一种基于柔性直流输电系统的电网调频方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力系统领域，尤其设及一种基于柔性直流输电系统的电网调频方 法。
【背景技术】
[0002] 基于电压源换流器的高压直流输电（Voltage Source Converter based High Voltage Direct Current Transmission,VSC-HVDC)技术由加拿大McGill大学的Boon-Teck Ooi等人于1990年提出，是一种W电压源换流器、自关断器件和脉宽调制(PWM)技术为 基础的新型输电技术，该输电技术也被称为柔性直流输电技术，具有可向无源网络供电、不 会出现换相失败、换流站间无需通信W及易于构成多端直流系统等优点。
[0003] 柔性直流输电作为新一代直流输电技术，其在结构上与高压直流输电类似，仍是 由换流站和直流输电线路(通常为直流电缆)构成。基于直流输电技术的电网异步互联方案 可W有效地防止连锁故障造成的电网大停电。理想的电网调频方案不仅要使互联电网的频 率在小干扰下能够自动平衡，实现互联电网间旋转备用的共享，发挥联网的经济优势;而且 必须能够限制大干扰在互联电网间的传递，实现故障隔离。互联电网频率平衡的实现需要 根据电网间的频率差来调节柔性直流输电系统的输送功率，减小低频率电网的输出功率或 增加向低频率电网的输入功率。
[0004] 现有技术中申请号为"201310438595.4"的发明专利《柔性直流输电系统中逆变换 流站的调频控制方法》中公开了一种柔性直流输电系统中逆变换流站的调频控制方法，提 出一种柔性直流输电系统中逆变站的频率产生机制与控制策略，并根据负载的扰动特性和 对系统故障穿越能力的要求设计系统模型参数和控制参数，从而使得逆变站具有与同步发 电机相似的外特性，可利用负荷频率特性调节有功需求，并将故障信息通过频率传递给保 护装置，达到提高系统的故障穿越能力的目的。
[0005] 要实现互联电网的频率平衡，最直接的方法是根据两电网的频率差来调节柔性直 流输电系统的输送功率。但是，获取电网频率差需要在两个换流器站间设置通信通道，必然 增加成本并降低系统可靠性。为此，亟需为柔性直流输电系统研发一种无需站间通信的电 网调频方案。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于需要一种基于柔性直流输电系统的电网调频方法，即在无需站 间通信的情况下依然可W进行电网的调频。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明是通过W下技术方案实现的：
[000引一种基于柔性直流输电系统的电网调频方法，基于换流站的同步电机模拟控制策 略，包括W下步骤：
[0009]步骤1:获取换流站输出交流电压角频率的指令值
[0011] 其中S是拉普拉斯算子，《0是角频率的额定值，P*和P是换流站输出有功功率的指 令值和实际值，T表示一阶惯性环节的时间常数，D是角频率和有功功率的下垂控制系数。调 差系数是发电机转速相对其额定值的偏差与发电机输出功率相对其额定值的偏差的比值 的负值，即（-A ?/AP)，调差系数由电网的一次调频要求来决定。为了满足电网的一次调 频要求，D取发电机调差系数的倒数。
[0012] 步骤2:对角频率的指令值进行积分并加上初相角00后，就可W得到t时刻电压源 换流站输出的交流电压的相角的指令值e:
[0013] 白（t)=J ?*(t)dt+白0
[0014] 步骤3:换流站输出有功功率P*的指令值设置为：
[0015] P^ = Ps-A Pd;
[0017] 其中Ps是换流站输出有功功率的设定值，A Pd是换流站输出有功功率的调节量， Ud和Ud*分别是直流电压的实际值和额定值;K为有功功率和直流电压的下垂控制系数；
[0018] 步骤4:为实现在小干扰下互联电网的频率平衡，令有功功率设定值Ps跟踪有功功 率实际值P:
[0019] Ps = P
[0020] 步骤5:抑制大干扰在互联电网间的传递，对有功功率设定值进行限幅:Pso-A Pm' < Ps含Pso+A Pm;其中Pso为初始有功功率设定值，A Pm'为用于计算限幅下限值的调整量，A Pm为为用于计算限幅上限值的调整量。
[0021] 优选的，所述步骤4中令有功功率设定值Ps跟踪有功功率实际值P使用一个采样保 持环节，具体操作为：当有功功率采样值与有功功率设定值之差的绝对值大于一个较小的 口限值，将有功功率设定值取当前有功功率采样值;否则，保持当前有功功率设定值不变。 所述口限值为IMW与额定功率的1%两者中较小的一个数值。
[0022] 优选的，所述步骤5中A Pm和A Pm'取换流站当前功率裕额的20%-80%，小于20% 无法起到作为调整值的作用，而高于80%会导致安全性不足。
[0023] 优选的，所述步骤3中AP,=- (/f/ )則和則*分别是直流电压的实际 值和额定值，K为有功功率和直流电压的下垂控制系数。
[0024] 有功功率和直流电压的下垂控制已在电压源换流器的控制中广泛采用，K是下垂 控制中的控制系数。尽管具体表现形式不一，但是有功功率和直流电压的下垂控制的目的 都是使直流电压的变化与有功功率(或直流电流)的变化成正比。
[0025] 与现有技术相比，本发明只需用到本地换流站的变量，不需用到对侧换流站的变 量，其有益效果是不需站间通信，就能实现：（1)小干扰后的互联电网频率可W基本保持平 衡，相邻电网能够对受扰动电网提供频率支撑，从而实现互联电网间旋转备用的共享，发挥 联网的经济优势。（2)大干扰后的互联电网频率不再保持平衡，相邻电网对受扰动电网的频 率支撑被限制，从而实现必要的故障隔离，发挥直流联网的技术优势。
【附图说明】
[0026] 图1为作为本发明一种基于柔性直流输电系统的电网调频方法具体实施例的电网 系统图。
[0027] 图2为作为本发明一种基于柔性直流输电系统的电网调频方法具体实施例的换流 站的调频方案示意图。
[0028] 图3为作为本发明一种基于柔性直流输电系统的电网调频方法具体实施例的换流 站的结构图。
【具体实施方式】
[0029] 为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明的技术方案 及相关原理进行详细说明。
[0030] 如图1所示，电网1通过一个双端柔性直流输电系统向电网2输送200MW的有功功 率，柔性直流输电系统的额定电压和额定功率分别为±200kV和250歷。电网1包括一台 300MW等值同步发电机Gl和IOOMW负荷；电网2包括一台250MW的等值同步发电机G2和450MW 的负荷。整流站和逆变站均采用如图2所示的本发明中的电网调频方案。
[0031] W逆变站为例，控制参数D = 20pu，T = 0.035s，K=1.25MW/kV，AP=IMW, APm= A Pm'=30MW。
[0032] 如图3所示，测量电网2公共连接点（PCC)处输出电网的S相交流输出电压Ua，叫和 Uc, W及=相交流输出电流ia，ib和ic。对W上的=相交流输出电压进行坐标变换，即乘W变 换矩阵化bc/dq，得到=相交流输出电压的d、q轴分量Ud和Uq;
[0033] 其中，变换矩阵
[0035]该变换过程用数学式表示如下：
[0037] 其中0由本发明提出的电网调频方案确定，控制框图由图1给出。
[0038] 对=相交流输出电流进行相同的坐标变换，即乘W变换矩阵T，得到=相交流输出 电流的d、q轴分量id和iq;
[0039] S相交流输出电压的d、q轴分量Ud和Uq的指令值^和