一种提升柔直输送清洁能源稳定性的方法及系统与流程

1.本发明涉及输电控制保护技术领域，并且更具体地，涉及一种提升柔直输送清洁能源稳定性的方法及系统。


背景技术：

2.柔性直流输电作为新一代输电技术，同时也是目前世界上可控性最高、适应性最好的输电技术，可用于大规模新能源高效接纳、大型城市和海岛等区域输电网络和高效输配电网络的构建。柔性直流输电因为其技术优势可以当作大规模新能源外送电能的重要实现方式。当大规模新能源孤岛经柔性直流输电系统外送时，柔直孤岛站采用双闭环控制器分别控制孤岛站接入点的交流电压的幅值和频率。系统出现扰动时，如果柔直孤岛站控制器、新能源机组控制器不匹配，二者相互作用容易出现不同频率的振荡现象，对大规模新能源经柔直输送清洁能源外送系统的安全稳定运行造成巨大威胁。
3.国内外已发生多起新能源经直流送出系统的振荡问题，2014年德国北部海上风电场经基于两电平电压源型换流器的柔性直流输电送出系统发生 290hz左右谐波振荡，导致高压直流整流器的滤波电容烧毁，造成整个风场关断10个月之久，直接经济损失超过1亿欧元；2014年南澳三端柔性直流新能源场站并网工程在调试过程中，系统中逐渐出现频率在20～30hz 范围内的次同步振荡现象，随着新能源场站输出功率的进一步增大，最终导致柔直系统直流保护动作而停运。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于针对大规模新能源经柔直并网外送系统受到扰动出现振荡，为了抑制振荡提高柔性直流输电系统输送清洁能源的稳定性，而提出了一种提升柔直输送清洁能源稳定性的方法，包括：
5.获取大规模新能源孤岛接入柔直并网点处的有功功率及无功功率数据，确定有功功率及无功功率的振荡分量，并判断有功功率及无功功率的振荡分量是否满足持续偏高条件；
6.若有功功率及无功功率的振荡分量满足持续偏高条件，则执行柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略；
7.当执行执行柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略后，判断此时的有功功率无功功率是否恢复稳定；
8.若恢复稳定，则维持柔直孤岛换流站外环比例
‑
积分控制器的比例参数，使柔直输送清洁能源系统稳定运行。
9.可选的，判断振荡分量持续偏高的条件为：有功功率及无功功率振荡分量的最大值，与视在功率平均值save的比值超过上限阈值，且持续时间超过500ms。
10.可选的，柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略为：调整柔直孤岛换流站外环比例
‑
积分控制器的比例参数。
11.可选的，判断有功功率无功功率是否恢复稳定的判断条件为：
12.振荡分量最大值与视在功率平均值的比值小于下限阈值，且持续时间超过1s。
13.本发明还提出了一种提升柔直输送清洁能源稳定性的系统，包括：
14.功率判断单元，获取大规模新能源孤岛接入柔直并网点处的有功功率及无功功率数据，确定有功功率及无功功率的振荡分量，并判断有功功率及无功功率的振荡分量是否满足持续偏高条件；
15.执行策略单元，若有功功率及无功功率的振荡分量满足持续偏高条件，则执行柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略；
16.判断恢复稳定单元，当执行执行柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略后，判断此时的有功功率无功功率是否恢复稳定；
17.系统稳定运行单元，若恢复稳定，则维持柔直孤岛换流站外环比例
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积分控制器的比例参数，使柔直输送清洁能源系统稳定运行。
18.可选的，判断振荡分量持续偏高的条件为：有功功率及无功功率振荡分量的最大值，与视在功率平均值save的比值超过上限阈值，且持续时间超过500ms。
19.可选的，柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略为：调整柔直孤岛换流站外环比例
‑
积分控制器的比例参数。
20.可选的，判断有功功率无功功率是否恢复稳定的判断条件为：
21.振荡分量最大值与视在功率平均值的比值小于下限阈值，且持续时间超过1s。
22.本发明所提优化柔性直流输电控制系统参数后，柔直孤岛换流站上网有功功率、无功功率、换流器直流电压、并网点交流电压、交流电流、新能源场站出力、svg并网节点处无功功率以及直流电容电压的振荡迅速消失，系统恢复平稳运行。
附图说明
23.图1为本发明一种提升柔直输送清洁能源稳定性的方法的流程图；
24.图2为本发明具体应用实例中所建的大规模新能源经柔直并网送出仿真模型结构示意图；
25.图3为本发明柔性直流输电系统输送清洁能源稳定控制策略流程图；
26.图4为本发明稳定控制策略后柔直孤岛换流站双极有功功率、无功功率波形图；
27.图5为本发明稳定控制策略后柔直孤岛换流站正极直流电压波形图；
28.图6为本发明稳定控制策略后新能源并网点交流电压和交流电流波形图；
29.图7为本发明稳定控制策略后新能源场站出力波形图；
30.图8为本发明稳定控制策略后svg网节点处无功功率以及直流电容电压波形图；
31.图9为本发明一种提升柔直输送清洁能源稳定性的系统的结构图。
具体实施方式
32.现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附
图标记。
33.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
34.本发明提出了一种提升柔直输送清洁能源稳定性的方法，如图1所示包括：
35.获取大规模新能源孤岛接入柔直并网点处的有功功率及无功功率数据，确定有功功率及无功功率的振荡分量，并判断有功功率及无功功率的振荡分量是否满足持续偏高条件；
36.若有功功率及无功功率的振荡分量满足持续偏高条件，则执行柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略；
37.当执行执行柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略后，判断此时的有功功率无功功率是否恢复稳定；
38.若恢复稳定，则维持柔直孤岛换流站外环比例
‑
积分控制器的比例参数，使柔直输送清洁能源系统稳定运行。
39.其中，判断振荡分量持续偏高的条件为：有功功率及无功功率振荡分量的最大值，与视在功率平均值save的比值超过上限阈值，且持续时间超过500ms。
40.其中，柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略为：调整柔直孤岛换流站外环比例
‑
积分控制器的比例参数。
41.其中，判断有功功率无功功率是否恢复稳定的判断条件为：
42.振荡分量最大值与视在功率平均值的比值小于下限阈值，且持续时间超过1s。
43.具体应用的最佳实施例如下：
44.本发明已经应用在张北柔直工程输送大规模新能源的数模混合实时仿真研究中以及工程现场，仿真研究利用基于张北工程张北
‑
北京端对端柔直控制装置的新一代数模混合仿真平台，搭建如图2所示含有新能源送出网架结构的硬件在环实时仿真模型。新能源总装机容量为4500mw，柔直换流器额定容量为3000mw。
45.本发明所述柔性直流输电系统输送清洁能源稳定控制策略的流程图如图3所示，具体步骤如下：
46.(1)通过柔直控制保护系统实时采集并网点处的瞬时有功功率和瞬时无功功率，对被采集的瞬时有功功率和瞬时无功功率进行快速傅里叶变换，计算出振荡分量的频率focs以及幅值amsso＝max(pam,qam)；
47.其中，pam,qam分别为有功和无功功率的振幅，max(pam,qam) 为有功和无功功率的振幅的最大值。
48.(2)采用滑动窗口平均值法计算10个基波周期新能源外送的计算的平均视在功率save。
49.(3)判断振荡分量是否振荡分量的频率focs在5～15hz范围内，有功功率和无功功率振荡分量的最大值amocs＝max(pam,qam)与视在功率平均值save的比值是否超过的上限阈值thocs_up＝1％，且持续时间超过 delay_up＝500ms。
50.(4)如果满足条件，则投入稳定控制策略。将柔直孤岛换流站外环比例
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积分控制器的比例参数kp由初始值kpinit＝1.5增加dkp＝0.46kpinit，调整为kpadjust1＝2.2；
51.如果不满足条件，则不投入稳定控制策略。
52.(5)判断振荡分量最大值amocs＝max(pam,qam)与视在功率平均值save的比值是否小于下限阈值thocs_down＝0.2％，且持续时间超过 delay_down＝1s。
53.(6)如果满足条件，则维持柔直孤岛换流站外环比例
‑
积分控制器的比例参数为调整后的值；
54.如果不满足条件，则返回第(2)步，继续调整柔直孤岛换流站外环比例
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积分控制器的比例参数，直到比例参数kp的值增加上限值kpmax＝ 2.38kpinit。
55.对本发明柔性直流输电系统输送清洁能源稳定控制策略实施例的仿真分析如下：
56.不采用本发明所述的振荡抑制方法，kp＝kpinit＝1.5，当新能源出力增加到2380mw时，系统出现频率为7.02hz的振荡，新能源并网点有功功率的振幅pam约为250mw，无功功率振幅qam约为450mw，换流器直流电压，并网点交流电压，新能源场站出力以及svg均出现了振荡。振荡分量幅值amsso＝max(pam,qam)＝450mw，与平均视在功率 (save≈2400mw)的比值约为18.75％，超过上限阈值thocs_up＝1％且持续时间超过delay_up＝500ms。满足条件，投入所提稳定控制策略。从图2～图5可以看出，本发明算法投入后，柔直孤岛换流站外环比例
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积分控制器的比例参数kp调整到2.2时，新能源并网点有功功率、无功功率、交流电压、新能源场站出力以及svg的振荡快速衰减，系统恢复稳定，此时，振荡分量幅值amsso约为max(pam,qam)＝5mw，与平均视在功率save的比值为0.167％，小于下限阈值thocs_down＝0.2％，且持续时间超过delay_down＝1s。
57.从上述仿真计算结果不难得知，本发明所述的基于参数调节的柔性直流输电系统输送清洁能源稳定控制方法将大规模新能源经柔直孤岛接入并网点处的功率作为检测对象，通过提取其中的振荡特征分量，判断系统振荡状态。当系统出现振荡时，通过调节柔直孤岛换流站外环比例
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积分控制器的比例参数kp，能够有效抑制振荡，使系统恢复稳定，从而保证柔直换流器以及新能源机组的安全运行，避免系统振荡传播所引发的次生危害，提高大规模新能源经柔直并网系统的安全性和可靠性。
58.本发明还提出了一种提升柔直输送清洁能源稳定性的系统200，如图9 所示，包括：
59.功率判断单元201，获取大规模新能源孤岛接入柔直并网点处的有功功率及无功功率数据，确定有功功率及无功功率的振荡分量，并判断有功功率及无功功率的振荡分量是否满足持续偏高条件；
60.执行策略单元202，若有功功率及无功功率的振荡分量满足持续偏高条件，则执行柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略；
61.判断恢复稳定单元203，当执行执行柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略后，判断此时的有功功率无功功率是否恢复稳定；
62.系统稳定运行单元204，若恢复稳定，则维持柔直孤岛换流站外环比例
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积分控制器的比例参数，使柔直输送清洁能源系统稳定运行。
63.其中，判断振荡分量持续偏高的条件为：有功功率及无功功率振荡分量的最大值，与视在功率平均值save的比值超过上限阈值，且持续时间超过500ms。
64.其中，柔性直流输电系统输送清洁能源稳定策略为：调整柔直孤岛换流站外环比例
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积分控制器的比例参数。
65.其中，判断有功功率无功功率是否恢复稳定的判断条件为：
66.振荡分量最大值与视在功率平均值的比值小于下限阈值，且持续时间超过1s。
67.本发明所提优化柔性直流输电控制系统参数后，柔直孤岛换流站上网有功功率、无功功率、换流器直流电压、并网点交流电压、交流电流、新能源场站出力、svg并网节点处无功功率以及直流电容电压的振荡迅速消失，系统恢复平稳运行。
68.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
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rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
69.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
70.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
71.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
72.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
73.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。