一種新能源外送系統(tǒng)及直流整流側(cè)控制參數(shù)的整定方法與流程

本發(fā)明涉及新能源輸送領(lǐng)域，尤其涉及一種新能源外送系統(tǒng)及直流整流側(cè)控制參數(shù)的整定方法。

背景技術(shù)：

大規(guī)模風電采用基于LCC-HVDC進行并網(wǎng)時，送端LCC-HVDC被視為無源負載，如果在并網(wǎng)處沒有交流電壓源支撐，則LCC變流器可能無法正常換向，為此相關(guān)的研究單位提出了新能源與火電打捆送出的想法，在送端電網(wǎng)配置一定的同步火電機組提供同步支撐，來實現(xiàn)新能源的有效送出。但是該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電，即在開發(fā)新能源的同時，當?shù)剡€要配套上一定裝機火電，且針對新能源出力的波動性，火電機組還需要頻繁的調(diào)節(jié)，增大了整個系統(tǒng)運行的風險。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新能源外送系統(tǒng)及直流整流側(cè)控制參數(shù)的整定方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于新能源出力的波動性，增加系統(tǒng)運行風險的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供一種新能源外送系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括新能源發(fā)送電路、VSC、LCC、火電機組、負荷中心，其中，新能源發(fā)送電路與所述火電機組并網(wǎng)連接LCC；在新能源發(fā)送電路的遠端與LCC之間連接有VSC；LCC與負荷中心相連接。

優(yōu)選的，所述新能源發(fā)送電路與所述火電機組通過變壓器與LCC電連接。

優(yōu)選的，所述方法包括：

設定新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)的容量；

根據(jù)所述新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)構(gòu)建仿真系統(tǒng)模型；

確定仿真分析邊界條件；

通過LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線和火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線對比新能源電站出力變化對火電機組調(diào)速的影響，確定直流整流側(cè)控制參數(shù)。

所述確定仿真分析邊界條件包括：

設定LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線的斜率K_f的初值和火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率K_w的初值；

統(tǒng)計和設定新能源電站出力波動變化率；

設定LCC送出系統(tǒng)功率振蕩允許值。

優(yōu)選的，所述LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線為：P_LCCr＝P_LCCr0+K_f*(f-f₀)，其中，P_LCCr為rLCC功率給定值、P_LCCr0為rLCC功率給定值初始值、K_f為有功功率-頻率比例曲線的斜率；f為rLCC交流母線頻率；f₀為rLCC交流母線額定頻率。

優(yōu)選的，所述火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線為P_g＝P_g0+K_ω*(ω₀-ω)，其中，P_g為火電機組輸出功率、P_g0為火電機組輸出功率初始值、K_w為功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率、w為火電機組轉(zhuǎn)速、w₀為火電機組額定轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明的實施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：

本發(fā)明提供一種新能源外送系統(tǒng)及直流整流側(cè)控制參數(shù)的整定方法，系統(tǒng)包括新能源發(fā)送電路、VSC、LCC、火電機組和負荷中心，其中，新能源發(fā)送電路與所述火電機組并網(wǎng)連接LCC；在新能源發(fā)送電路的遠端與LCC之間連接有VSC；LCC與負荷中心相連接。方法包括：設定新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)的容量；根據(jù)所述新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)構(gòu)建仿真系統(tǒng)模型；確定仿真分析邊界條件；通過LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線和火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線對比新能源電站出力變化對火電機組調(diào)速的影響，確定直流整流側(cè)控制參數(shù)。本發(fā)明針對新能源與火電捆綁直流外送系統(tǒng)，將新能源用直流匯集后經(jīng)VSC變流器逆變接入LCC整流變流器交流母線為交流母線提供就地無功補償，減少對火電機組穩(wěn)定運行的影響。一方面為了充分利用已有的火電基地直流遠距離送出線路，另一方面為可利用柔性直流輸電系統(tǒng)VSC的靈活性將波動性的新能源出力作為傳統(tǒng)直流送出的支撐。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中提供的一種新能源外送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例中提供的一種直流整流側(cè)控制參數(shù)的整定方法的方法流程圖；

圖3是本發(fā)明實施例中提供的一種步驟S103的方法流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例中提供的一種光伏電站與火電廠捆綁外送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例中提供的不同K_f取值的系統(tǒng)運行特性線圖。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數(shù)字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權(quán)利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置的例子。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處。

請參考圖1，所示為本發(fā)明實施例中提供的一種新能源外送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖1可見，所述系統(tǒng)包括新能源發(fā)送電路、VSC(電源變換器，英文全稱：voltage source converter)、LCC(電網(wǎng)換相型換流器，英文全拼為line commutated converter)、火電機組和負荷中心，其中，新能源發(fā)送電路與所述火電機組并網(wǎng)連接LCC；在新能源發(fā)送電路的遠端與LCC之間連接有VSC；LCC與負荷中心相連接。LCC包括依次連接的rLCC(LCC整流器，英文全稱：LCC rectifier)和iLCC(LCC逆變器，英文全稱：LCC inverter)。

新能源直流匯集電能后，經(jīng)直流電纜傳輸至遠端VSC變流器逆變，利用iMMC(模塊化多電平變流逆變器，英文全稱：MMC inverter)，并通過變壓器連接在LCC整流變流器交流母線上，進而與火電廠捆綁經(jīng)原有LCC-HVDC外送至負荷中心。VSC采用定直流電壓控制穩(wěn)定光伏電站出口直流電壓；由于MMC(模塊化多電平變流器，英文全稱：Modulator Multilevel Converter)采用矢量控制，因此，可以為LCC交流母線提供就地無功補償。這種結(jié)構(gòu)減弱了新能源的波動對直流送出系統(tǒng)的影響，不僅充分利用了原有直流輸電線路，又增加了系統(tǒng)運行的靈活性。

優(yōu)選的，所述新能源發(fā)送電路與所述火電機組通過變壓器與LCC電連接。

請參考圖2，所示為本發(fā)明實施例中提供的一種直流整流側(cè)控制參數(shù)的整定方法的方法流程圖。

由圖2可見，所述方法包括：

步驟S101：設定新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)的容量。

步驟S102：根據(jù)所述新能源直流匯集與火電打捆直流送出系統(tǒng)構(gòu)建仿真系統(tǒng)模型。

步驟S103：確定仿真分析邊界條件。

步驟S104：通過LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線和火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線對比新能源電站出力變化對火電機組調(diào)速的影響，確定直流整流側(cè)控制參數(shù)。

根據(jù)研究系統(tǒng)，確定新能源接入電網(wǎng)的容量與火電、直流系統(tǒng)的容量等信息，將系統(tǒng)簡化成為圖1所示系統(tǒng)。在仿真軟件MATLAB或者PSCAD中搭建仿真系統(tǒng)的模型，其中新能源采用直流匯集，采用定直流電壓控制方式。

進一步的，所述步驟S102中，仿真分析邊界條件確定。設定分析的邊界條件包括：設定LCC整流側(cè)的功率-頻率k_f的初值；設定火電機組調(diào)速系統(tǒng)K_w的初值；設定新能源電站出力波動變化率；設定LCC送出系統(tǒng)功率振蕩允許值。

進一步的，所述步驟S103中，根據(jù)新能源電站出力變化對火電機組調(diào)速影響，最終確定調(diào)速系統(tǒng)死區(qū)和直流控制參數(shù)。

請參考圖3，所示為本發(fā)明實施例中提供的一種步驟S103的方法流程圖。

由圖3可見，所述步驟S103包括：

步驟S1031：設定LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線的斜率K_f的初值和火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率K_w的初值。

步驟S1032：統(tǒng)計和設定新能源電站出力波動變化率。

步驟S1033：設定LCC送出系統(tǒng)功率振蕩允許值。

所述LCC整流側(cè)的功率-頻率曲線為：P_LCCr＝P_LCCr0+K_f*(f-f₀)，其中，P_LCCr為rLCC功率給定值、P_LCCr0為rLCC功率給定值初始值、K_f為有功功率-頻率比例曲線的斜率；f為rLCC交流母線頻率；f₀為rLCC交流母線額定頻率。

所述火電機組調(diào)速系統(tǒng)功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線為P_g＝P_g0+K_ω*(ω₀-ω)，其中，P_g為火電機組輸出功率、P_g0為火電機組輸出功率初始值、K_w為功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率、w為火電機組轉(zhuǎn)速、w₀為火電機組額定轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明針對新能源與火電捆綁直流外送系統(tǒng)，將新能源用直流匯集后經(jīng)VSC變流器逆變接入LCC整流變流器交流母線為交流母線提供就地無功補償，減少對火電機組穩(wěn)定運行的影響。一方面為了充分利用已有的火電基地直流遠距離送出線路，另一方面為可利用柔性直流輸電系統(tǒng)VSC的靈活性將波動性的新能源出力作為傳統(tǒng)直流送出的支撐。

為了更清楚的說明本發(fā)明，針對光伏和火電打捆系統(tǒng)如圖4所示，來說明其原理。

當光伏電站出力增大時，rLCC交流母線頻率增大，rLCC傳輸功率應隨之增大，因此rLCC傳輸功率與其交流母線頻率成正比，rLCC功率—頻率比例控制表達式為：

P_LCCr＝P_LCCr0+K_f*(f-f₀) (1)

其中，P_LCCr為rLCC功率給定值，P_LCCr0為rLCC功率給定值初始值；K_f為有功功率-頻率比例曲線的斜率；f為rLCC交流母線頻率；f₀為rLCC交流母線額定頻率。

火電機組一次調(diào)頻的功率—轉(zhuǎn)速下垂控制表達式為：

P_g＝P_g0+K_ω*(ω₀-ω) (2)

其中，P_g為火電機組輸出功率，P_g0為火電機組輸出功率初始值；K_w為功率—轉(zhuǎn)速下垂曲線的斜率；w為火電機組轉(zhuǎn)速，w₀為火電機組額定轉(zhuǎn)速。

請參考圖5，所示為本發(fā)明實施例中提供的不同K_f取值的系統(tǒng)運行特性線圖。式(1)對應特性線為圖5中直線P_LCC-f和直線P_LCC′-f；式(2)對應特性線為圖5中直線P_g-w。如圖5所示，當K_f取值較小時，式(1)對應特性線為直線P_LCC—f。假設初始時，系統(tǒng)運行頻率f₁，此時，rLCC傳輸功率為P_LCC1，火電機組輸出功率為P_g1，則PV(光伏，英文全稱：Photovoltaic)輸出功率為P_LCC1-P_g1；當PV輸出功率減小時，系統(tǒng)頻率由f₁減小到f₂，rLCC傳輸功率減小到P_LCC2，其變化量為ΔP_LCC，火電機組輸出功率增大到P_g2，其變化量為ΔP_g，PV輸出功率減小到P_LCC2-P_g2，其中，

ΔP_LCC＝P_LCC1-P_LCC2 (3)

ΔP_g＝P_g2-P_g1 (4)

當K_f取值較大時，式(1)對應特性線為直線P_LCC′-f，與K_f取值較小時相比，不變量應為PV的輸出功率。初始時，系統(tǒng)運行頻率為f₁′，rLCC傳輸功率為P_LCC1′，火電機組輸出功率為P_g1′，則PV輸出功率為P_LCC1′-P_g1′，且應滿足：

P_LCC1-P_g1＝P_LCC1′-P_g1′ (5)

當PV輸出功率減小時，系統(tǒng)頻率由f₁′減小到f₂′，rLCC傳輸功率減小到P_LCC2′，其變化量為ΔP_LCC′，火電機組輸出功率增大到P_g2′，其變化量為ΔP_g′，其中，

ΔP_LCC′＝P_LCC1′-P_LCC2′ (6)

ΔP_g′＝P_g2′-P_g1′ (7)

PV輸出功率減小到P_LCC2′-P_g2′，且應滿足：

P_LCC2-P_g2＝P_LCC2′-P_g2′ (8)

由圖5可見，ΔP_LCC′＞ΔP_LCC和ΔP_g′＜ΔP_g，同理可分析PV輸出功率增大的情況。因此可知，增大rLCC功率—頻率比例曲線斜率，可以減小PV輸出功率波動對火電機組輸出功率的影響。同時注意到，(f₁′-f₂′)＜(f₁-f₂)，即rLCC功率—頻率比例曲線斜率增大后，PV輸出功率波動引起的系統(tǒng)頻率波動范圍更小，更有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，但是，rLCC功率—頻率比例曲線斜率過大會造成系統(tǒng)功率振蕩，因此，應取合適值。

以上所述的本發(fā)明實施方式，并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

需要說明的是，在本文中，諸如“第一”和“第二”等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅是本發(fā)明的具體實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。