一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法

本发明属于可再生能源孤岛电网柔直送出系统的控制领域，尤其涉及一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着可再生能源的快速发展，其发电占比不断攀升，未来高比例甚至百分百可再生能源系统将成为新型电力系统的主要特征。不同于常规化石能源，可再生能源出力具有随机性与波动性，其大规模并网必将削弱电力系统的惯量水平。尤其是100％可再生能源孤岛电网，在没有同步电源支持下如何安全可靠的并网将成为未来研究的难点与热点。柔性直流输电技术因此独有的优势成为大规模可再生能源外送的理想选择之一。其中，模块化多电平换流器(mmc)因其开关频率低、输出电能质量好及功率损耗低等优点被广泛应用。

3、现有的可再生能源孤岛电网柔直送出系统的控制方法存在的技术缺陷是：

4、1)对于无任何同步电源的可再生能源孤岛电网的启动及安全并网控制技术尚待深入研究；

5、2)单一控制无法很好的适应不同运行场景下系统的差异化稳定性需求；

6、3)不同控制策略的切换产生的系统功率、频率等电气量的波动需要被抑制。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其针对系统在不同运行场景(系统启动、稳态运行、暂态控制)下的稳定性要求合理选择控制策略，通过控制策略的平滑切换实现标准系统的平稳启动，并有效提高系统的稳态和暂态控制性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明第一方面提供一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，包括：构建孤岛新能源电网柔直送出系统模型；

4、基于构建的孤岛新能源电网柔直送出系统模型，配置可再生能源站、受端换流站和送端换流站的控制策略；其中，可再生能源站采用基于pll的双闭环控制结构；受端换流站中，有功类控制选择定直流电压，无功类控制为定无功功率控制；送端换流站为可再生能源站提供稳定的并网电压；

5、根据送端换流站的不同控制策略在不同的运行场景中表现出不同的运行特性，选择对应的控制策略，具体包括：

6、在启动过程中，在送端换流站采用双极恒定v-f控制，包括mmc-hvdc系统的启动以及可再生能源站的启动和并网；

7、启动后，将送端换流站的一极换流单元的控制策略由恒定v-f控制切换为恒定p-q控制，同时，切换完成后恒定p-q极将根据mmc-hvdc的总传输有功功率对有功指令值进行修正；

8、发生故障时，对故障的不同阶段采用相应的控制方案以实现故障穿越控制。

9、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

10、1、提出了一个100％新能源孤岛电网经mmc-hvdc送出系统的全新模型，为相关场景的研究提供验证平台。该模型不同于其他高比例可再生能源并网系统拓扑，其可再生能源孤岛电网无任何同步电源与负荷，可再生能源渗透率为100％且全部经由双极柔直系统送出。

11、2、分析了送端换流站采用不同控制策略时系统的运行特性，提出了包括启动、稳态和瞬态控制的全场景控制方案。该方案充分考虑的系统不同运行场景下差异化的稳定性需求，针对场景选择合适的控制策略从而保证系统的平稳启动、稳态运行及良好的暂态特性。进一步地，引入平滑切换控制，有效抑制了控制策略切换过程中系统功率、频率的大幅波动，实现了系统运行场景的平滑过渡。

12、3、基于pscad/emtdc建立了系统模型，仿真结果表明，所提出的控制方案能够保证系统的平稳启动，具有良好的稳态和瞬态控制性能。

13、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，包括：所述构建孤岛新能源电网柔直送出系统模型包括可再生能源孤岛电网、双极mmc-hvdc系统和外部电网；所述可再生能源孤岛电网包括多个可再生能源站、升压装置和交流输电线路；每个可再生能源站经过升压装置多级升压后与交流输电线路母线相连，由双极mmc-hvdc系统送出；所述双极mmc-hvdc系统包括可再生能源场站、受端换流站和送端换流站。

3.如权利要求1所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，所述根据送端换流站的不同控制策略在不同的运行场景中表现出不同的运行特性包括：

4.如权利要求1所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，mmc-hvdc系统的启动以及可再生能源站的启动，包括：

5.如权利要求4所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，容量最大的可再生能源站首先启动并网，控制可再生能源输出增长趋势符合：

6.如权利要求1所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，所述发生故障时，对故障的不同阶段采用相应的控制方案以实现故障穿越控制，具体包括：

7.如权利要求1所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，所述恒定v-f控制和恒定p-q控制的区别在于定向模块和外环控制目标不同，而两者的内环电流控制回路基本相同，只需要完成对基于功率同步回路和pll的切换以及外环输出的dq参考值的切换就可完成定向模块的平滑切换控制和外环控制回路的平滑切换。

8.如权利要求7所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，所述定向模块的平滑切换控制包括：

9.如权利要求7所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，所述外环控制回路的平滑切换包括：

10.如权利要求1所述的一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，其特征在于，所述故障类型包括可再生能源站并网点接地故障和送端换流站交流侧接地故障。

技术总结
本发明属于可再生能源孤岛电网柔直送出系统的控制领域，提供了一种孤岛新能源电网柔直送出系统全场景优化控制方法，提出100％新能源孤岛电网经MMC‑HVDC送出系统的标准化模型，为相关领域的研究提供仿真验证平台。同时，针对送端换流站不同控制策略的基本原理及优缺点进行分析，探究了各控制策略不同场景下的控制性能。结合不同控制方式的优点，提出了100％可再生能源孤岛柔直送出系统的全场景控制方法。该控制方案针对系统在不同运行场景(系统启动、稳态运行、暂态控制)下的稳定性要求合理选择控制策略，通过控制策略的平滑切换实现标准系统的平稳启动，并有效提高系统的稳态和暂态控制性能。

技术研发人员：孙凯祺,刘耀琳,李可军,朱凌志,曲立楠,刘洁,范宏进,汪挺,张冰
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16