用於hvdc傳輸波動能源的在線有功控制方法及其控制器的製造方法
2023-07-29 11:02:26 1
用於hvdc傳輸波動能源的在線有功控制方法及其控制器的製造方法
【專利摘要】用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法及其控制器。該方法包括：實時獲取控制器所需的HVDC送電端的發電總量或系統頻率f，和/或與之關聯的其它輸電通道的傳輸功率P；其中，其它輸電通道包括交流和/或直流通道；如為非正常運行狀態，控制HVDC的功率傳輸目標等於來自調度中心或電力系統安全與穩定控制裝置的傳輸指令；控制功率傳輸目標使其等於來自調度中心的P0；根據Psource或f，在線控制HVDC以跟隨波動電源的功率波動；或者根據P控制Pdc_ref使P保持在預先設定的範圍內。該方案增加整個傳輸系統的操作靈活性，使得通過點對點或多端基於晶閘管換流器HVDC輸電系統遠距離傳輸波動性能源成為可能。
【專利說明】用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法及其控制器
【技術領域】
[0001]本發明涉及高壓直流輸電(HVDC, High Voltage Direct Current)系統的控制方法。特別地，本發明涉及用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法及其控制器。
【背景技術】
[0002]隨著發電技術的發展並日臻成熟，近年來，風能正成為發電領域中被廣泛使用的可再生資源之一。受地理條件和風力資源的限制，風能資源最豐富的地方通常遠離那些負載中心，例如在中國和美國的陸上風力資源，在歐洲的海上風資源。風電併網和傳輸成為制約風電進一步發展的瓶頸。作為最有效的遠距離傳輸大功率電力的解決方案之一，基於晶閘管換流器高壓直流(thyristor based Converter High Voltage DC)傳輸技術在風電併網和傳輸領域被廣泛地提議。
[0003]在常規高壓直流系統中，HVDC的有功功率指令在正常運行情況下被設置為定值，雖然它能夠被手動地改變。為了傳輸波動的風能，現有技術提出了將風電廠和火電廠所發的電能結合在一起的HVDC傳輸方案。例如，白建華等於2010年I月發表在《電網與清潔能源》第26卷、第I期的「中國風電開發消納及輸送相關重大問題研究」，黃怡等於2011年5月發表在《電力建設》第32卷、第5期的「特高壓直流輸送風電的經濟性分析」，以及汪寧勃等於2010年7月發表於《電力技術》第19卷第13-14期的「風電火電打捆聯合外送是解決風電市場瓶頸的有效途徑」。根據採用該方案，首先通過用本地火電將波動的風電補償為一恆定的功率，然後通過恆定功率控制的HVDC傳輸到遠程負載中心。採用此方法，在資源側需要相當大容量的可調節發電用作風電波動補償。另一方面，在HVDC接收端，電網的風電消納能力並未被充分的利用。
[0004]基於此，需要一種新的方案用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制，從而能夠將波動的風能等可再生能源傳輸到更大的AC電網以滿足遠程的用戶需求。
【發明內容】
[0005]為了克服前述問題，本發明提供了一種用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法及其控制器，從而不僅可以增加整體的可再生能源消納水平，實現風能等的遠距離傳輸，並且能夠減小用作可再生能源調峰備用的火電廠的額外建設。
[0006]根據本發明的一個方面，其提供了一種用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法，該方法包括:實時獲取控制器所需的HVDC送電端的發電總量Pstjurra或系統頻率f，和/或與之關聯的其它輸電通道的傳輸功率P ;其中，所述其它輸電通道包括交流和/或直流通道；判斷系統是否為非正常運行狀態；如果為非正常運行狀態，則控制HVDC的功率傳輸目標Pd。，使其等於來自調度中心或電力系統安全與穩定控制裝置的傳輸指令POTd;否則，判斷運行的控制模式:處於第一控制模式下，控制功率傳輸目標Pd。—μ使其等於來自調度中心的傳輸指令Ptl ;處於第二控制模式下，根據發電總量或系統頻率f，在線控制HVDC以跟隨波動電源的功率波動；以及處於第三控制模式下，根據所述傳輸功率P控制所述Pd。—ref使得p保持在預先設定的範圍內。
[0007]根據本發明的另一優選實施例，在線控制HVDC以跟隨發電的功率波動進一步包括:基於預先確定的控制目標，對發電總量Pstjurre進行數據處理；判斷P__是否大於等於直流輸送風電的最大功率Pd。_ ;如果大於,則控制功率傳輸目標Pd。使其等於Pdcurax ;否貝U，判斷發電總量p__是否小於等於直流輸送風電的最小功率Pd。—_;如果大於，則控制功率傳輸目標Pd。—M使其等於發電總量；以及如果小於等於，並且處於第四控制模式下，則控制功率傳輸目標Pd。—M使其等於Ptkjlin;否則，對直流系統進行停運操作。
[0008]根據本發明的另一優選實施例，對發電總量P__進行數據處理進一步包括:對Psource進行實時曲線跟隨、臺階式跟隨或者曲線擬合式跟隨。
[0009]根據本發明的另一優選實施例，該在線有功控制方法進一步包括:接收來自電力系統安全與穩定控制裝置的停運指令。
[0010]根據本發明的另一方面，其提供了一種用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制器，該在線有功控制器包括:測量單元，實時獲取控制器所需的HVDC送電端的發電總量Psource或系統頻率f，和/或與之關聯的其它輸電通道的傳輸功率P;其中，所述其它輸電通道包括交流和/或直流通道；判斷單元，用於判斷系統是否發生為非正常運行狀態，以及在正常運行狀態下判斷運行的控制模式；控制單元，用於在非正常運行狀態下，控制HVDC的功率傳輸目標Pd。ref,使其等於來自調度中心或電力系統安全與穩定控制裝置的傳輸指令Pord;在正常運行狀態下，基於控制模式:處於第一控制模式下，控制所述功率傳輸目標Pd。—
使其等於來自調度中心的傳輸指令Ptl;處於第二控制模式下，根據發電總量匕⑶或系統頻率f，在線控制HVDC以跟隨波動電源的功率波動；以及處於第三控制模式下，根據所述傳輸功率P控制所述Pdc;—Mf使得P保持在預先設定的範圍內。
[0011]根據本發明的另一優選實施例，該在線有功控制器進一步包括:處理單元，用於基於預先確定的控制目標，對發電總量Pstjurre進行數據處理。
[0012]根據本發明的另一優選實施例，該數據處理包括:對Ρ__進行實時曲線跟隨、臺階式跟隨或者平滑處理後跟隨。
[0013]根據本發明的另一優選實施例，該判斷單元進一步用於判斷Ρ__是否大於等於直流輸送風電的最大功率Pd。—_ ；以及在Pstjura小於Pd。—_的情況下判斷發電總量Ρ__是否小於等於直流輸送風電的最小功率Pdcuoin ;控制單元進一步用於在Ρ__大於等於Pd。—_的情況下，控制功率傳輸目標Pd。—使其等於Ptkjlax ;在Psource大於Pd。—min且小於Pd。—_的情況下，控制功率傳輸目標Pdc;—Mf使其等於發電總量P__ ；以及在Pstjurra小於等於Pdcuoin的情況下，並且處於第四控制模式下，控制功率傳輸目標Pd。—使其等於Ptkjlin;否則，對直流系統進行停運操作。
[0014]根據本發明提供的用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法及其控制器，其可應用於對用於可再生能源波動和電力需求量波動的系統備用容量的總體規劃，並且增加整個傳輸系統的運行靈活性，使得通過點對點或多端基於晶閘管技術的HVDC輸電系統遠距離傳輸波動性能源成為可能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]參照附圖所示的優選的示例性實施方式，隨後的文字將對本發明的主題進行更詳細的描述；其中
[0016]圖1示出了本發明實施例提供的一種用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法的流程圖；
[0017]圖2示出了本發明實施例提供的一種用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法的流程圖；
[0018]圖3示出本發明提供的用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制器的一種具體應用的不意圖；
[0019]圖4示出本發明提供的用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制器的另一具體應用不意圖；
[0020]圖5示出本發明提供的用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制器的另一具體應用不意圖；以及
[0021]圖6示出本發明提供的用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制器的另一具體應用不意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面參照附圖對本發明進行更全面的描述，其中說明本發明的示例性實施例。
[0023]圖1示出了本發明實施例提供的一種用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法的流程圖。
[0024]如圖1所示，該用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法100包括:
[0025]步驟102，實時獲取控制器所需的HVDC送電端的發電總量P_TCe或系統頻率f，和/或與之關聯的其它輸電通道的傳輸功率P ;其中，所述其它輸電通道包括交流和/或直流通道。例如，根據本發明如圖3所示的一個實施例中，其測量HVDC換流站與並行AC傳輸線的公共連接點上的電壓V，以及波動電源饋入該公共連接點的電流I，並由此計算發電總量P.。。；以及測量並行AC傳輸線上的電壓V(即連接AC電網I和AC電網2的母線的電壓)和電流I (流經與AC電網I相連的AC corridors的電流I1,流經與AC電網2相連的ACcorridors的電流I2)，並由此計算各自的傳輸功率P1, P2。
[0026]步驟104，判斷系統是否為非正常運行狀態；如果是非正常運行狀態，則執行步驟105 ;否則，執行步驟106。
[0027]步驟105，為非正常運行狀態時，控制HVDC的功率傳輸目標Pderef,使其等於來自調度中心或電力系統安全與穩定控制裝置的傳輸指令POTd。根據本發明的另一個優選實施例，步驟105或者執行「接收來自電力系統安全與穩定控制裝置的停運指令」。
[0028]步驟106，無AC故障時，判斷運行的控制模式；如果處於第一控制模式下，執行步驟107 ;處於第二控制模式下，則執行步驟108 ;如果出於第三控制模式下，則執行步驟109。
[0029]步驟107，第一控制模式下(例如CM= I)，控制功率傳輸目標Pd。,ef使其等於來自調度中心的傳輸指令P。。
[0030]步驟108，第二控制模式下(例如CM = 2)，根據發電總量Pstjura或系統頻率f，在線控制HVDC以跟隨波動電源的功率波動。
[0031]步驟109，第三控制模式下(例如CM = 3)，根據所述傳輸功率P控制所述Pde ref使得P保持在預先設定的範圍內。[0032]圖2示出了本發明實施例提供的一種用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法的流程圖。
[0033]如圖2所示，該用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法包括與圖1所示方法相同的步驟，在此就不再贅述。
[0034]在第二控制模式下(例如CM = 2)，在線控制HVDC以跟隨發電的功率波動200包括如下具體流程:
[0035]步驟202，基於預先確定的控制目標，對所述發電總量Pstjuree進行數據處理；本領域技術人員知曉其預先確定的控制目標可以基於具體的電網網絡、風電資源分布等進行預先設定。
[0036]步驟204，判斷Pstjuree是否大於等於直流輸送風電的最大功率Pd。_ ;如果是,執行步驟205 ;否則，執行步驟206。
[0037]步驟205，Psource大於Pde_，則控制所述功率傳輸目標Pde μ使其等於Pw
[0038]步驟206，判斷發電總量Pstjuree是否小於等於直流輸送風電的最小功率Pdemin;如果大於，則執行步驟207 ;否則，執行步驟208。
[0039]步驟207，Psource大於Pd。min，則控制功率傳輸目標Pd。,ef使其等於發電總量P_TCe。
[0040]步驟208，P__小於等於Pd。min，判斷控制模式是否出於停運狀態。如處於非停運模式，則執行步驟209 ;否則，執行210。
[0041]步驟209，處於第四控制模式下(例如CM2 = I)，即接收到非停運信號，則控制功
率傳輸目標Pdc-f使其等於Pd。—min。
[0042]步驟210，對直流系統進行停運操作。
[0043]根據本發明的一個優選實施例，對所述發電總量Pstjurra進行數據處理進一步包括濾波處理，例如對所述Pstjura進行實時曲線跟隨(即實施反應當前P__曲線)、臺階式跟隨(即按照一定時間周期進行平均值等方式的擬合，從而形成臺階形發電量曲線圖)或者平滑處理後跟隨(即按照預先設定的閾值和算法，對波動進行平滑處理後再執行擬合)。
[0044]圖3示出本發明提供的用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制器的一種具體應用的不意圖。
[0045]如圖3所示，其具體為採用HVDC和AC通道的可再生電力傳輸的典型性網絡。大規模的風電在AC電網I中被集中收集，然後由AC通道和HVDCl分別傳輸到AC電網2和AC電網3。
[0046]該在線有功控制器controller是一個安裝在HVDC換流站的本地系統，其包括:測量單元，實時獲取控制器所需的HVDC送電端的發電總量Ρ__或系統頻率f，和/或與之關聯的其它輸電通道的傳輸功率P ;其中，所述其它輸電通道包括交流和/或直流通道；判斷單元，用於判斷系統是否發生為非正常運行狀態，以及在正常運行狀態下判斷運行的控制模式；控制單元，用於在非正常運行狀態下，控制HVDC的功率傳輸目標Pd。Mf，使其等於來自調度中心或電力系統安全與穩定控制裝置的傳輸指令POTd;在正常運行狀態下，基於控制模式:處於第一控制模式下，控制所述功率傳輸目標Pd。—μ使其等於來自調度中心的傳輸指令Ptl ;處於第二控制模式下，根據發電總量？__或系統頻率f，在線控制HVDC以跟隨波動電源的功率波動；以及處於第三控制模式下，根據所述傳輸功率P控制所述Pd。—μ使得P保持在預先設定的範圍內。[0047]具體來說，如圖3所示，其測量單元測量HVDC換流站換流站與並行AC傳輸線的公共連接點上的電壓V，以及波動電源饋入該公共連接點的電流I，並由此計算發電總量Psource ;以及測量並行AC傳輸線上的電壓V (即連接AC電網I和AC電網2的母線的電壓)和電流I (流經與AC電網I相連的ACcorridors的電流I1,流經與AC電網2相連的ACcorridors的電流I2)，並由此計算各自的傳輸功率P1, P2。
[0048]該在線有功控制器還包括:處理單元，用於基於預先確定的控制目標，對發電總量Psource進行數據處理。其對數據的處理包括:對Psource進行實時曲線跟隨、臺階式跟隨或者平滑處理後跟隨。
[0049]根據本發明的另一優選實施例，該判斷單元進一步用於判斷？__是否大於等於直流輸送風電的最大功率Pd。—_ ；以及在Pstjura小於Pd。—_的情況下判斷發電總量P__是否小於等於直流輸送風電的最小功率Pdcuoin ;控制單元進一步用於在P__大於等於Pd。—_的情況下，控制功率傳輸目標Pd。—使其等於Ptkjlax ;在Psource大於Pd。—min且小於Pd。—_的情況下，控制功率傳輸目標Pdc;—Mf使其等於發電總量P__ ；以及在Pstjurra小於等於Pdcuoin的情況下，並且處於第四控制模式下，控制功率傳輸目標Pd。—使其等於Ptkjlin;否則，對直流系統進行停運操作。
[0050]圖4和5分別示出本發明提供的用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制器的具體應用示意圖；在如圖4和5所示的幾種典型具體應用中，AC grid I為風場匯集系統，電源可能僅包括風電或太陽能發電廠，也有可能包括傳統發電電源(如火電廠、水電廠、燃氣電廠)；需要說明的是，其電網結構取決於當地電源分布和當地電網設計。此外，圖4和5中與圖3所示相同或相似的部分可以參見前述相應描述，為簡明起見，在此不再贅述。
[0051]圖6示出本發明提供的用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制器的另一種具體應用示意圖。如圖6所示，HVDCU HVDC2各自採用本發明提出的控制器，Controller I的控制目標可以為:跟隨風功率波動而控制HVDCl的傳輸功率；Controller 2的控制目標為Pdcjef = Ct-Pdca。此應用中，控制HVDC2的傳輸功率，使得HVDCl和HVDC2的傳輸功率之和為一個定值Ct。其中，Pdc ref為輸入HVDC2的直流傳輸功率控制目標值；Ct為一預設定值；Pdcl為測量所得的HVDCl的實際傳輸功率。此外，圖6中與圖3所示相同或相似的部分可以參見前述相應描述，為簡明起見，在此不再贅述。
[0052]本發明提供的用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法及其控制器，其HVDC的傳輸功率指令是基于波動的可再生能源、通過實時計算和預先定義的控制邏輯在線控制的。其次，該控制系統的輸出可以是從HVDC的最低運行功率(如額定功率的5%，10%等)到HVDC最大的連續過載容量(例如HVDC額定功率的110% )範圍內連續變化的。第三，本發明涉及一個新的應用領域，其通過LCC-HVDC或CCC-HVDC進行大規模的波動電力的傳輸。現有技術中LCC-HVDC或CCC-HVDC被設計用於傳輸相對固定的電能或者基於電壓源換相器(VSC, voltage source converter)的HVDC被用於傳輸相對較小規模的風電。
[0053]參考前述本發明例性的描述，本領域技術人員可以清楚的知曉本發明具有以下優點
[0054]I)增加可再生能源的整體消納水平:採用本發明提供的方法，更多的可再生能源能夠被接入更大的電力系統中。因此，能夠併入電力系統中的可再生能源電力總量得以增加。[0055]2)減少用作可再生能源備用的火電廠的額外建設:本發明使得利用遠程水電或天然氣電站(Gas Power Base)來補償可再生能源的波動成為可能。
[0056]3)增加整個傳輸系統的運行靈活性:本發明可應用於對用於可再生能源波動和電力需量波動的系統備用容量的總體規劃，並且使得通過點對點或多端HVDC輸電系統收集遠程分布式的可再生能源成為可能。
[0057]本發明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而並不是無遺漏的或者將本發明限於所公開的形式。很多修改和變化對於本領域的普通技術人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發明的原理和實際應用，並且使本領域的普通技術人員能夠理解本發明從而設計適於特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【權利要求】
1.一種用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制方法，其特徵在於，所述在線有功控制方法包括: 實時獲取控制器所需的HVDC送電端的發電總量P__或系統頻率f，和/或與之關聯的其它輸電通道的傳輸功率P ;其中，所述其它輸電通道包括交流和/或直流通道； 判斷系統是否為非正常運行狀態； 如果為非正常運行狀態，則控制HVDC的功率傳輸目標Pd。ref,使其等於來自調度中心或電力系統安全與穩定控制裝置的傳輸指令POTd ; 否則，判斷運行的控制模式: 處於第一控制模式下，控制所述功率傳輸目標Pd。—使其等於來自調度中心的傳輸指令P0; 處於第二控制模式下，根據發電總量P__或系統頻率f，在線控制HVDC以跟隨波動電源的功率波動；以及 處於第三控制模式下，根據所述傳輸功率P控制所述Pd。—使得P保持在預先設定的範圍內。
2.根據權利要求1所述的在線有功控制方法，其特徵在於，所述在線控制HVDC以跟隨發電的功率波動進一步包括: 基於預先確定的控制目標，對所述發電總量P__進行數據處理； 判斷是否大於等於直流輸送風電的最大功率Pd。—.； 如果大於，則控制所述功率傳輸目標Pd。M使其等於Pd。_ ； 否則，判斷所述發電總量ρ__是否小於等於直流輸送風電的最小功率Ptkjlin ； 如果大於，則控制所述功率傳輸目標Pd。M使其等於所述發電總量Pstjura ；以及 如果小於等於，並且處於第四控制模式下，則控制所述功率傳輸目標Pd。—使其等於Pdcjin;否則，對直流系統進行停運操作。
3.根據權利要求2所述的在線有功控制方法，其特徵在於，對所述發電總量Ρ__進行數據處理進一步包括:對所述Pstjura進行實時曲線跟隨、臺階式跟隨或者平滑處理後跟隨。
4.根據權利要求1所述的在線有功控制方法，其特徵在於，所述在線有功控制方法進一步包括:如果為非正常運行狀態，接收來自電力系統安全與穩定控制裝置的停運指令。
5.一種用於HVDC傳輸波動能源的在線有功控制器，其特徵在於，所述在線有功控制器包括: 測量單元，實時獲取控制器所需的HVDC送電端的發電總量Ρ__或系統頻率f，和/或與之關聯的其它輸電通道的傳輸功率P ;其中，所述其它輸電通道包括交流和/或直流通道； 判斷單元，用於判斷系統是否發生為非正常運行狀態，以及在正常運行狀態下判斷運行的控制模式； 控制單元，用於在非正常運行狀態下，控制HVDC的功率傳輸目標Pd。μ，使其等於來自調度中心或電力系統安全與穩定控制裝置的傳輸指令POTd;在正常運行狀態下，基於控制模式:處於第一控制模式下，控制所述功率傳輸目標Pd。—μ使其等於來自調度中心的傳輸指令P0 ;處於第二控制模式下，根據發電總量Pstjurre或系統頻率f，在線控制HVDC以跟隨波動電源的功率波動；以及處於第三控制模式下，根據所述傳輸功率P控制所述Pd。—μ使得P保持在預先設定的範圍內。
6.根據權利要求5所述的在線有功控制器，其特徵在於，所述在線有功控制器進一步包括:處理單元，用於基於預先確定的控制目標，對所述發電總量P__進行數據處理。
7.根據權利要求6所述的在線有功控制器，其特徵在於，所述數據處理進一步包括:對所述進行實時曲線跟隨、臺階式跟隨或者平滑處理後跟隨。
8.根據權利要求7所述的在線有功控制器，其特徵在於，所述判斷單元進一步用於判斷Ps.。。是否大於等於直流輸送風電的最大功率Pd。—_ ；以及在p__小於Pd。—_的情況下判斷所述發電總量Pstjurre是否小於等於直流輸送風電的最小功率Pdcuoin ； 所述控制單元進一步用於在Pstjurra大於等於Pd。—_的情況下，控制所述功率傳輸目標Pdcjef使其等於Pd。—max ;在Psource大於Pfcjlin且小於Ptkjlax的情況下，控制所述功率傳輸目標Pdcjef使其等於所述發 電總量Pstjurre ；以及在小於等於Pdcuoin的情況下，並且處於第四控制模式下，控制所述功率傳輸目標Pd。ref使其等於Pd。min;否則，對直流系統進行停運操作。
【文檔編號】H02J3/36GK103457284SQ201210196415
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月4日 優先權日:2012年6月4日
【發明者】嶽程燕, 謝海蓮, 蔡蓉 申請人:Abb技術有限公司