一种海上风电经柔直并网系统的频率支撑控制方法和装置

本发明属于高压直流输电，更具体地，涉及一种海上风电经柔直并网系统的频率支撑控制方法和装置。

背景技术：

1、与陆上风电相比海上风电具有资源丰富、发电利用小时数高、不占用土地、不消耗水资源和适宜大规模开发的优点。基于模块化多电平换流器的高压直流技术(modularmultilevel converter-high voltage direct current，mmc-hvdc)是一种适合深海风电的远距离输电技术。目前全球已有多个工程投入使用。然而，海上风电规模增大会给大电网带来一些问题。首先，风电装机容量扩大会挤占传统同步发电机的占比，导致交流系统惯量降低。另一方面，由于海上风电通过柔性直流输电并网，其具有对海上与陆上频率的解耦作用，导致海上风电无法主动响应岸上频率变化，进行频率支撑。为了应对未来海上风电并网规模逐步增大所导致的频率稳定性下降问题，亟须研究相关控制策略。

2、为了使海上风电柔直系统为岸上交流电网提供主动频率支撑，需要对系统增加附加控制。目前大量学者对风机的调频能力进行研究。然而风机的输出功率具有随机性，在无风或低风速下其可利用能量很小。也有一定数量的直流电容储存能量进行频率支撑的研究，但调频过程均改变了直流电压，控制不够灵活，能量可调范围小，且存在能量不能充分利用、频率支撑效果差的问题。因此，需要研究新的频率支撑策略。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种海上风电经柔直并网系统的频率支撑控制方法和装置，其目的在于，设计了根据岸上交流电网频率的变化状态控制岸上换流站、海上换流站和海上风电场三者协同的频率支撑方法，能够在岸上交流电网发生频率事件时快速灵活地响应，释放或吸收能量以支撑岸上频率，从而提升频率支撑效率和调频控制灵活性；由此解决现有海上风电柔直系统频率支撑效率低且控制灵活性差的技术问题。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种海上风电经柔直并网系统的频率支撑控制方法，所述海上风电经柔直并网系统包括依次连接的：岸上换流站、海上换流站和海上风电场，所述频率支撑控制方法包括：

3、s1：所述岸上换流站实时检测公共连接pcc点频率，并将所述pcc点频率传递到所述海上换流站，以使所述海上换流站将所述pcc点频率转发至所述海上风电场；

4、s2：若所述岸上换流站检测到所述pcc点频率超过阈值范围，则所述岸上换流站按照恒定系数惯性进行第一种频率支撑；

5、s3：在第一种频率支撑过程中，若所述岸上换流站和所述海上换流站检测到所述pcc点频率对应频率变化率的波峰，则所述岸上换流站和所述海上换流站按照预设能量预设曲线进行第二种频率支撑；其中，所述能量预设曲线用于表征mmc利用的能量与所述pcc点频率的频率变化率之间的映射关系；

6、s4：在所述第一种频率支撑过程和所述第二种频率支撑过程中，所述海上风电场根据接收到的所述pcc点频率同步海上频率，以使内部的风机响应岸上频率变化，从而提供第三种频率支撑。

7、在其中一个实施例中，所述s1包括：

8、s11：所述岸上换流站实时检测所述pcc点频率；

9、s12：所述岸上换流站将所述pcc点频率的变化加载在直流电压载波上以传输给所述海上换流站，以使所述海上换流站利用直流电压载波将所述pcc点频率转发至所述海上风电场。

10、在其中一个实施例中，所述s2包括：

11、s21：控制所述岸上换流站实时检测所述pcc点频率rocof；

12、s22：若所述pcc点频率rocof超过阈值范围，则控制所述岸上换流站内的mmc子模块进行频率支撑利用的能量表示为：δemax1＝kin·δfmax；kin为惯性支撑系数，δfmax表示电网允许的频率最大跌落量。

13、在其中一个实施例中，δemax表示所述岸上换流站内的mmc子模块在一阶段可利用的最大能量；δfmax为低频减载启动的频率偏差值。

14、在其中一个实施例中，所述s3包括：

15、在所述第一种频率支撑过程中，若所述岸上换流站和所述海上换流站检测到所述pcc点频率对应频率变化率的波峰，所述岸上换流站和所述海上换流站按照所述预设能量曲线自动调整mmc能量的利用量从而实现最优频率支撑；

16、其中，δemax2表示在恒定系数惯性支撑频率支撑完成后能够使用的最大能量；rocof表示所述pcc点频率，rocofm表示所述pcc点频率对应的频率变化率。

17、在其中一个实施例中，在所述第一种频率支撑完成后能够使用的最大能量表示为：δemax2＝δemax-δemax1，δemax表示所述岸上换流站内的mmc子模块在一阶段可利用的最大能量；δemax1表示所述岸上换流站内的mmc子模块按照恒定系数惯性进行频率支撑的利用能量。

18、在其中一个实施例中，还包括：

19、s5：在所述第二种频率支撑过程中，当所述pcc点频率到达极值点时，控制所述岸上换流站和所述海上换流站中mmc子模块能量水平维持不变，经过一段固定时间按能量恢复策略回到额定值。

20、在其中一个实施例中，所述能量恢复策略表达为：

21、δe＝kre·(δemax1+δemax2)；

22、其中，δemax1表示所述岸上换流站内的mmc子模块按照恒定系数惯性进行频率支撑的利用能量，δemax2表示所述岸上换流站内的mmc子模块在恒定系数惯性支撑频率支撑完成后能够使用的最大能量；kre为能量恢复系数，t-t0为频率事件的发生时长；t为当前时刻，t0为频率事件的发生时刻，t1为频率支撑控制的预设持续时间，t2为频率支撑控制和能量恢复控制的预设时长。

23、按照本发明的另一方面，提供了一种海上风电经柔直并网系统的频率支撑控制装置，所述海上风电经柔直并网系统包括依次连接的：岸上换流站、海上换流站和海上风电场，所述频率支撑控制装置包括：

24、频率检测模块，用于控制所述岸上换流站实时检测公共连接pcc点频率，并将所述pcc点频率传递到所述海上换流站，以使所述海上换流站将所述pcc点频率转发至所述海上风电场；

25、第一支撑模块，用于若所述岸上换流站检测到所述pcc点频率超过阈值范围，则控制所述岸上换流站按照恒定系数惯性进行第一种频率支撑；

26、第二支撑模块，用于在第一种频率支撑过程中，若所述岸上换流站和所述海上换流站检测到所述pcc点频率对应频率变化率的波峰，则控制所述岸上换流站和所述海上换流站按照预设能量预设曲线进行第二种频率支撑；其中，所述能量预设曲线用于表征mmc利用的能量与所述pcc点频率的频率变化率之间的映射关系；

27、第三支撑模块，用于在所述第一种频率支撑过程和所述第二种频率支撑过程中，控制所述海上风电场根据接收到的所述pcc点频率同步海上频率，以使内部的风机响应岸上频率变化，从而提供第三种频率支撑。

28、按照本发明的另一方面，提供了一种海上风电经柔直并网系统，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。

29、按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

30、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

31、(1)本发明提供一种海上风电经柔直并网系统的频率支撑控制方法，当所述岸上换流站检测到pcc点频率超过阈值范围进行第一种频率支撑；在第一种频率支撑过程中，若所述岸上换流站和所述海上换流站检测到所述pcc点频率对应频率变化率的波峰，则所述岸上换流站和所述海上换流站按照预设能量预设曲线进行第二种频率支撑；在所述第一种频率支撑过程和所述第二种频率支撑过程中海上风电场响应岸上频率变化提供第三种频率支撑；本发明根据岸上交流电网频率的变化状态控制岸上换流站、海上换流站与海上风电场三者之间的协同控制以实现对岸上频率的支撑，能够在岸上交流电网发生频率事件时快速灵活地响应，释放或吸收能量以支撑岸上频率，从而提升频率支撑效率和调频控制灵活性。

32、(2)本方案中岸上换流站将所述pcc点频率的变化加载在直流电压载波上以传输给所述海上换流站，能够提升岸上与海上的信息传输速率，缓解延时问题，提升频率支撑的响应时间。

33、(3)本方案中若所述pcc点频率rocof超过阈值范围，基于惯性支撑系数kin和电网允许的频率最大跌落量δfmax进行恒定系数惯性的频率支撑，能够在频率事件发生瞬间启动频率支撑，降低初始时刻的最大频率变化率rocof，改善频率极值。

34、(4)本方案中若所述岸上换流站和所述海上换流站检测到所述pcc点频率对应频率变化率的波峰，所述岸上换流站和所述海上换流站按照所述预设能量曲线自动调整mmc能量的利用量从而实现最优频率支撑；能够使频率跌落至最低点与能量释放完毕两个过程同时完成，与此同时正弦曲线的设计保证了最佳频率支撑效果。

35、(5)本方案中第二种频率支撑的能量利用量为δemax2＝δemax-δemax1，考虑了第一种频率支撑的利用量，利用δemax2确定的所述预设能量曲线更加准，能够提升控制精度。

36、(6)本方案中当所述岸上交流电网频率到达极值点时，控制所述岸上换流站中mmc子模块能量水平维持不变，经过一段固定时间按能量恢复策略回到额定值，能够降低功耗提升系统运行的平稳性。

37、(7)本方案中所述能量恢复策略表达为：δe＝kre·(δemax1+δemax2)，结合了两个阶段能量的利用情况，能够平滑的是系统恢复稳定，提升系统运行的平稳性。