整流侧触发角和逆变侧触发角分别用αr和αi表示，满足：
Ud＝Ud0i cosαi-dxiId (7)
其中，Ud0r表示整流侧理想空在直流电压，Ud0i表示逆变侧理想空载直流电压，dxr表示整流侧比换相压降，dxi表示逆变侧比换相压降，Rl表示直流***传输线路等值电阻；
步骤2-2：在Ud0r、Ud0i、dxr和dxi已知，并控制逆变侧触发角αi不变的条件下，通过调节整流侧触发角αr的大小，完成直流电流测量值Id的调整，使Id与直流电流整定值Idref相等；
步骤2-3：在Ud0i和dxi已知，并控制直流电流测量值Id不变的条件下，通过调节逆变侧触发角αi的大小，完成直流电压测量值Ud的调整，使Ud与直流电压整定值Udref相等。
所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3-1：实时监测风电场输送的实际有功功率，调整直流***传输的有功功率Pd，使Pd跟随风电场输送的实际有功功率波动；
步骤3-2：直流***传输的有功功率Pd与直流***消耗的无功功率Qd之间满足：
表示功率因数角，且表示功率因数；
1)当风电场输送的实际有功功率为风电场输送的额定有功功率时，直流***传输的有功功率Pd即为直流***额定有功功率PdN，根据式(6)可知，直流***消耗的无功功率Qd为直流***额定无功功率QdN，功率因数为额定功率因数表示额定功率因数角；
2)当风电场输送的实际有功功率波动时，直流***传输的有功功率Pd随之波动，直流***消耗的无功功率Qd仍为直流***额定无功功率QdN，功率因数发生变化，当降低到最低限值或升高到最高限值时，根据或对应的直流***传输的有功功率乘以即可重新得到直流***消耗的无功功率；
步骤3-3：直流***的无功补偿装置跟随直流***消耗的额定无功功率的变化进行相应投切，当直流***消耗的无功功率小于最小交流滤波器补偿的无功功率时，即使功率因数在设定范围以外，此时直流***消耗的无功功率不再变化，无功补偿装置不再进行投切。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供的适用于大规模风电外送的直流输电控制方法，采用直流功率跟随风电功率变化控制策略，根据直流***传输的有功功率和直流***消耗的无功功率确定直流电流整定值和直流电压整定值，再通过直流电流整定值对整流侧进行定电流控制，并通过直流电压整定值对逆变侧进行定电压控制；最后根据直流***传输的有功功率变动情况调整直流***消耗的无功功率，完成直流输电控制。本发明能有效降低交流***送端的旋转备用容量和调频机组容量，节约直流***的运行成本；根据功率因数变化分阶段调整直流***消耗的无功功率曲线，配合无功补偿装置的投切，在保证合理功率因数变化范围的同时，维持交流母线电压幅值在允许范围内，且降低***无功补偿装置的投切频次。
附图说明
图1是本发明实施例中适用于大规模风电外送的直流输电控制方法流程图；
图2是本发明实施例中风电场经直流***外送风电功率示意图；
图3是本发明实施例中直流电流整定值和整流侧触发角控制框图；
图4是本发明实施例中直流电压整定值和逆变侧触发角控制框图；
图5是本发明实施例中直流***传输的有功功率变化曲线图；
图6是本发明实施例中直流***消耗的无功功率变化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，本发明提供一种适用于大规模风电外送的直流输电控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：计算直流电流整定值和直流电压整定值；
步骤2：对整流侧进行定电流控制，并对逆变侧进行定电压控制；
步骤3：根据直流***传输的有功功率变动情况调整直流***消耗的无功功率。
计算直流电流整定值和直流电压整定值之前包括：直流***额定有功功率与风电场输送的额定有功功率相匹配，直流***额定无功功率为直流***在输送额定有功功率下消耗的无功功率，根据风电场输送的额定有功功率和额定无功功率确定直流***额定有功功率PdN和额定无功功率QdN。
所述步骤1中，U表示换流站变压器阀侧绕组空载线电压有效值，Ud0i表示逆变侧理想空载直流电压，Pd表示直流***传输的有功功率，Qd表示直流***消耗的无功功率，S表示直流***的视在功率，直流电流整定值和直流电压整定值分别用Idref和Udref表示，有：
Pd＝IdrefUdref (3)
根据式(1)-(3)可得：
所述步骤2中，根据直流电流整定值对整流侧进行定电流控制，并根据直流电压整定值对逆变侧进行定电压控制。
所述步骤2具体包括以下步骤：
步骤2-1：直流电流测量值和直流电压测量值分别用Id和Ud表示，整流侧触发角和逆变侧触发角分别用αr和αi表示，满足：
Ud＝Ud0i cosαi-dxiId (7)
其中，Ud0r表示整流侧理想空在直流电压，Ud0i表示逆变侧理想空载直流电压，dxr表示整流侧比换相压降，dxi表示逆变侧比换相压降，Rl表示直流***传输线路等值电阻；
步骤2-2：在Ud0r、Ud0i、dxr和dxi已知，并控制逆变侧触发角αi不变的条件下，通过调节整流侧触发角αr的大小，完成直流电流测量值Id的调整，使Id与直流电流整定值Idref相等；
步骤2-3：在Ud0i和dxi已知，并控制直流电流测量值Id不变的条件下，通过调节逆变侧触发角αi的大小，完成直流电压测量值Ud的调整，使Ud与直流电压整定值Udref相等。
所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3-1：实时监测风电场输送的实际有功功率，调整直流***传输的有功功率Pd，使Pd跟随风电场输送的实际有功功率波动；
步骤3-2：直流***传输的有功功率Pd与直流***消耗的无功功率Qd之间满足：
表示功率因数角，且表示功率因数；
1)当风电场输送的实际有功功率为风电场输送的额定有功功率时，直流***传输的有功功率Pd即为直流***额定有功功率PdN，根据式(6)可知，直流***消耗的无功功率Qd为直流***额定无功功率QdN，功率因数为额定功率因数表示额定功率因数角；
2)当风电场输送的实际有功功率波动时，直流***传输的有功功率Pd随之波动，直流***消耗的无功功率Qd仍为直流***额定无功功率QdN，功率因数发生变化，当降低到最低限值或升高到最高限值时，根据或对应的直流***传输的有功功率乘以即可重新得到直流***消耗的无功功率，如图4所示。
步骤3-3：直流***的无功补偿装置跟随直流***消耗的额定无功功率的变化进行相应投切，当直流***消耗的无功功率小于最小交流滤波器补偿的无功功率时，即使功率因在设定范围以外，此时直流***消耗的无功功率不再变化，无功补偿装置不再进行投切。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (2)
1.一种适用于大规模风电外送的直流输电控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：计算直流电流整定值和直流电压整定值；
步骤2：对整流侧进行定电流控制，并对逆变侧进行定电压控制；
步骤3：根据直流***传输的有功功率变动情况调整直流***消耗的无功功率；
计算直流电流整定值和直流电压整定值之前包括：直流***额定有功功率与风电场输送的额定有功功率相匹配，直流***额定无功功率为直流***在输送额定有功功率下消耗的无功功率，根据风电场输送的额定有功功率和额定无功功率确定直流***额定有功功率PdN和额定无功功率QdN；
所述步骤1中，U表示换流站变压器阀侧绕组空载线电压有效值，Ud0i表示逆变侧理想空载直流电压，Pd表示直流***传输的有功功率，Qd表示直流***消耗的无功功率，S表示直流***的视在功率，直流电流整定值和直流电压整定值分别用Idref和Udref表示，有：
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根据式(1)-(3)可得：
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所述步骤2中，根据直流电流整定值对整流侧进行定电流控制，并根据直流电压整定值对逆变侧进行定电压控制；
所述步骤2具体包括以下步骤：
步骤2-1：直流电流测量值和直流电压测量值分别用Id和Ud表示，整流侧触发角和逆变侧触发角分别用αr和αi表示，满足：
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Ud＝Ud0i cosαi-dxiId (7)
其中，Ud0r表示整流侧理想空载直流电压，Ud0i表示逆变侧理想空载直流电压，dxr表示整流侧比换相压降，dxi表示逆变侧比换相压降，Rl表示直流***传输线路等值电阻；
步骤2-2：在Ud0r、Ud0i、dxr和dxi已知，并控制逆变侧触发角αi不变的条件下，通过调节整流侧触发角αr的大小，完成直流电流测量值Id的调整，使Id与直流电流整定值Idref相等；
步骤2-3：在Ud0i和dxi已知，并控制直流电流测量值Id不变的条件下，通过调节逆变侧触发角αi的大小，完成直流电压测量值Ud的调整，使Ud与直流电压整定值Udref相等。
2.根据权利要求1所述的适用于大规模风电外送的直流输电控制方法，其特征在于：所述步骤3具体包括以下步骤：
步骤3-1：实时监测风电场输送的实际有功功率，调整直流***传输的有功功率Pd，使Pd跟随风电场输送的实际有功功率波动；
步骤3-2：直流***传输的有功功率Pd与直流***消耗的无功功率Qd之间满足：
表示功率因数角，且表示功率因数；
1)当风电场输送的实际有功功率为风电场输送的额定有功功率时，直流***传输的有功功率Pd即为直流***额定有功功率PdN，根据式(6)可知，直流***消耗的无功功率Qd为直流***额定无功功率QdN，功率因数为额定功率因数 表示额定功率因数角；
2)当风电场输送的实际有功功率波动时，直流***传输的有功功率Pd随之波动，直流***消耗的无功功率Qd仍为直流***额定无功功率QdN，功率因数发生变化，当降低到最低限值或升高到最高限值时，根据或对应的直流***传输的有功功率乘以即可重新得到直流***消耗的无功功率；
步骤3-3：直流***的无功补偿装置跟随直流***消耗的额定无功功率的变化进行相应投切，当直流***消耗的无功功率小于最小交流滤波器补偿的无功功率时，即使功率因数在设定范围以外，此时直流***消耗的无功功率不再变化，无功补偿装置不再进行投切。
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