一种应用于风电场的多端vsc-hvdc并网传输系统控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种应用于大型风电场的多端VSC-HVDC并网传输系统控制方法，风电场侧换流站外环功率控制内环电流PI控制，电网场侧换流站外环直流电压控制内环电流反馈线性化解耦控制，提高了控制器的响应特性和动态性能，当风电场运行出现大的波动，系统失去调节直流电压能力时，采用直流电压偏差的多端直流电压控制引入到风电场其他换流站，代替电网侧换流站执行调节电压任务，维持功率平衡，保证系统正常工作，稳定运行于新的工作点。
【专利说明】—种应用于风电场的多端VSC-HVDC并网传输系统控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种应用于风电场的多端VSC-HVDC并网传输控制系统。
【背景技术】
[0002]风电场采用VSC-HVDC输电技术，系统不仅能向有源网络供电且可同时灵活独立地控制有功功率和无功功率，还能直接连接短路容量小的虚弱交流电力网络甚至无源网络系统，同时VSC能够起到静止无功补偿器的作用，动态补偿交流母线的无功功率，稳定交流母线电压；采用IGBT等大功率全控型开关器件，换流方便、开关调节快、谐波含量小，其电力传输的容量为几MW到几百MW，由于风电场通常位于较偏僻的地区，其所连接的电网也多较虚弱。风电的并网对所连接电网的稳定性及电能质量等均有较大影响。当风电场通过VSC-HVDC输电并网能显著减轻风电对所连接电网的稳定性及电能质量的负面影响，提升风电的穿透率。大规模风电场的开发已成为国际上风能利用的大趋势，其基于VSC-HVDC的并网传输技术已成为研究的热点。
[0003]大规模风电场多有几十台或上百台大容量的同类型风电机组，且地理位置分布高度分散，因此地理位置相距较远的风电机组所流过的风速会有较大差异。为使整个风电场的风能捕获率最佳，风电场内相同类型的风电机组将根据其所处地理位置相近且流过的风速基本一致的原则分为若干的机组群。同一机组群的各台风力发电机组都运行在同一转速下，采用多端VSC-HVDC输电将不同的风电机组群内部联网，带来更大的经济性和灵活性，实现风能的最大化利用。
[0004]在现有的轻型直流输电系统中大多采用两端口直流输电，即只有一个整流站(送端)和一个逆变站(受端)，一旦其中一个VSC换流站故障退出，VSC-HVDC系统将处于瘫痪状态。而基于VSC的多端直流输电系统在运行灵活性，可靠性，及经济性等方面比两端系统更具有技术优势，由于轻型直流输电具有潮流翻转时，直流电压极性不变、直流电流方向反转的特点，电压源换流器对于直流侧相当于电流源，十分有利于构成并联多端直流输电系统。
[0005]目前，国内对应用于大型风电场的多端VSC-HVDC输电系统研究还不多，其控制较双端口复杂的多，本发明针对这一情况，提出一种控制方法，多个换流站中必有一个充当电压调节器控制直流网的电压，类似于交流电网的平衡节点，其余换流站实现功率分配，在稳态运行时可以方便的控制直流电压，维持在允许范围内，保证换流阀的安全，功率分配由调节电流实现。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种能有效的提高大规模风电场的风能利用效率，优化并网传输能力的多端VSC-HVDC并网传输控制系统。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种应用于风电场的多端VSC-HVDC并网传输控制系统，所述控制系统包括换流站交流侧断路器、系统侧滤波器、联结变压器、换流器单元、直流电容器、直流电缆、控制装置、保护装置。网侧换流站采用定直流电压控制，其余换流站采用功率控制，检测电路将实时电压和电流信号传给控制电路，控制电路按照设定的控制策略将PWM信号传给驱动电路，驱动电路与所有IGBT相连，整个多端系统运行于给定的直流电压下，其特征在于:根据多端VSC-HVDC并网传输的运行情况，可以自动改变换流器的调制比和相角，调节直流线路的电压、电流和功率，以满足系统对换流器输出或接受有功功率及无功功率的要求，同时提高了控制器的响应特性和动态性能。
[0008]进一步的，所述控制系统的运行步骤为:
[0009]a、风电场侧换流站外环功率控制，检测并采样风电场电压usa、Usb和us。、电流isa、iSb和is。，并采用同步坐标变换，得到同步旋转坐标下的电压usd、usq,电流isd、isq ；
[0010]b、根据瞬时有功理论，计算有功功率，将有功功率给定值与瞬时有功功率的差值作PI调节得到有功电流isd参考值；
[0011]C、根据瞬时无功理论，计算无功功率，将无功功率给定值与瞬时无功功率的差值作PI调节得到无功电流isq参考值；
[0012]d、风电场侧换流站内环电流PI控制，根据基尔霍夫电路定律，得到换流站系统微分方程组，通过坐标变换，进一步得到d-q旋转坐标系下的直流数学模型，
[0013]
【权利要求】
1.一种应用于风电场的多端VSC-HVDC并网传输控制系统,所述控制系统包括换流站交流侧断路器、系统侧滤波器、联结变压器、换流器单元、直流电容器、直流电缆、控制装置、保护装置；网侧换流站采用定直流电压控制，其余换流站采用功率控制，检测电路将实时电压和电流信号传给控制电路，控制电路按照设定的控制策略将PWM信号传给驱动电路，驱动电路与所有IGBT相连，整个多端系统运行于给定的直流电压下，其特征在于:根据多端VSC-HVDC并网传输的运行情况，可以自动改变换流器的调制比和相角，调节直流线路的电压、电流和功率，以满足系统对换流器输出或接受有功功率及无功功率的要求，同时提高了控制器的响应特性和动态性能。
2.权利要求1所述应用于风电场的多端VSC-HVDC并网传输控制系统，其特征在于:所述控制系统的运行步骤为: a、风电场侧换流站外环功率控制，检测并采样风电场电压usa、usb和usc、电流isa、isb和i%，并采用同步坐标变换，得到同步旋转坐标下的电压电流; b、根据瞬时有功理论，计算有功功率，将有功功率给定值与瞬时有功功率的差值作PI调节得到有功电流isd参考值； C、根据瞬时无功理论，计算无功功率，将无功功率给定值与瞬时无功功率的差值作PI调节得到无功电流isq参考值； d、风电场侧换流站内环电流控制，根据基尔霍夫电路定律，得到换流站系统微分方程组，通过坐标变换，进一步得到d-q旋转坐标系下的直流数学模型，
3.如权利要求1所述应用于风电场的多端VSC-HVDC并网传输控制系统，其特征在于:控制系统中，风电场侧换流站III有两种控制选择；正常工作状态下，处于功率独立控制状态，一旦电网侧换流站故障退出，检测直流电压，当其超过允许范围时，自动由定功率控制转化为定直流电压控制，实现了系统的稳定运行，提高了可靠性。
【文档编号】H02J3/38GK103457287SQ201310185252
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2013年5月17日
【发明者】王辉, 汪小, 黄守道, 李孟秋, 高剑 申请人:湖南大学