一种新能源全直流输电系统控制方法与流程

本发明属于新能源全直流输电系统控制，具体地说是一种应对功率暂降的新能源全直流输电系统控制方法。

背景技术：

1、受偏远地区环境条件约束，新一代新能源基地送出存在送出距离远、技术难度大、建设成本高的问题，特别是远距离新能源送出对弱交流系统的接入会带来一系列安全稳定问题，因此新能源如何高效经济可靠的送出是亟待解决的问题。

2、柔直送出是唯一有工程实践经验的规模化远海风电送出方式。但由于新能源侧采用交流汇集，随着新能源规模扩大，柔直送出的技术经济问题越来越突出。经济问题主要是核心设备的规模大、海上平台的造价高以及相关的交流聚集线路的投资成本高。技术问题主要是无功损耗和宽频振荡的相应问题。国内外多个柔直工程中接入了新能源，曾出现过宽频振荡问题，目前还没有普适性解决办法。为了解决这些问题，国内外专家学者提出了全直流送出方案，从新能源出口、汇集到传输环节均采用直流。相比于柔直送出技术，一是可以降低投资，因为缩小新能源送出平台，提高了线路利用率，二是降低了控制难度，因为仅需控制直流电压，有利于降低宽频振荡风险。因此，新能源全直流输电技术具有广阔的应用前景。

3、光伏由于具备天然的直流属性，特别适合构建光伏全直流输电系统。目前光伏全直流输电系统主要有串联汇集和并联汇集两种方式(如图1、2所示)，考虑到串联汇集方式各支路之间相互耦合，光伏的运行可靠性和利用率受到影响，因此当光伏接入高压直流系统时推荐采用并联汇集后再升压送出的方式。

4、为了提升光伏送出的可靠性，图2中的高压直流变压器通常采用多功率单元并联的方式，如图3所示。当其中一组功率单元出现故障时，高压直流变压器最大输出功率减小，而光伏功率仍按照最大功率输出，两者之间的功率差会造成中压直流母线的电压升高，如果不对光伏输出功率进行限制，会出现直流汇集母线过压导致整个全直流输电系统停运，光伏输出功率中断。因此有必要寻求经济、可靠、扩展性强的方法解决此问题。

5、为避免直流汇集母线电压不停上升，通常将高压直流变压器和光伏mppt变换器之间建立通讯，当高压直流变压器损失部分容量的时候，光伏mppt变换器通过通讯检测到这一情况，迅速准确降低光伏输出功率，使得光伏输出功率与高压直流变压器的容量快速匹配，防止直流汇集母线的电压升高导致系统因过压停运、光伏输出功率中断。然而此方法需要在高压直流变压器和光伏mppt变换器之间建立通讯，由于光伏mppt变换器布置分散，需要布置很长的光纤，不仅会增加成本，而且当通讯失去时仍然存在中压直流母线过压风险，还不利于未来光伏全直流输电系统的扩展。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种不依赖通讯的应对功率暂降的新能源全直流输电系统控制方法，以保证光伏的运行可靠性，利于未来光伏全直流输电系统的扩展。

2、为此，本发明采用的如下技术方案：一种新能源全直流输电系统控制方法，其用于光伏输出功率与高压直流变压器功率处理能力不匹配时的控制，高压直流母线电压由外部高压直流系统控制，中压直流母线电压由高压直流变压器控制；还包括：

3、稳态运行光照增强时，光伏mppt变换器输出电压升高，低压直流电压高于额定值，中压直流变压器采用固定占空比控制模式，使中压直流变压器的二极管导通，光伏的输出功率得以送出；

4、当中压直流母线电压v处于[1p.u，1.02p.u]区间时，光伏mppt变换器采用最大功率点控制模式；

5、当中压直流母线电压v处于(1.02p.u，1.1p.u]区间时，光伏mppt变换器采用限功率控制模式。

6、因光照变化、高压直流变压器部分功率单元退出等原因，会导致光伏输出功率与高压直流变压器功率处理能力不匹配。

7、进一步地，中压直流母线电压v处于[1p.u，1.02p.u]区间时，此时光伏最大输出功率pv不超过高压直流变压器单个功率单元的输送功率ph，光伏mppt变换器按照最大功率点控制模式输出当前光照强度下的最大输出功率，高压直流变压器匹配送出光伏功率。

8、进一步地，中压直流母线电压v处于[1p.u，1.02p.u]区间时，当光伏最大输出功率pv＞光伏mppt变换器的额定功率pn时，光伏输出功率被限制在pn。

9、进一步地，中压直流母线电压v处于[1p.u，1.02p.u]区间时，当光伏最大输出功率pv≤pn时，光伏mppt变换器采用最大功率点控制模式，实现光伏功率可靠输出。

10、进一步地，中压直流母线电压v处于(1.02p.u，1.1p.u]区间时，此时光伏输出功率pv超过高压直流变压器单个功率单元的输送功率ph，中压直流母线电压开始出现过压，此时光伏mppt变换器运行于限功率控制模式，光伏输出功率的计算公式为：pn×(1-(v-1.02)/0.08)，当中压直流母线电压稳定时，停止光伏输出功率下降。

11、更进一步地，光伏mppt变换器运行于限功率控制模式时，光伏输出功率与中压直流母线电压呈一一对应关系，中压直流母线电压越高，光伏输出功率被限制越低。

12、再进一步地，中压直流母线电压等于1.02p.u时需要考虑一定死区，防止光伏mppt变换器在最大功率点控制模式和限功率控制模式之间频繁来回切换；中压直流母线电压等于1.1p.u时需要确保新能源全直流输电系统长期稳定运行，不会触发保护动作。

13、进一步地，所述的中压直流变压器为谐振型单向直流变压器。

14、进一步地，当高压直流变压器单个功率单元退出时，各组光伏的输出功率需要相互协调，在防止中压直流母线过压的同时，根据每组光伏不同的光照情况，在保证光伏输出功率不超过高压直流变压器剩余的功率单元额定功率的前提下，尽可能多输出功率。

15、本发明提出了一种不依赖通讯的应对功率暂降的新能源全直流输电系统控制方法，相比于现有技术，该方法具有如下有益效果：省去光伏场站与后级升压设备之间的通讯光纤，提升光伏汇集送出工程的经济效益；避免通讯光纤故障引发的系统故障，保证了光伏汇集送出系统的运行可靠性；未来光伏场站的规模日渐扩大，光伏场站扩展时不再需要增加敷设光纤、扩展通讯设备，有利于未来光伏全直流输电系统的扩展。

技术特征：

1.一种新能源全直流输电系统控制方法，用于光伏输出功率与高压直流变压器功率处理能力不匹配时的控制，高压直流母线电压由外部高压直流系统控制，中压直流母线电压由高压直流变压器控制，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的新能源全直流输电系统控制方法，其特征在于，中压直流母线电压v处于[1p.u，1.02p.u]区间时，此时光伏最大输出功率pv不超过高压直流变压器单个功率单元的输送功率ph，光伏mppt变换器按照最大功率点控制模式输出当前光照强度下的最大输出功率，高压直流变压器匹配送出光伏功率。

3.根据权利要求1或2所述的新能源全直流输电系统控制方法，其特征在于，中压直流母线电压v处于[1p.u，1.02p.u]区间时，当光伏最大输出功率pv＞光伏mppt变换器的额定功率pn时，光伏输出功率被限制在pn。

4.根据权利要求1或2所述的新能源全直流输电系统控制方法，其特征在于，中压直流母线电压v处于[1p.u，1.02p.u]区间时，当光伏最大输出功率pv≤pn时，光伏mppt变换器采用最大功率点控制模式，实现光伏功率可靠输出。

5.根据权利要求1所述的新能源全直流输电系统控制方法，其特征在于，中压直流母线电压v处于(1.02p.u，1.1p.u]区间时，此时光伏输出功率pv超过高压直流变压器单个功率单元的输送功率ph，中压直流母线电压开始出现过压，此时光伏mppt变换器运行于限功率控制模式，光伏输出功率的计算公式为：pn×(1-(v-1.02)/0.08)，当中压直流母线电压稳定时，停止光伏输出功率下降。

6.根据权利要求5所述的新能源全直流输电系统控制方法，其特征在于，光伏mppt变换器运行于限功率控制模式时，光伏输出功率与中压直流母线电压呈一一对应关系，中压直流母线电压越高，光伏输出功率被限制越低。

7.根据权利要求6所述的新能源全直流输电系统控制方法，其特征在于，中压直流母线电压等于1.02p.u时需要考虑一定死区，防止光伏mppt变换器在最大功率点控制模式和限功率控制模式之间频繁来回切换。

8.根据权利要求6所述的新能源全直流输电系统控制方法，其特征在于，中压直流母线电压等于1.1p.u时需要确保新能源全直流输电系统长期稳定运行，不会触发保护动作。

9.根据权利要求1所述的新能源全直流输电系统控制方法，其特征在于，所述的中压直流变压器为谐振型单向直流变压器。

10.根据权利要求1所述的新能源全直流输电系统控制方法，其特征在于，当高压直流变压器单个功率单元退出时，各组光伏的输出功率需要相互协调，在防止中压直流母线过压的同时，根据每组光伏不同的光照情况，在保证光伏输出功率不超过高压直流变压器剩余的功率单元额定功率的前提下，尽可能多输出功率。

技术总结
本发明公开了一种新能源全直流输电系统控制方法。本发明采用的技术方案为：高压直流母线电压由外部高压直流系统控制，中压直流母线电压由高压直流变压器控制；稳态运行光照增强时，光伏MPPT变换器输出电压升高，低压直流电压高于额定值，中压直流变压器采用固定占空比控制模式，使中压直流变压器的二极管导通，光伏的输出功率得以送出；当中压直流母线电压处于[1p.u，1.02p.u]区间时，光伏MPPT变换器采用最大功率点控制模式；当中压直流母线电压处于(1.02p.u，1.1p.u]区间时，光伏MPPT变换器采用限功率控制模式。本发明为一种不依赖通讯的应对功率暂降的新能源全直流输电系统控制方法，保证了光伏的运行可靠性，有利于未来光伏全直流输电系统的扩展。

技术研发人员：陈骞,裘鹏,陆翌,陆承宇,史兴华,周自强,朱承治,黄晓明,华文,干方宇
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15