新能源外送系统及火电机组调速死区设定协调控制方法

摘要

本发明提供一种新能源外送系统及火电机组调速死区设定协调控制方法，系统包括新能源发送电路、VSC、LCC、火电机组和负荷中心，其中，新能源发送电路与所述火电机组并网连接LCC；在新能源发送电路的远端与LCC之间连接有VSC；LCC与负荷中心相连接。本发明针对新能源与火电捆绑直流外送系统，将新能源用直流汇集后经VSC变流器逆变接入LCC整流变流器交流母线为交流母线提供就地无功补偿，减少对火电机组稳定运行的影响。一方面为了充分利用已有的火电基地直流远距离送出线路，另一方面为可利用柔性直流输电系统VSC的灵活性将波动性的新能源出力作为传统直流送出的支撑。

说明书

技术领域

本发明涉及新能源输送领域，尤其涉及一种新能源外送系统及火电机组调速死区设定协调控制方法。

背景技术

大规模风电采用基于LCC-HVDC进行并网时，送端LCC-HVDC被视为无源负载，如果在并网处没有交流电压源支撑，则LCC变流器可能无法正常换向，为此相关的研究单位提出了新能源与火电打捆送出的想法，在送端电网配置一定的同步火电机组提供同步支撑，来实现新能源的有效送出。但是该方案的使用有一定的局限性，尤其是需要在新能源基地配置大量的火电，即在开发新能源的同时，当地还要配套上一定装机火电，且针对新能源出力的波动性，火电机组还需要频繁的调节，增大了整个系统运行的风险。

发明内容

本发明提供一种新能源外送系统及火电机组调速死区设定协调控制方法，以解决现有技术中由于新能源出力的波动性，增加系统运行风险的技术问题。

本发明提供一种新能源外送系统，所述系统包括新能源发送电路、VSC、LCC、火电机组、负荷中心，其中，新能源发送电路与所述火电机组并网连接LCC；在新能源发送电路的远端与LCC之间连接有VSC；LCC与负荷中心相连接。

优选的，所述新能源发送电路与所述火电机组通过变压器与LCC电连接。

优选的，所述方法包括：

设定新能源直流汇集与火电打捆直流送出系统的容量；

根据所述新能源直流汇集与火电打捆直流送出系统构建仿真系统模型；

确定仿真分析边界条件；

通过LCC整流侧的功率-频率曲线和火电机组调速系统功率—转速下垂曲线对比新能源电站出力变化对火电机组调速的影响，确定直流整流侧控制参数。

所述确定仿真分析边界条件包括：

设定LCC整流侧的功率-频率曲线的斜率K_f的初值、火电机组调速系统功率—转速下垂曲线的斜率K_w的初值以及死区的初始值；

统计和设定新能源电站出力波动变化率；

设定LCC送出系统功率振荡允许值。

优选的，所述LCC整流侧的功率-频率曲线为：P_LCCr＝P_LCCr0+K_f*(f-f₀)，其中，P_LCCr为rLCC功率给定值、P_LCCr0为rLCC功率给定值初始值、K_f为有功功率-频率比例曲线的斜率；f为rLCC交流母线频率；f₀为rLCC交流母线额定频率。

优选的，所述火电机组调速系统功率—转速下垂曲线为P_g＝P_g0+K_ω*(ω₀-ω)，其中，P_g为火电机组输出功率、P_g0为火电机组输出功率初始值、K_w为功率—转速下垂曲线的斜率、w为火电机组转速、w₀为火电机组额定转速。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明提供一种新能源外送系统及直流整流侧控制参数的整定方法，系统包括新能源发送电路、VSC、LCC、火电机组和负荷中心，其中，新能源发送电路与所述火电机组并网连接LCC；在新能源发送电路的远端与LCC之间连接有VSC；LCC与负荷中心相连接。方法包括：设定新能源直流汇集与火电打捆直流送出系统的容量；根据所述新能源直流汇集与火电打捆直流送出系统构建仿真系统模型；确定仿真分析边界条件；通过LCC整流侧的功率-频率曲线和火电机组调速系统功率—转速下垂曲线对比新能源电站出力变化对火电机组调速的影响，确定直流整流侧控制参数。本发明针对新能源与火电捆绑直流外送系统，将新能源用直流汇集后经VSC变流器逆变接入LCC整流变流器交流母线为交流母线提供就地无功补偿，减少对火电机组稳定运行的影响。一方面为了充分利用已有的火电基地直流远距离送出线路，另一方面为可利用柔性直流输电系统VSC的灵活性将波动性的新能源出力作为传统直流送出的支撑。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的一种新能源外送系统的结构示意图；

图2是本发明实施例中提供的一种直流整流侧控制参数的整定方法的方法流程图；

图3是本发明实施例中提供的一种步骤S103的方法流程图；

图4是本发明实施例中提供的不同K_f取值的系统运行特性线图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置的例子。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

请参考图1，所示为本发明实施例中提供的一种新能源外送系统的结构示意图。

由图1可见，所述系统包括新能源发送电路、VSC(电源变换器，英文全称：voltagesource converter)、LCC(电网换相型换流器，英文全拼为line commutated converter)、火电机组和负荷中心，其中，新能源发送电路与所述火电机组并网连接LCC；在新能源发送电路的远端与LCC之间连接有VSC；LCC与负荷中心相连接。LCC包括依次连接的rLCC(LCC整流器，英文全称：LCC rectifier)和iLCC(LCC逆变器，英文全称：LCC inverter)。

新能源发电直流汇集电能后，经直流电缆传输至远端VSC变流器逆变，利用iMMC(模块化多电平变流逆变器，英文全称：MMC inverter)，并通过变压器连接在LCC整流变流器交流母线上，进而与火电厂捆绑经原有LCC-HVDC外送至负荷中心。VSC采用定直流电压控制稳定光伏电站出口直流电压；由于MMC(模块化多电平变流器，英文全称：ModulatorMultilevel Converter)采用矢量控制，可以为LCC交流母线提供就地无功补偿，这种结构减弱了新能源发电的波动对配套火电机组的影响，这不仅充分利用了原有直流输电线路，又增加了系统运行的灵活性。本发明针对新能源用直流汇集后经VSC变流器逆变接入LCC整流变流器交流母线为交流母线提供就地无功补偿，在此基础上提出了考虑火电机组调速死区的LCC整流侧功率—频率控制和火电机组调速死区设定相结合的整定方法，用于减少对火电机组稳定运行的影响。

优选的，所述新能源发送电路与所述火电机组通过变压器与LCC电连接。

请参考图2，所示为本发明实施例中提供的一种直流整流侧控制参数的整定方法的方法流程图。

由图2可见，所述方法包括：

步骤S101：设定新能源直流汇集与火电打捆直流送出系统的容量。

步骤S102：根据所述新能源直流汇集与火电打捆直流送出系统构建仿真系统模型。

步骤S103：确定仿真分析边界条件。

步骤S104：通过LCC整流侧的功率-频率曲线和火电机组调速系统功率—转速下垂曲线对比新能源电站出力变化对火电机组调速的影响，确定直流整流侧控制参数。

根据研究系统，确定新能源接入电网的容量与火电、直流系统的容量等信息，将系统简化成为图1所示系统。在仿真软件MATLAB或者PSCAD中搭建仿真系统的模型，其中新能源采用直流汇集，采用定直流电压控制方式。

进一步的，所述步骤S102中，仿真分析边界条件确定。设定分析的边界条件包括：设定LCC整流侧的功率-频率k_f的初值；设定火电机组调速系统K_w的初值，死区的初值(f₁″-f₂″)＞(f₁-f₂)；设定新能源电站出力波动变化率；设定LCC送出系统功率振荡允许值。

进一步的，所述步骤S103中，根据新能源电站出力变化对火电机组调速影响，最终确定调速系统死区和直流控制参数。

请参考图3，所示为本发明实施例中提供的一种步骤S103的方法流程图。

由图3可见，所述步骤S103包括：

步骤S1031：设定LCC整流侧的功率-频率曲线的斜率K_f的初值、火电机组调速系统功率—转速下垂曲线的斜率K_w的初值以及死区的初始值。

步骤S1032：统计和设定新能源电站出力波动变化率。

步骤S1033：设定LCC送出系统功率振荡允许值。

所述LCC整流侧的功率-频率曲线为：P_LCCr＝P_LCCr0+K_f*(f-f₀)，其中，P_LCCr为rLCC功率给定值、P_LCCr0为rLCC功率给定值初始值、K_f为有功功率-频率比例曲线的斜率；f为rLCC交流母线频率；f₀为rLCC交流母线额定频率。

所述火电机组调速系统功率—转速下垂曲线为P_g＝P_g0+K_ω*(ω₀-ω)，其中，P_g为火电机组输出功率、P_g0为火电机组输出功率初始值、K_w为功率—转速下垂曲线的斜率、w为火电机组转速、w₀为火电机组额定转速。

本发明针对新能源与火电捆绑直流外送系统，将新能源用直流汇集后经VSC变流器逆变接入LCC整流变流器交流母线为交流母线提供就地无功补偿，减少对火电机组稳定运行的影响。一方面为了充分利用已有的火电基地直流远距离送出线路，另一方面为可利用柔性直流输电系统VSC的灵活性将波动性的新能源出力作为传统直流送出的支撑。

请参考图4，所示为本发明实施例中提供的不同K_f取值的系统运行特性线图。

当新能源出力增大时，rLCC交流母线频率增大，rLCC传输功率应随之增大，因此rLCC传输功率与其交流母线频率成正比，rLCC功率——频率比例控制表达式为：

P_LCCr＝P_LCCr0+K_f*(f-f₀)>

其中，P_LCCr为rLCC功率给定值，P_LCCr0为rLCC功率给定值初始值；K_f为有功功率-频率比例曲线的斜率；f为rLCC交流母线频率；f₀为rLCC交流母线额定频率。式(1)对应特性线为图4中直线P_LCC-f和直线P_LCC′-f。

火电机组一次调频的功率——转速下垂控制表达式为：

P_g＝P_g0+K_ω*(ω₀-ω)>

其中，P_g为火电机组输出功率，P_g0为火电机组输出功率初始值；K_w为功率—转速下垂曲线的斜率；w为火电机组转速，w₀为火电机组额定转速。式(2)对应特性线为图4中直线P_g-w。

若在额定功率/转速附近增加调速死区，则火电机组功率—转速下垂特性线如图4中直线P_g″-w，与火电机组不含调速死区相比，不变量应为PV(光伏，英文全称：Photovoltaic)的输出功率。初始时，系统运行频率为f₁″，rLCC传输功率为P_LCC1″，火电机组输出功率为P_g1″，则PV输出功率为P_LCC1″-P_g1″，且应满足：

P_LCC1-P_g1＝P_LCC1″-P_g1″>

当新能源输出功率减小时，系统频率由f₁″减小到f₂″，rLCC传输功率减小到P_LCC2″，其变化量为ΔP_LCC″，火电机组输出功率增大到P_g2″，其变化量为ΔP_g″，其中，

ΔP_LCC″＝P_LCC1″-P_LCC2″>

ΔP_g″＝P_g2″-P_g1″>

PV输出功率减小到P_LCC2″-P_g2″，且应满足：

P_LCC2-P_g2＝P_LCC2″-P_g2″>

由图4可见，ΔP_LCC″＞ΔP_LCC和ΔP_g″＜ΔP_g，同理可分析新能源输出功率增大的情况。因此可知，增加火电机组转速调节死区，同样可以减小新能源输出功率波动对火电机组组输出功率的影响。若转速调节死区范围较宽，使得f₁″和f₂″都在其范围内，则在稳态时，新能源输出功率的变化对火电机组输出功率无影响，其变化量全部由rLCC传输；但同时也应注意到，增加转速调节死区后，(f₁″-f₂″)＞(f₁-f₂)，即新能源输出功率波动引起的系统频率波动范围更大，因此，所加转速死区范围不能过宽，否则将影响到系统的稳定。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。