一种柔直输电系统及其直流功率控制方法和装置与流程

本发明属于海上风电和柔性直流输电，具体涉及一种柔直输电系统及其直流功率控制方法和装置。

背景技术：

1、随着海上风电场容量和距离的增大，柔性直流输电已成为深远海大容量海上风电送出并网的主流方案。柔性直流输电具备无需额外的无功功率补偿、不存在换相失败问题、可以为无源系统供电、可同时独立调节有功功率和交流电压、谐波水平低、适合构建多端直流系统等特点。

2、目前，海上风电柔性直流送出工程中，采用对称单极的输送方式，不利于大规模海上风电丰富区域的集中并网。海上风电使用的风电机组均为跟网型风机，即需要外部提供稳定的交流电压才能实现风机启动，海上风电柔直送出工程中的海上换流站具备提供稳定交流电压的能力，契合了海上风电柔直送出的需求；采用跟网型风机的海上风电场无法控制功率的变化，但可以通过预测得到海上风电场的输出功率曲线，海上风电柔直送出系统的海上换流站控制交流电压和频率，陆上换流站控制柔直系统的直流电压和无功功率，对称双极的柔性直流送出系统的两个极功率始终平均分配，不利于不同负荷电网消纳和源-网-荷的协调，如何控制对称双极的柔性直流送出系统的两个极功率分配，是实现不同负荷电网消纳和源-网-荷的有机协调亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种柔直输电系统及其直流功率控制方法和装置，用以解决不同负荷电网消纳效果差和源-网-荷不协调的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种柔直输电系统直流功率控制方法，具体步骤包括：计算直流功率参考值减去陆上换流站中换流器直流侧的直流功率实际值的差值，并经过第一控制器，得到直流电压参考值的叠加量；计算直流电压参考值与所述叠加量和陆上换流站中换流器直流侧的直流电压实际值的和的差值，得到的结果经过第二控制器，得到内环电流控制的d轴电流参考值；计算无功功率参考值减去陆上换流站中换流器直流侧的无功功率实际值的差值，得到的结果经过第三控制器，得到内环电流控制的q轴电流参考值；根据第二控制器得到的d轴电流参考值和第三控制器得到的q轴电流参考值，经过内环电流控制，得到陆上换流站中换流器的三相调制波，利用三相调制波对其进行控制以实现控制直流功率。

3、其有益效果为：为解决柔直输电系统在不同负荷的情况下电网消纳差和源-网-荷不协调的问题，本发明在采用对称双极拓扑的柔直输电系统的基础上，利用陆上换流站的控制器对直流电压的大小进行控制，以实现对直流功率的分配，提高柔直输电系统直流功率调节的灵活性，增强不同负荷情况下电网消纳能力，实现源-网-荷有机协调。

4、进一步地，还包括：计算交流电压参考值减去海上换流站中换流器交流侧的交流电压实际值经过dq变换得到的d轴电压实际值的差值，并经过第四控制器，得到内环电流控制的d轴电流参考值；计算0减去海上换流站中换流器交流侧的交流电压实际值经过dq变换得到的q轴电压实际值的差值，并经过第五控制器，得到内环电流控制的q轴电流参考值；根据第四控制器得到的d轴电流参考值和第五控制器得到的q轴电流参考值，经过内环电流控制，得到海上换流站中换流器的三相调制波，利用三相调制波对其进行控制以实现控制交流电压。

5、其有益效果为：本发明在采用对称双极拓扑的柔直输电系统的基础上，利用海上换流站的控制器对交流电压的大小进行控制，为海上风电场风电机组提供稳定的交流电压，提高海上风电场风电机组并网的可靠性。

6、进一步地，还包括将第二控制器得到的d轴电流参考值和第三控制器得到的q轴电流参考值进行矢量限幅控制的步骤，并将限幅后的结果经过内环电流控制。

7、进一步地，还包括将第四控制器得到的d轴电流参考值和第五控制器得到的q轴电流参考值进行矢量限幅控制的步骤，并将限幅后的结果经过内环电流控制。

8、进一步地，各换流站主导极的选取原则为：由先投入运行的极为主导极；当两个极均停运或投入运行状态时，在两个极中任意手动切换。

9、其有益效果为：使主导极的选择更为灵活，有利于实现对海上交流电压进行统一控制，提高柔直输电系统直流功率调节的灵活性。

10、进一步地，第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器为比例积分控制器。

11、其有益效果为：有利于实现对直流功率的分配，提高柔直输电系统直流功率调节的灵活性，增强不同负荷情况下电网消纳能力，使源-网-荷有机协调。

12、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种柔直输电系统直流功率控制装置，包括存储器和处理器，处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现上述介绍的一种柔直输电系统直流功率控制方法。

13、其有益效果为：该装置保证了一种柔直输电系统直流功率控制方法的有效可靠执行。

14、为解决上述技术问题，本发明还提供了一种柔直输电系统，包括海上换流站和陆上换流站，且两者采用对称双极拓扑结构；海上换流站的交流侧用于与海上风电场的交流汇集母线连接；海上换流站的直流侧分别通过正极和负极海缆连接陆上换流站的直流侧；陆上换流站的交流侧用于连接电网，用以实现上述介绍的一种柔直输电系统直流功率控制方法。

15、其有益效果为：该系统保证了一种柔直输电系统直流功率控制方法的有效可靠执行，增强不同负荷情况下电网消纳能力，使源-网-荷有机协调。

技术特征：

1.一种柔直输电系统直流功率控制方法，柔直输电系统采用对称双极拓扑结构，其特征在于，所述控制方法包括：计算直流功率参考值减去陆上换流站中换流器直流侧的直流功率实际值的差值，并经过第一控制器，得到直流电压参考值的叠加量；计算直流电压参考值与所述叠加量和陆上换流站中换流器直流侧的直流电压实际值的和的差值，得到的结果经过第二控制器，得到内环电流控制的d轴电流参考值；计算无功功率参考值减去陆上换流站中换流器直流侧的无功功率实际值的差值，得到的结果经过第三控制器，得到内环电流控制的q轴电流参考值；根据第二控制器得到的d轴电流参考值和第三控制器得到的q轴电流参考值，经过内环电流控制，得到陆上换流站中换流器的三相调制波，利用三相调制波对其进行控制以实现控制直流功率。

2.根据权利要求1所述的柔直输电系统直流功率控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：计算交流电压参考值减去海上换流站中换流器交流侧的交流电压实际值经过dq变换得到的d轴电压实际值的差值，并经过第四控制器，得到内环电流控制的d轴电流参考值；计算0减去海上换流站中换流器交流侧的交流电压实际值经过dq变换得到的q轴电压实际值的差值，并经过第五控制器，得到内环电流控制的q轴电流参考值；根据第四控制器得到的d轴电流参考值和第五控制器得到的q轴电流参考值，经过内环电流控制，得到海上换流站中换流器的三相调制波，利用三相调制波对其进行控制以实现控制交流电压。

3.根据权利要求1所述的柔直输电系统直流功率控制方法，其特征在于，还包括将第二控制器得到的d轴电流参考值和第三控制器得到的q轴电流参考值进行矢量限幅控制的步骤，并将限幅后的结果经过内环电流控制。

4.根据权利要求2所述的柔直输电系统直流功率控制方法，其特征在于，还包括将第四控制器得到的d轴电流参考值和第五控制器得到的q轴电流参考值进行矢量限幅控制的步骤，并将限幅后的结果经过内环电流控制。

5.根据权利要求2所述的柔直输电系统直流功率控制方法，其特征在于，各换流站主导极的选取原则为：由先投入运行的极为主导极；当两个极均停运或投入运行状态时，在两个极中任意手动切换。

6.根据权利要求2所述的柔直输电系统直流功率控制方法，其特征在于，第一控制器、第二控制器、第三控制器、第四控制器和第五控制器为比例积分控制器。

7.一种柔直输电系统直流功率控制装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现如权利要求1-6任一项所述的柔直输电系统直流功率控制方法。

8.一种柔直输电系统，包括海上换流站和陆上换流站，且两者采用对称双极拓扑结构；海上换流站的交流侧用于与海上风电场的交流汇集母线连接；海上换流站的直流侧分别通过正极和负极海缆连接陆上换流站的直流侧；陆上换流站的交流侧用于连接电网，其特征在于，还包括如权利要求7所述的柔直输电系统直流功率控制装置。

技术总结
本发明属于海上风电和柔性直流输电技术领域，具体涉及一种柔直输电系统及其直流功率控制方法和装置。具体步骤包括：基于采用对称双极拓扑的柔直输电系统，海上换流站两个极的控制器均采用交流电压‑频率控制，通过主导极的控制器控制本极交流侧的交流电压；陆上换流站两个极的控制器均采用直流电压‑无功功率控制，通过主导极的控制器控制本极直流侧的直流功率参考值的大小，来控制本极直流电压的高低，以调节两个极的直流功率分配情况，从而实现两个极功率的按需分配，提高柔直输电系统直流功率调节的灵活性，增强不同负荷情况下电网消纳能力，实现源‑网‑荷有机协调。

技术研发人员：宋延涛,吴庆范,李凌志,程晓磊,杜少林,吴金波,田培涛,李传西,范雪峰,刘晨,王秋开,刘旭辉,郝俊芳,曹森,宋小会
受保护的技术使用者：许继电气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15