一種快速有效抑制海島電網頻率波動的方法

2023-05-13 18:34:06 2

專利名稱：一種快速有效抑制海島電網頻率波動的方法
技術領域：
本發明涉及輸配電技術領域，具體地說是一種在柔性直流輸電工程中快速有效抑 制海島電網頻率波動的方法。
背景技術：
隨著柔性直流輸電技術的大力發展，柔性直流輸電技術(VSC-HVDC)被廣泛應用 於輸配電領域。由於VSC可工作於無源模式，使其成為向海島孤立負荷送電的首選。孤立 海島作為一個孤立的小電網，其負荷有一定的特殊性。以嵊泗海島電網為例，除島內常規負 荷外，還包括中轉碼頭的負荷，此類負荷為礦石中轉碼頭的裝卸港機船用電動機，這些負荷 的隨機波動性強，負荷變化幅值較大，而且工作周期較長。同時，嵊泗電網有風電場的接入， 風電出力的突變也會影響系統的有功功率平衡。由於衝擊性負荷和風電場出力的突變，使 系統的有功功率失去平衡，而電力系統的頻率取決於系統的有功功率平衡狀況，因此，當衝 擊性負荷和風電場出力突變時，會使系統的頻率產生波動，甚至破壞系統的頻率穩定性。因 此，如何抑制海島衝擊性負荷作用和風電場出力突變對海島電網頻率的影響，維持海島電 網的頻率穩定性，是個迫切需要解決的問題。一般情況下，當電網有功功率失去平衡後，發電機調速系統開始動作，但是由於調 速器的響應速度慢，無法及時的調整系統頻率。而基於雙饋感應風機的風電場雖然能夠對 其有功與無功進行解耦控制，但由於雙饋感應風機轉速與電網頻率的完全解耦控制，致使 在電網頻率發生改變時雙饋感應風機無法對電網提供頻率響應，無法幫助電網降低頻率變 化的速率。因此，現有的方法無法有效的抑制衝擊性負荷和風電場出力變化對海島電網頻 率的影響。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術存在的缺陷，提供一種能快速有 效抑制海島電網頻率波動的方法，以提高海島電網頻率的穩定性。為此，本發明採用如下的技術方案一種快速有效抑制海島電網頻率波動的方法， 其特徵在於當海島衝擊性負荷作用或風電場出力突變時，在VSC-HVDC系統的逆變側定有 功功率控制器中附加頻率修正模塊，該頻率修正模塊輸出的功率修正值Prefl由下式確定Prefl = kp (fref-f) +ki f (fref-f) dt,式中，f為海島電網頻率實測值，fref為海島電網頻率給定值，kp為比例積分環節 中的比例係數，&為比例積分環節中的積分係數。所述的定有功功率控制器功率給定值Pref由下式確定Pref = Prefl+Pref2，式中，Prefl為頻率修正模塊輸出的有功功率給定值，Pref2為海島電網額定運行時的 有功功率給定值。所述附帶頻率修正模塊的定有功功率控制器功率給定值跟蹤系統頻率變化的過程如下當海島電網頻率上升時，海島電網頻率實測值f和頻率給定值偏差經比例積 分環節，輸出一個負值的PMfl，致使定有功功率控制器的給定值Pm降低，VSC快速動作，減 少饋入海島電網的功率，海島電網頻率下降；當海島電網頻率下降時，海島電網頻率實測值 f和頻率給定值的偏差經比例積分環節，產生一個正值的Prefl，致使定有功功率控制器 的給定值Pm增大，VSC快速動作，增大饋入海島電網的功率，海島電網頻率升高。通過頻率修正模塊使定有功功率控制器的功率給定值能跟蹤系統頻率的變化，利 用VSC的快速響應特性，改變饋入海島電網的功率，使海島電網在衝擊性負荷作用以及風 電場出力突變時仍然保持有功功率平衡，維持系統的頻率穩定。本發明利用附加的頻率修正模塊，使定有功功率控制器能快速跟蹤海島電網的頻 率變化，通過VSC的快速響應，改變饋入海島電網的有功功率，使海島電網受衝擊性負荷作 用以及風電場出力突變時能快速有效抑制海島電網頻率波動，仍然保持有功功率平衡，維 持系統的頻率穩定。下面結合說明書附圖對本發明作進一步詳述。


圖1為VSC-HVDC系統的結構圖。圖2為本發明VSC-HVDC系統向海島負荷供電示意圖。圖3為本發明附加頻率修正模塊的逆變側定有功功率控制原理圖。圖4為現有未採用頻率修正模塊時海島衝擊性負荷作用下的海島電網頻率仿真 波形。圖5為本發明採用頻率修正模塊時海島衝擊性負荷作用下的海島電網頻率仿真 波形。圖6為本發明採用頻率修正模塊時海島衝擊性負荷作用下柔性直流輸電系統饋 入海島電網的有功功率仿真波形。
具體實施例方式VSC-HVDC系統結構如圖1所示，Uc為換流器輸出電壓的基波分量；Us為交流母線 電壓基波分量；S為隊和f/s間的相角差；換流器採用PWM控制，m為調製度。通過對δ和m 的調節，可以快速的控制VSC-HVDC的有功功率和無功功率。本發明中，VSC-HVDC系統向海島負荷供電，如圖2所示，海島等值發電機容量為 120MW, VSC-HVDC系統採用整流側定直流電壓，逆變側定有功功率和交流母線電壓控制方 式，逆變側附帶頻率修正模塊的定有功功率控制原理圖如圖3所示。當海島電網受衝擊性 負荷作用時，分別對VSC-HVDC未採用頻率修正模塊和採用頻率修正模塊兩種控制方式進 行了仿真。VSC未採用頻率修正模塊時，電網內有衝擊性負荷衝擊(在18s至20s期間投入 30MW負荷)的情況下，系統側頻率波動明顯，如圖4所示，頻率最低點跌至49. 7HZ以下。當 VSC採用頻率修正模塊時，系統在衝擊性負荷作用下(在18s至20s期間投入30MW負荷)， 系統側頻率波動不明顯，如圖5所示，頻率保持在49. 9HZ附近，柔性直流輸電系統饋入海島 電網的的有功功率在衝擊負荷投入期間由IOMW增至35MW，如圖6所示，可見附加的頻率修 正模塊已經發揮作用。仿真證明了附加的頻率修正模塊能快速有效的抑制系統的頻率波動，改善系統的頻率穩定性。
權利要求
一種快速有效抑制海島電網頻率波動的方法，其特徵在於當海島衝擊性負荷作用或風電場出力突變時，在VSC HVDC系統的逆變側定有功功率控制器中附加頻率修正模塊，該頻率修正模塊輸出的功率修正值Pref1由下式確定Pref1＝kp(fref f)+ki∫(fref f)dt，式中，f為海島電網頻率實測值，fref為海島電網頻率給定值，kp為比例積分環節中的比例係數，ki為比例積分環節中的積分係數。所述的定有功功率控制器功率給定值Pref由下式確定Pref＝Pref1+Pref2，式中，Pref1為頻率修正模塊輸出的有功功率給定值，Pref2為海島電網額定運行時的有功功率給定值。
2.根據權利要求1所述的快速有效抑制海島電網頻率波動的方法，其特徵在於所述附 帶頻率修正模塊的定有功功率控制器功率給定值跟蹤系統頻率變化的過程如下當海島電 網頻率上升時，海島電網頻率實測值f和頻率給定值Pref的偏差經比例積分環節，輸出一個 負值的功率修正值Prefl，致使定有功功率控制器的給定值Pref降低，VSC快速動作，減少饋入 海島電網的功率，海島電網頻率下降；當海島電網頻率下降時，海島電網頻率實測值f和頻 率給定值的偏差經比例積分環節，產生一個正值的功率修正值Prefl，致使定有功功率控 制器的給定值增大，VSC快速動作，增大饋入海島電網的功率，海島電網頻率升高。全文摘要
本發明公開了一種能快速有效抑制海島電網頻率波動的方法。目前的方法尚未能有效的抑制衝擊性負荷和風電場出力變化對海島電網頻率的影響。本發明採用的技術方案是在VSC-HVDC的逆變側定有功功率控制器中附加頻率修正模塊，通過頻率修正模塊使定有功功率控制器的功率給定值能跟蹤系統頻率的變化，利用VSC的快速響應特性，改變饋入海島電網的功率，使海島電網在衝擊性負荷作用以及風電場出力突變時仍然保持有功功率平衡，維持系統的頻率穩定。
文檔編號H02J1/02GK101997312SQ20101057864
公開日2011年3月30日 申請日期2010年12月8日 優先權日2010年12月8日
發明者嶽偉, 楊曉東, 胡靜, 趙成勇, 陸翌 申請人:浙江省電力試驗研究院;浙江省電力試驗研究院技術服務中心;華北電力大學