一種適用于大規(guī)模風(fēng)電外送的直流輸電控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于輸配電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于大規(guī)模風(fēng)電外送的直流輸電控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)能是新能源中開發(fā)較早、應(yīng)用較廣、技術(shù)最成熟、最具大規(guī)模開發(fā)前景的新能源 之一，因此許多國家都把風(fēng)電建設(shè)作為能源政策中的重要內(nèi)容。然而，風(fēng)力發(fā)電在整個(gè)能源 供應(yīng)體系中又長期處于從屬地位，這是由于其自身固有的缺點(diǎn)造成的：可靠性低，電能質(zhì) 量不佳，成本偏高，與水火電相比沒有競爭力。與水火電機(jī)組相比，風(fēng)能隨機(jī)性和間歇性的 特點(diǎn)造成風(fēng)電機(jī)組的出力頻繁波動(dòng)，從而風(fēng)電場的出力可靠性差，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的安 全、穩(wěn)定和優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，需要增加系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量和調(diào)頻機(jī)組容量，其后果是增加了系統(tǒng) 的運(yùn)行成本，如果增加的這部分成本大于風(fēng)電節(jié)省的燃料成本，這會(huì)降低電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì) 性。因此，如何采取切實(shí)可行的方法來提高風(fēng)電供電可靠性、增加風(fēng)電場運(yùn)行效益、實(shí)現(xiàn)可 再生能源的充分利用，具有重要的研宄意義。
[0003] 傳統(tǒng)直流輸電以其技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)特優(yōu)勢，在遠(yuǎn)距離大容量輸電和電網(wǎng)互聯(lián) 兩個(gè)方面對(duì)我國電力工業(yè)的發(fā)展起到十分重要的作用。自1987年舟山直流輸電工程以來， 我國已建成投運(yùn)傳統(tǒng)直流輸電工程近22項(xiàng)；到2020年，我國將建成15個(gè)特高壓直流輸電 工程，未來我國電網(wǎng)建設(shè)將依據(jù)交、直流輸電相輔相成、共同發(fā)展的原則，建成"強(qiáng)交強(qiáng)直" 的特高壓混合電網(wǎng)和堅(jiān)強(qiáng)的送、受端電網(wǎng)，其中直流工程總計(jì)達(dá)38項(xiàng)，我國即將建設(shè)的直 流輸電工程占世界直流輸電新建工程的一半以上。在未來30年之內(nèi)，傳統(tǒng)直流輸電在遠(yuǎn)距 離大容量輸電和電網(wǎng)互聯(lián)兩個(gè)方面在我國電網(wǎng)中將占有無可替代的地位。
[0004] 直流輸電的功率可以實(shí)現(xiàn)快速可控，因此可以考慮直流跟隨風(fēng)電功率波動(dòng)的輸電 技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)電功率的輸送。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種適用于大規(guī)模風(fēng)電外送的直流輸 電控制方法，先根據(jù)直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β屎椭绷飨到y(tǒng)消耗的無功功率確定直流電流整 定值和直流電壓整定值，再通過直流電流整定值對(duì)整流側(cè)進(jìn)行定電流控制，并通過直流電 壓整定值對(duì)逆變側(cè)進(jìn)行定電壓控制；最后根據(jù)直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β首儎?dòng)情況調(diào)整直流 系統(tǒng)消耗的無功功率，完成直流輸電控制。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明提供一種適用于大規(guī)模風(fēng)電外送的直流輸電控制方法，所述方法包括以下 步驟：
[0008] 步驟1 :計(jì)算直流電流整定值和直流電壓整定值；
[0009] 步驟2 :對(duì)整流側(cè)進(jìn)行定電流控制，并對(duì)逆變側(cè)進(jìn)行定電壓控制；
[0010] 步驟3 :根據(jù)直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β首儎?dòng)情況調(diào)整直流系統(tǒng)消耗的無功功率。
[0011] 計(jì)算直流電流整定值和直流電壓整定值之前包括：直流系統(tǒng)額定有功功率與風(fēng)電 場輸送的額定有功功率相匹配，直流系統(tǒng)額定無功功率為直流系統(tǒng)在輸送額定有功功率下 消耗的無功功率，根據(jù)風(fēng)電場輸送的額定有功功率和額定無功功率確定直流系統(tǒng)額定有功 功率P dN和額定無功功率Q
[0012] 所述步驟1中，U表示換流站變壓器閥側(cè)繞組空載線電壓有效值，ud(li表示逆變側(cè) 理想空載直流電壓，P d表示直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β剩琎d表示直流系統(tǒng)消耗的無功功率，S 表示直流系統(tǒng)的視在功率，直流電流整定值和直流電壓整定值分別用I dMf和U dMf表示，有：
[0016] 根據(jù)式（1)-(3)可得：
[0017]
[0018]
[0019] 所述步驟2中，根據(jù)直流電流整定值對(duì)整流側(cè)進(jìn)行定電流控制，并根據(jù)直流電壓 整定值對(duì)逆變側(cè)進(jìn)行定電壓控制，如圖3和圖4。
[0020] 所述步驟2具體包括以下步驟：
[0021] 步驟2-1 :直流電流測量值和直流電壓測量值分別用^和U d表示，整流側(cè)觸發(fā)角 和逆變側(cè)觸發(fā)角分別用aJP a ,表示，滿足：
[0022]
[0023]
[0024] 其中，Udta表示整流側(cè)理想空在直流電壓，U d(li表示逆變側(cè)理想空載直流電壓，d " 表示整流側(cè)比換相壓降，dxi表示逆變側(cè)比換相壓降，L表示直流系統(tǒng)傳輸線路等值電阻；
[0025] 步驟2-2:在UdQr、UdQi、屯和d xi已知，并控制逆變側(cè)觸發(fā)角a i不變的條件下，通 過調(diào)節(jié)整流側(cè)觸發(fā)角的大小，完成直流電流測量值I d的調(diào)整，使I d與直流電流整定值 IdMf相等；
[0026] 步驟2-3:在Ud(li和dxi已知，并控制直流電流測量值I d不變的條件下，通過調(diào)節(jié)逆 變側(cè)觸發(fā)角a ,的大小，完成直流電壓測量值U d的調(diào)整，使U d與直流電壓整定值U dMf相等。
[0027] 所述步驟3具體包括以下步驟：
[0028] 步驟3-1 :實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)電場輸送的實(shí)際有功功率，調(diào)整直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β?Pd，使P d跟隨風(fēng)電場輸送的實(shí)際有功功率波動(dòng)；
[0029] 步驟3-2:直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β蔖d與直流系統(tǒng)消耗的無功功率Q d之間滿足：
[0030]
[0031] ^表示功率因數(shù)角，且cos爐表示功率因數(shù)；
[0032] 1)當(dāng)風(fēng)電場輸送的實(shí)際有功功率為風(fēng)電場輸送的額定有功功率時(shí)，直流系統(tǒng)傳輸 的有功功率Pd即為直流系統(tǒng)額定有功功率P dN，根據(jù)式（6)可知，直流系統(tǒng)消耗的無功功率 Qd為直流系統(tǒng)額定無功功率Q _，功率因數(shù)C0SP為額定功率因數(shù)，外表示額定功率 因數(shù)角；
[0033] 2)當(dāng)風(fēng)電場輸送的實(shí)際有功功率波動(dòng)時(shí)，直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β蔖d隨之波動(dòng)， 直流系統(tǒng)消耗的無功功率％仍為直流系統(tǒng)額定無功功率Q dN，功率因數(shù)C0SP發(fā)生變化，當(dāng) 降低到最低限值cos^n或升高到最高限值，根據(jù)(^供胃或^仍^對(duì)應(yīng)的直 流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β食艘约纯芍匦碌玫街绷飨到y(tǒng)消耗的無功功率；
[0034] 步驟3-3 :直流系統(tǒng)的無功補(bǔ)償裝置跟隨直流系統(tǒng)消耗的額定無功功率的變化進(jìn) 行相應(yīng)投切，當(dāng)直流系統(tǒng)消耗的無功功率小于最小交流濾波器補(bǔ)償?shù)臒o功功率時(shí)，即使功 率因數(shù)COS0在設(shè)定范圍以外，此時(shí)直流系統(tǒng)消耗的無功功率不再變化，無功補(bǔ)償裝置不再 進(jìn)行投切。
[0035] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0036] 本發(fā)明提供的適用于大規(guī)模風(fēng)電外送的直流輸電控制方法，采用直流功率跟隨風(fēng) 電功率變化控制策略，根據(jù)直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β屎椭绷飨到y(tǒng)消耗的無功功率確定直流 電流整定值和直流電壓整定值，再通過直流電流整定值對(duì)整流側(cè)進(jìn)行定電流控制，并通過 直流電壓整定值對(duì)逆變側(cè)進(jìn)行定電壓控制；最后根據(jù)直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β首儎?dòng)情況調(diào) 整直流系統(tǒng)消耗的無功功率，完成直流輸電控制。本發(fā)明能有效降低交流系統(tǒng)送端的旋轉(zhuǎn) 備用容量和調(diào)頻機(jī)組容量，節(jié)約直流系統(tǒng)的運(yùn)行成本；根據(jù)功率因數(shù)變化分階段調(diào)整直流 系統(tǒng)消耗的無功功率曲線，配合無功補(bǔ)償裝置的投切，在保證合理功率因數(shù)變化范圍的同 時(shí)，維持交流母線電壓幅值在允許范圍內(nèi)，且降低系統(tǒng)無功補(bǔ)償裝置的投切頻次。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例中適用于大規(guī)模風(fēng)電外送的直流輸電控制方法流程圖；
[0038] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例中風(fēng)電場經(jīng)直流系統(tǒng)外送風(fēng)電功率示意圖；
[0039] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例中直流電流整定值和整流側(cè)觸發(fā)角控制框圖；
[0040] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例中直流電壓整定值和逆變側(cè)觸發(fā)角控制框圖；
[0041]圖5是本發(fā)明實(shí)施例中直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β首兓€圖；
[0042]圖6是本發(fā)明實(shí)施例中直流系統(tǒng)消耗的無功功率變化曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0044] 如圖1，本發(fā)明提供一種適用于大規(guī)模風(fēng)電外送的直流輸電控制方法，所述方法包 括以下步驟：
[0045] 步驟1 :計(jì)算直流電流整定值和直流電壓整定值；
[0046] 步驟2 :對(duì)整流側(cè)進(jìn)行定電流控制，并對(duì)逆變側(cè)進(jìn)行定電壓控制；
[0047] 步驟3 :根據(jù)直流系統(tǒng)傳輸?shù)挠泄β首儎?dòng)情況調(diào)整直流系統(tǒng)消耗的無功功率。
[0048] 計(jì)算直流電流整定值和直流電壓整定值之前包括：直流系統(tǒng)額定有功功率與風(fēng)電 場輸送的額定有功功率相匹配，直流系統(tǒng)額定無功功率為直流系統(tǒng)在輸送額定有功功率下 消耗的無功功率，根據(jù)風(fēng)電場輸送的額定有功功率和額定無功功率