大型风电场接入vsc-mtdc系统的启动控制方法
【专利摘要】本发明提供了一种大型风电场接入VSC-MTDC系统及其启动控制方法，所述系统包括两个风电场、两个送端换流站、一个受端换流站和交流电网，送端换流站和受端换流站之间通过直流线路连接；所述方法首先采用分群法对大型风电场进行等值聚合，建立鼠笼定速和双馈变速两种机型的风电场聚合模型，然后基于风电场聚合模型，建立VSC-MTDC输电系统模型，通过风电场与换流站之间的协调控制并按照特定的启动控制时序，实现了大型风电场接入VSC-MTDC系统的平滑启动过程。本发明启动过程平稳，安全可靠性高，适用范围广，可有效减少系统启动对电网侧的影响，并具有逻辑清晰、可操作性强等特点。
【专利说明】大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及风力发电和高压直流输电领域，具体地，涉及一种基于聚合模型的大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法。
【背景技术】
[0002]风能是最重要的清洁和可再生能源之一，具有非常明显的经济和社会效益。海上风电以其容量大，已经成为电力系统发展最快的新能源。中国海上风电场装机容量在2010年底仅为14.25万千瓦，预计2015年将达到500万千瓦，到2020年达到3000万千瓦。
[0003]不过海上风力发电具有间歇性和难以调度性等特点，使其电能质量难以保证，需要更加有效的控制策略，抑制波动的风功率产生的电压偏差、电压波动、闪变等对电力系统的影响。而大规模风电机组启动或者停止时对电网的冲击是不容忽视的，如果不能合理控制，将会产生不必要的停机或弃风现象。随着电力电子技术的发展及其成本的降低，基于电压源型换流器的高压直流输电系统(Voltage Source Converter based High VoltageDirect Current Transmission,VSC-HVDC)在海上风电场的应用是提高风力发电电能质量的合理方案。采用基于电压源型换流站的多端直流输电技术(VSC-MTDC)以其能够实现多个风电场平滑并网的灵活控制，减小风功率波动等优势成为风功率传输技术发展的趋势。
[0004]目前对风电场在多端直流输电系统中的研究，主要侧重于一种类型的风电场在稳态和故障时的功率平滑控制，而缺少对于不同风电场接入多端直流输电系统的启动控制的研究。文献(Xu L, Yao L, Sasse C.Grid integration of largeDFIG-based wind farms using VSC transmission[J].1EEE Transactions on PowerSystems, 2007, 22(3):976-984.)提出了针对双馈变速机组通过多端直流输电技术远距离输电的控制策略，但未对双馈变速机组接入多端直流输电系统的启动控制进行说明；文献(张静，徐政，陈海荣.VSC-HVDC系统启动控制[J].电工技术学报，2009，24(9): 159-165.)详细分析了风电场在点对点的高压直流输电系统中的启动过程，但未涉及多个不同类型风电场接入多端直流输电系统的研究。然而在工程应用中，需要将不同类型的风电场同时接入多端高压直流输电系统中，且要求整个系统能够实现平稳启动。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于聚合模型的大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法，该方法启动过程平稳，安全可靠性高，适用范围广，可有效减少系统启动对电网侧的影响，并具有逻辑清晰、可操作性强等特点。
[0006]为实现上述目的，本发明提供一种基于聚合模型的大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法，所述系统包括两个风电场、两个送端换流站、一个受端换流站和交流电网，所述两个送端换流站分别通过直流电缆连接到受端换流站的一端，所述受端换流站的另一端连接到交流电网；其中:
[0007]风电场包括一个鼠笼定速风电场和一个双馈变速风电场；[0008]第一送端换流站均包括第一三相交流断路器QF1、第一联结变压器Tl、第一换流器和第一、第二直流隔离开关QSl+和QSl-；
[0009]第二送端换流站均包括第二三相交流断路器QF1、第二三相联结变压器T2、第二换流器和第三、第四直流隔离开关QS2+和QS2-；
[0010]受端换流站包括第三三相交流断路器QF3、一个三相交流接触器KM、三个启动电阻R、第三三相联结变压器T3、第二换流器和第五、第六直流隔离开关QS3+和QS3-。
[0011]鼠笼定速风电场出口侧接入交流汇流母线BI，交流汇流母线BI引出一路接入第一送端换流站，与第一送端换流站的第一三相交流断路器QFl的一端相连，第一三相交流断路器QFl的另一端与第一送端换流站的第一联结变压器Tl的一端相连，第一联结变压器Tl的另一端与第一送端换流站的第一换流器的交流侧相连，第一、第二直流隔离开关QSl+和QSl-的一端分别与第一换流器的正极和负极直流母线相连，第一、第二直流隔离开关QSl+和QSl-的另一端分别与正极和负极直流电缆的一端相连；
[0012]双馈变速风电场出口侧接入交流汇流母线B2，交流汇流母线B2引出一路接入第二送端换流站，与第二送端换流站的第二三相交流断路器QF2的一端相连，第二三相交流断路器QF2的另一端与第二送端换流站的第二联结变压器T2的一端相连，第二联结变压器T2的另一端与第二送端换流站的第二换流器的交流侧相连，第三、第四直流隔离开关QS2+和QS2-的一端分别与第二换流器的正极和负极直流母线相连，第三、第四直流隔离开关QS2+和QS2-的另一端分别与第二送端换流站的正极和负极直流电缆的一端相连，第二送端换流站的正极和负极直流电缆的另一端分别与第一送端换流站的正极和负极直流电缆的一端相连；
[0013]受端换流站的第五、第六直流隔离开关QS3+和QS3-的一端分别与直流电缆的一端连接，另一端分别与受端换流站的第三换流器的正极和负极直流母线相连，第三换流器的交流侧与受端换流站的第三联结变压器T3的一端相连，第三联结变压器T3的另一端与启动电阻R的一端相连，三相交流接触器KM与启动电阻R并联连接，启动电阻R的另一端与受端换流站的第三三相交流断路器QF3的一端相连，第三三相交流断路器QF3的另一端接入交流汇流母线B3，交流汇流母线B3引出一路接入交流电网。
[0014]所述系统的启动控制方法首先采用分群法对大型风电场进行等值聚合，建立鼠笼定速和双馈变速两种机型的风电场聚合模型，然后基于风电场聚合模型，建立VSC-MTDC输电系统模型，通过风电场与换流站之间的协调控制并按照特定的启动控制时序，实现大型风电场接入VSC-MTDC系统的平滑启动过程；具体步骤包括:
[0015]步骤1:采用分群法对大型风电场进行等值聚合，分别建立鼠笼定速和双馈变速风电场聚合模型；
[0016]步骤2:建立VSC-MTDC输电系统模型；
[0017]步骤3:受端换流站和送端换流站极连接；
[0018]步骤4:启动受端换流站为直流电网建立稳定的直流电压；
[0019]步骤5:启动送端换流站在风电场汇聚点建立稳定的交流电压；
[0020]步骤6:启动鼠笼定速风电场，完成空载启动并网；
[0021]步骤7:启动双馈变速风电场，完成空载启动并网。
[0022]步骤I中，所述分群法的具体实现方法如下:[0023]a.假设同风速区段同型号的m台双馈风力发电机，可等值成一台双馈风力发电机，其等值参数计算如下:
【权利要求】
1.一种大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法，其特征在于，所述系统包括两个风电场、两个送端换流站、一个受端换流站和交流电网，所述两个送端换流站分别通过直流电缆连接到受端换流站的一端，所述受端换流站的另一端连接到交流电网；其中: 所述风电场包括一个鼠笼定速风电场和一个双馈变速风电场； 所述第一送端换流站均包括第一第一三相交流断路器(QF1)、第一三相第一联结变压器(Tl)、第一换流器和第一、第二直流隔离开关(QSl+)和(QS1-)； 所述第二送端换流站均包括第二第一三相交流断路器(QF1)、第二三相联结变压器(T2)、第二换流器和第三、第四直流隔离开关(QS2+)和(QS2-); 所述受端换流站包括第三三相交流断路器(QF3)、一个三相交流接触器(KM)、三个启动电阻(R)、第三三相联结变压器(T3)、第二换流器和第五、第六直流隔离开关(QS3+)和(QS3-)； 鼠笼定速风电场出口侧接入交流汇流母线(BI)，交流汇流母线(BI)引出一路接入第一送端换流站，与第一送端换流站的第一三相交流断路器(QFl)的一端相连，第一三相交流断路器(QFl)的另一端与第一送端换流站的第一联结变压器(Tl)的一端相连，第一联结变压器(Tl)的另一端与第一送端换流站的第一换流器的交流侧相连，第一、第二直流隔离开关(QSl+)和(QS1-)的一端分别与第一换流器的正极和负极直流母线相连，第一、第二直流隔离开关(QSl+)和(QS1-)的另一端分别与正极和负极直流电缆的一端相连； 双馈变速风电场出口侧接入交流汇流母线(B2)，交流汇流母线(B2)引出一路接入第二送端换流站，与第二送端换流站的第二三相交流断路器(QF2)的一端相连，第二三相交流断路器(QF2)的另一端与第二送端换流站的第二联结变压器(T2)的一端相连，第二联结变压器(T2)的另一端与第二送端换流站的第二换流器的交流侧相连，第三、第四直流隔离开关(QS2+)和(QS2-)的一端分别与第二换流器的正极和负极直流母线相连，第三、第四直流隔离开关(QS2+)和(QS2-)的另一端分别与第二送端换流站的正极和负极直流电缆的一端相连，第二送端换流站的正极和负极直流电缆的另一端分别与第一送端换流站的正极和负极直流电缆的一端相连； 受端换流站的第五、第六直流隔离开关(QS3+)和(QS3-)的一端分别与直流电缆的一端连接，另一端分别与受端换流站的第三换流器的正极和负极直流母线相连，第三换流器的交流侧与受端换流站的第三联结变压器(T3)的一端相连，第三联结变压器(T3)的另一端与启动电阻(R的一端相连，三相交流接触器(KM)与启动电阻(R)并联连接，启动电阻(R)的另一端与受端换流站的第三三相交流断路器(QF3)的一端相连，第三三相交流断路器(QF3)的另一端接入交流汇流母线(B3)，交流汇流母线(B3)引出一路接入交流电网； 上述系统的启动控制方法首先采用分群法对大型风电场进行等值聚合，建立鼠笼定速和双馈变速两种机型的风电场聚合模型，然后基于风电场聚合模型，建立VSC-MTDC输电系统模型，通过风电场与换流站之间的协调控制并按照特定的启动控制时序，实现大型风电场接入VSC-MTDC系统的平滑启动过程；具体步骤包括: 步骤1:采用分群法对大型风电场进行等值聚合，分别建立鼠笼定速和双馈变速风电场聚合模型； 步骤2:建立VSC-MTDC输电系统模型； 步骤3:受端换流站和送端换流站极连接；步骤4:启动受端换流站为直流电网建立稳定的直流电压； 步骤5:启动送端换流站在风电场汇聚点建立稳定的交流电压； 步骤6:启动鼠笼定速风电场，完成空载启动并网； 步骤7:启动双馈变速风电场，完成空载启动并网； 步骤I中，所述分群法的具体实现方法如下: a.假设同风速区段同型号的m台双馈风力发电机，可等值成一台双馈风力发电机，其等值参数计算如下:
2.根据权利要求1所述的一种大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法，其特征在于，所述步骤3的具体内容是:闭合直流隔离开关，令受端换流站和送端换流站直流侧连接。
3.根据权利要求1所述的一种大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法，其特征在于，步骤4中，具体步骤如下: (1)受端换流站闭锁； (2)交流电网通过启动电阻(R)给直流侧电容充电，当充到一定电压时，闭合三相交流接触器(KM)，旁路启动电阻(R)，解锁受端换流站； (3)受端换流站转入直流电压控制，同时交流电压会继续给直流侧充电，直至达到额定直流电压，受端换流站启动结束。
4.根据权利要求1所述的一种大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法，其特征在于，步骤5中，具体步骤如下: (1)送端换流站闭锁； (2)在直流电压稳定后解锁送端换流站； (3)送端换流站转入定交流电压控制，直至风电场侧PCC点电压稳定，送端换流站启动结束。
5.根据权利要求1所述的一种大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法，其特征在于，步骤6中，具体步骤如下: (O风力机带动发电机旋转达到同步转速； (2)闭合风电场出口处的总开关(S)； (3)启动软启动装置，控制晶闸管触发角由180°缓慢降至0°；(4 )发电机定子电压稳定后，闭合旁路开关，旁路软起动装置，启动过程结束。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法，其特征在于，步骤7中，具体步骤如下: (O风力机带动发电机旋转达到同步转速； (2)闭合风电场出口处的交流断路器(Q)，通过启动电阻给直流侧电容充电，当充到一定电压时，旁路启动电阻，解锁网侧变流器； (3)网侧变流器转入定直流电压控制，控制直流电压稳定在额定值附近； (4)转子侧变流器解锁，开始给发电机励磁； (5)检测到定子电压与电网电压同步后，闭合定子并网开关； (6 )转子侧变流器转入最大功率跟踪控制，启动过程结束。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法，其特征在于，所述VSC-MTDC系统的两个送端换流站和一个受端换流站是两电平、三电平或者模块化多电平换流 站。
【文档编号】H02J3/38GK103701148SQ201310695895
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】饶宏, 黎小林, 陈俊, 吕敬, 施刚, 蔡旭, 李汶婷, 朱淼 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 上海交通大学