风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法及装置

摘要

本发明公开了一种风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法及装置，该方法包括：获取交流系统频率；判断交流系统频率与预设频率的大小；当交流系统频率小于预设频率时，根据交流系统频率释放第一有功功率；根据第一有功功率判断交流系统实时有功功率和初始功率的差值；当差值大于零时，根据第一有功功率和差值释放第二有功功率；根据第一有功功率和第二有功功率对交流系统频率进行调节。通过实施本发明，第一有功功率提供的瞬时惯性支撑，避免了直接调节风电场控制系统时其响应及信号传输的延时。同时该惯性控制装置在释放第一有功功率后，进一步通过释放了第二有功功率，解决了柔性直流输电系统直流电容存储能量有限，支撑时间短的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法及装置。

背景技术

柔性直流输电系统基于电压源型换流器，具有不存在换相失败、独立控制有功功率和无功功率、可向无源网络供电等优点，为可再生能源并网提供了有效解决方案。近年来随着国内外大规模、远距离风电的快速发展，多个远海柔性直流输电工程处于规划阶段，未来可实现大规模风电场经柔性直流输电接入交流系统。当风电场的输出功率与交流系统的运行状态完全解耦，随着风电场容量的增加，电网等效惯性时间常数就会下降，在负荷变化和系统故障下会导致较大的频率偏差，严重影响电力系统安全稳定运行。为提高电网整体性能，有必要引入一种综合惯性控制方法，支援交流系统频率控制。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了涉及一种风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法及装置，以解决现有技术中风电场的输出功率与交流系统的运行状态完全解耦影响电力系统安全稳定运行的技术问题。

本发明提出的技术方案如下：

本发明实施例第一方面提供一种风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法，包括：获取交流系统频率；判断所述交流系统频率与预设频率的大小；当所述交流系统频率小于预设频率时，根据所述交流系统频率释放第一有功功率；根据所述第一有功功率判断交流系统实时有功功率和初始功率的差值；当所述差值大于零时，根据所述第一有功功率和所述差值释放第二有功功率；根据所述第一有功功率和所述第二有功功率对交流系统频率进行调节。

可选地，根据所述第一有功功率判断交流系统实时有功功率和初始功率的差值，包括：根据所述第一有功功率调节交流系统频率；获取调节后交流系统实时有功功率；判断交流系统实时有功功率和初始功率的差值。

可选地，当所述交流系统频率小于预设频率时，根据所述交流系统频率释放第一有功功率，包括：当所述交流系统频率小于预设频率时，根据所述交流系统频率和柔性直流输电系统直流电容计算得到直流电压调节值；基于所述直流电压调节值释放第一有功功率。

可选地，所述直流电压调节值通过以下公式表示：

其中，

所述第一有功功率通过以下公式表示：

可选地，在获取交流系统频率之前，还包括：获取交流系统电网接入点频率；将所述交流系统电网接入点频率进行滤波，得到交流系统频率。

可选地，根据所述第一有功功率和所述第二有功功率对交流系统频率进行调节，包括：根据所述第一有功功率调节交流系统频率；根据所述第二有功功率调节风电场输出有功功率；根据所述风电场输出有功功率调节交流系统频率；该惯性控制方法还包括：当所述差值小于等于零时，根据所述第一有功功率对交流系统频率进行调节。

本发明实施例第二方面提供一种风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置，包括：第一惯性控制器，用于获取交流系统频率；判断所述交流系统频率与预设频率的大小；当所述交流系统频率小于预设频率时，根据所述交流系统频率释放第一有功功率；第二惯性控制器，用于根据所述第一有功功率判断交流系统实时有功功率和初始功率的差值；当所述差值大于零时，根据所述第一有功功率和所述差值释放第二有功功率；交流系统，用于根据所述第一有功功率和所述第二有功功率进行频率调节。

可选地，该风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置还包括：风电场控制系统，所述风电场控制系统接收所述第二有功功率得到风电场输出有功功率，所述交流系统根据所述第一有功功率和所述风电场输出有功功率进行频率调节。

可选地，该风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置还包括：锁相环，用于获取交流系统电网接入点频率；滤波器，用于将所述交流系统电网接入点频率进行滤波，得到交流系统频率。

本发明实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法。

本发明提供的技术方案，具有如下效果：

本发明实施例提供的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法及装置，首先通过柔性直流输电系统中释放的第一有功功率对交流系统提供瞬时惯性支撑。同时再通过柔性直流输电系统释放的第二有功功率，通过对风电场控制系统输出有功功率的调节，完成对交流系统频率的控制。由此，该惯性控制装置，第一有功功率提供的瞬时惯性支撑，避免了直接调节风电场控制系统时其响应及信号传输的延时。同时该惯性控制装置在释放第一有功功率后，进一步通过实时有功功率和初始功率的差值释放了第二有功功率，解决了柔性直流输电系统直流电容存储能量有限，支撑时间短的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置的结构框图；

图3是根据本发明实施例的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置的控制流程图；

图4是根据本发明实施例的控制策略逻辑框图；

图5是根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图；

图6是根据本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法，其中，该并网系统包括风电场控制系统、柔性直流输电系统以及交流系统，风电场控制系统通过柔性直流输电系统接入交流系统。其中，柔性直流输电系统中可以设置受端换流站控保系统，受端换流站控保系统中设置有受端换流站。该惯性控制方法可以由受端换流站控保系统实现。如图1所示，该惯性控制方法包括如下步骤：

步骤S101：获取交流系统频率。在一实施例中，可以通过锁相环实时测量交流系统电网接入点频率，经过一阶滤波处理后得到交流系统频率。其中，通过一阶滤波处理可以避免锁相环动态检测频率信号的高频波动。

步骤S102：判断交流系统频率与预设频率的大小；其中，预设频率可以为交流系统的额定频率。对于获取的交流系统频率可以传输至柔性直流输电系统，柔性直流输电系统判断交流系统频率是否发生扰动，即判断交流系统频率和交流系统额定频率的大小。

步骤S103：当交流系统频率小于预设频率时，根据交流系统频率释放第一有功功率；具体地，当判断交流系统频率小于预设频率时，说明此时交流系统频率发生了扰动，需要对交流系统进行惯性控制。此时可以先通过释放柔性直流输电系统中直流电容的有功功率为交流系统提供瞬时惯性支撑。

在一实施例中，在释放中直流电容的有功功率即第一有功功率时，可以基于获取的交流系统频率确定。具体地，首先根据交流系统频率和柔性直流输电系统直流电容计算得到直流电压调节值，直流电压调节值通过以下公式表示：

其中，

在确定直流电压调节值之后，可以通过该直流电压调节值进行直流电压调节，则柔性直流输电系统可以释放第一有功功率对交流系统频率调节。其中，释放的第一有功功率通过以下公式表示：

步骤S104：根据第一有功功率判断交流系统实时有功功率和初始功率的差值。在一实施例中，在柔性直流输电系统释放第一有功功率后，交流系统可以基于该第一有功功率调节其频率实现交流系统频率的调节。但是由于柔性直流输电系统直流电容中储存的能量有限，且支撑时间短。因此，在采用第一有功功率实现交流频率调节的同时，可以实时获取交流系统的频率。同时还可以获取交流系统正常运行时的初始功率，并将获取的交流系统的实时有功功率和初始功率作差，判断柔性直流输电系统释放的第一有功功率是否完成了对交流系统频率扰动的补偿。

步骤S105：当差值大于零时，根据第一有功功率和差值释放第二有功功率；具体地，当实时有功功率和初始功率的差值大于零时，说明柔性直流输电系统释放的第一有功功率不足以完成对交流系统频率扰动的补偿。此时柔性直流输电系统可以释放第二有功功率至风电场控制系统，由第二有功功率调节风电场控制系统的输出功率，从而实现对交流系统频率的控制。

在一实施例中，柔性直流输电系统释放的第二有功功率可以通过第一有功功率和上述差值确定。具体地，第二有功功率可以通过以下公式计算得到：

其中，p表示交流系统的实时有功功率，p

在一具体实施方式中，风电场控制系统通过第二有功功率改变自身输出有功功率，进而改变柔性直流输电系统输送到交流系统的有功功率，实现了在风电场控制系统输出功率变换的同时，相应的改变柔性直流输电系统输入的功率，以支援交流系统的频率调节。

在一实施例中，当差值等于零时，根据第一有功功率对交流系统频率进行调节。具体地，当判断实时有功功率和初始功率的差值等于零时，说明柔性直流输电系统释放的第一有功功率已经完成了对交流系统频率扰动的补偿。或者说此时交流系统的频率扰动较小，通过柔性直流输电系统的直流电容中释放的能量已经足以实现对交流系统的控制。

步骤S106：根据第一有功功率和第二有功功率对交流系统频率进行调节。具体地，柔性直流输电系统的直流电容释放的第一有功功率可以直接提供给交流系统，对交流系统提供瞬时惯性支撑。同时，柔性直流输电系统释放的第二有功功率可以通过对风电场控制系统输出有功功率的控制，完成对交流系统频率的控制。

在一实施例中，通过柔性直流输电系统释放的第一有功功率和第二有功功率的调节，使得交流系统频率恢复正常，即恢复到正常功率传输状态后，则柔性直流输电系统则不再释放第一有功功率和第二有功功率，柔性直流输电系统功率参考值回到正常设定值，风电场控制系统有功功率输出值恢复到原设定值。

本发明实施例提供的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法，首先通过柔性直流输电系统中释放的第一有功功率对交流系统提供瞬时惯性支撑。同时再通过柔性直流输电系统释放的第二有功功率，通过对风电场控制系统输出有功功率的调节，完成对交流系统频率的控制。由此，该惯性控制方法，第一有功功率提供的瞬时惯性支撑，避免了直接调节风电场控制系统时其响应及信号传输的延时。同时该惯性控制方法在释放第一有功功率后，进一步通过实时有功功率和初始功率的差值释放了第二有功功率，解决了柔性直流输电系统直流电容存储能量有限，支撑时间短的问题。

本发明实施例还提供一种风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置，如图2所示，该系统包括：第一惯性控制器，用于获取交流系统频率；判断交流系统频率与预设频率的大小；当交流系统频率小于预设频率时，根据交流系统频率释放第一有功功率；第二惯性控制器，用于根据第一有功功率判断交流系统实时有功功率和初始功率的差值；当差值大于零时，根据第一有功功率和差值释放第二有功功率；交流系统，用于根据第一有功功率和第二有功功率进行频率调节。

具体地，在风电场经柔性直流输电并网系统通过包括风电场控制系统、柔性直流输电系统和交流系统。在该惯性控制装置中，可以在柔性直流输电系统中设置受端换流站控保系统，受端换流站控保系统中设置有受端换流站、第一惯性控制器和第二惯性控制器。其中，第一惯性控制器可以判断交流系统频率与预设频率的大小，即判断交流系统频率是否发生了扰动。当交流系统频率小于预设频率，即小于额定频率时，第一惯性控制器根据对交流系统频率的计算释放柔性直流输电系统中直流电容的能量，即释放第一有功功率。

在一实施例中，在释放中直流电容的有功功率即第一有功功率时，可以基于获取的交流系统频率确定。具体地，首先根据交流系统频率和柔性直流输电系统直流电容计算得到直流电压调节值，直流电压调节值通过以下公式表示：

其中，

在确定直流电压调节值之后，可以通过该直流电压调节值进行直流电压调节，则柔性直流输电系统可以释放第一有功功率对交流系统频率调节。其中，释放的第一有功功率通过以下公式表示：

在一实施例中，当第一惯性控制器控制释放第一有功功率后，交流系统可以基于该第一有功功率调节其频率实现交流系统频率的调节。但是由于柔性直流输电系统直流电容中储存的能量有限，且支撑时间短。因此，在采用第一有功功率实现交流频率调节的同时，第二惯性控制器可以实时获取交流系统的频率。同时还可以获取交流系统正常运行时的初始功率，并将获取的交流系统的实时有功功率和初始功率作差，判断柔性直流输电系统释放的第一有功功率是否完成了对交流系统频率扰动的补偿。

具体地，当第二惯性控制器判断实时有功功率和初始功率的差值大于零时，说明柔性直流输电系统释放的第一有功功率不足以完成对交流系统频率扰动的补偿。此时柔性直流输电系统可以释放第二有功功率至风电场控制系统，由第二有功功率调节风电场控制系统的输出有功功率，从而实现对交流系统频率的控制。

在一实施例中，柔性直流输电系统释放的第二有功功率可以通过第一有功功率和上述差值确定。具体地，第二有功功率可以通过以下公式计算得到：

其中，p表示交流系统的实时有功功率，p

在一具体实施方式中，风电场控制系统通过第二有功功率改变自身输出有功功率，进而改变柔性直流输电系统输送到交流系统的有功功率，实现了在风电场控制系统输出功率变换的同时，相应的改变柔性直流输电系统输入的功率，以支援交流系统的频率调节。

本发明实施例提供的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置，首先通过柔性直流输电系统中释放的第一有功功率对交流系统提供瞬时惯性支撑。同时再通过柔性直流输电系统释放的第二有功功率，通过对风电场控制系统输出有功功率的调节，完成对交流系统频率的控制。由此，该惯性控制装置，第一有功功率提供的瞬时惯性支撑，避免了直接调节风电场控制系统时其响应及信号传输的延时。同时该惯性控制装置在释放第一有功功率后，进一步通过实时有功功率和初始功率的差值释放了第二有功功率，解决了柔性直流输电系统直流电容存储能量有限，支撑时间短的问题。

在一实施例中，该风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置还包括：锁相环，用于获取交流系统电网接入点频率；滤波器，用于将交流系统电网接入点频率进行滤波，得到交流系统频率。具体地，为了避免锁相环动态检测频率信号的高频扰动，通过对接入点频率进行一阶滤波处理得到交流系统频率。

本发明实施例提供的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置的功能描述详细参见上述实施例中风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法描述。

如图3所示，本发明实施例提供的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制装置可以按照以下流程实现惯性控制：

步骤201：柔性直流输电系统采用锁相环测量交流电网接入点的频率。

具体地，柔性直流输电系统采用锁相环实时测量交流系统电网接入点频率，为避免锁相环动态检测频率信号的高频波动，通过一阶滤波器处理后得到交流系统频率信号f

步骤202：第一惯性控制器根据交流系统频率生成直流电压调节值V

当交流系统频率f

步骤203：第二惯性控制器根据交流系统频率生成第二有功功率Δp

当交流系统频率f

步骤204：将第二有功功率Δp

具体地，第二惯性控制器将第二有功功率输送到风电场控制系统时，可以在二者之间设置冗余通信回路，以保证信号的可靠性。其中，由于信号传递时可以存在通信延时，且风电场控制系统内风机动作需要响应时间。因此，在此过程中，柔性直流输电系统释放的第一有功功率能够提供瞬时支撑。

步骤205：风电场控制系统调节柔性直流输电系统传输功率，实现交流系统频率功率调制。

具体地，风电场控制系统根据第二有功功率，改变风电场输出有功功率，进而改变柔性直流输电系统输送到交流系统的有功功率，实现了交流系统的频率调节。

步骤206：当交流系统频率恢复正常，恢复到正常功率传输状态。

具体地，通过柔性直流输电系统释放的第一有功功率和第二有功功率的调节，使得交流系统频率恢复正常，即恢复到正常功率传输状态后，则柔性直流输电系统则不再释放第一有功功率和第二有功功率，柔性直流输电系统功率参考值回到正常设定值，风电场控制系统有功功率输出值恢复到原设定值。

本发明实施例还提供一种存储介质，如图5所示，其上存储有计算机程序601，该指令被处理器执行时实现上述实施例中风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法的步骤。该存储介质上还存储有音视频流数据，特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大小等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read－Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid－State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read－Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid－State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，该电子设备可以包括处理器51和存储器52，其中处理器51和存储器52可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

处理器51可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。

存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法。

存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器51所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述处理器51执行时，执行如图1所示实施例中的风电场经柔性直流输电并网系统的惯性控制方法。

上述电子设备具体细节可以对应参阅图1至图2所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。