風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置及其方法，其包括以下步驟：針對風(fēng)電場功率波動及故障退出兩種情況下引發(fā)的風(fēng)火打捆系統(tǒng)頻率穩(wěn)定問題，分別制定直流緊急頻率控制策略；風(fēng)電場正常運(yùn)行時，較大的風(fēng)功率波動易引發(fā)頻率失穩(wěn)，提出利用直流雙側(cè)頻率調(diào)制作為緊急控制，輔助火電機(jī)組調(diào)頻；風(fēng)電場非正常運(yùn)行時，風(fēng)電場故障退出易引發(fā)頻率暫態(tài)失穩(wěn)，提出直流緊急提升/回降控制策略，輔助火電機(jī)組調(diào)頻。本發(fā)明適用于風(fēng)火打捆直流孤島外送系統(tǒng)的調(diào)頻要求，可有效應(yīng)對風(fēng)功率波動及風(fēng)電場故障退出導(dǎo)致的風(fēng)火打捆送端系統(tǒng)頻率穩(wěn)定問題，避免了由于頻率越限導(dǎo)致的風(fēng)電場或火電機(jī)組保護(hù)裝置動作，提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
【專利說明】風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源發(fā)電技術(shù)并網(wǎng)安全穩(wěn)定控制領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)能是當(dāng)前利用較多且被認(rèn)為最經(jīng)濟(jì)的新能源。西北地區(qū)風(fēng)電資源豐富，但由于我國能源與負(fù)荷呈現(xiàn)逆向分布的特點(diǎn)，目前西北地區(qū)風(fēng)電能源開發(fā)呈現(xiàn)出“以大規(guī)模集中接入、遠(yuǎn)距離輸送、大范圍消納”為主、“以大規(guī)模分散接入、就地消納”為輔的特點(diǎn)，與西北地區(qū)情況類似，我國北部、東北部等風(fēng)電、煤電密集地區(qū)同樣存在風(fēng)電與火電同時需要外送的需求。上述風(fēng)電、火電能源基地與東部、中部負(fù)荷中心距離超過2000km以上，直流輸電作為成熟、可靠的技術(shù)是承擔(dān)遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗輸電的主要手段。因此，“風(fēng)火”打捆直流外送系統(tǒng)成為西北地區(qū)風(fēng)電、火電開發(fā)的主流模式。
[0003]由于風(fēng)速具有隨機(jī)性變化,致使風(fēng)電功率變化具有波動性與不確定性,風(fēng)電功率的大幅波動或風(fēng)電場因故障退出運(yùn)行，將導(dǎo)致送端系統(tǒng)有功功率不平衡，產(chǎn)生頻率穩(wěn)定問題。我國現(xiàn)有運(yùn)行風(fēng)電機(jī)組均不參與系統(tǒng)頻率調(diào)整，電網(wǎng)頻率調(diào)整必須由傳統(tǒng)電廠分擔(dān)，加重了火電機(jī)組的調(diào)頻負(fù)擔(dān)。同時，目前我國直流輸電系統(tǒng)一般為定功率或定電流模式，運(yùn)行中輸送功率基本保 持恒定,相當(dāng)于恒定負(fù)荷,此種模式下加劇了送端系統(tǒng)功率不平衡情況，若僅依靠送端火電機(jī)組一次調(diào)頻，難以滿足快速的風(fēng)功率變化以及風(fēng)電場故障等情況下的系統(tǒng)頻率要求，對送端系統(tǒng)頻率穩(wěn)定帶來嚴(yán)重影響。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，一般只利用火電機(jī)組的一次調(diào)頻功能，其中，一次調(diào)頻的系統(tǒng)框圖如



1+s7:
圖1所示，其中，放大環(huán)節(jié)為比例放大器，伺服環(huán)節(jié)為調(diào)速死區(qū)ε，限幅環(huán)節(jié)限制原



-?
動機(jī)最大輸出功率Pmax、最小輸出功率Pmin，僅采用火電機(jī)組一次調(diào)頻，難以應(yīng)對快速的、較大的風(fēng)電場功率變化及風(fēng)電場故障退出運(yùn)行情況，使送端系統(tǒng)頻率偏離正常范圍，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0005]因此，針對風(fēng)火打捆直流外送系統(tǒng)，本發(fā)明為其提供合理有效的頻率控制策略，為大規(guī)模風(fēng)電的開發(fā)利用，及其并網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提供可行方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決風(fēng)火打捆直流外送系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定問題，本發(fā)明提供了一種用于風(fēng)火打捆系統(tǒng)的控制裝置及其方法，通過本發(fā)明的控制系統(tǒng)及其方法可有效抑制風(fēng)電功率波動，應(yīng)對風(fēng)電場故障退出，改善送端系統(tǒng)頻率穩(wěn)定性。
[0007]本發(fā)明提供了一種用于風(fēng)火打捆系統(tǒng)的控制裝置，其包括:故障檢測器，用于檢測風(fēng)火打捆系統(tǒng)匯流站母線頻率，判斷是否有故障信號，若無故障信號，則連接直流功率控制器，若有故障信號，則連接直流功率控制器；直流頻率調(diào)制控制器，用于判斷母線頻率與工頻相減的頻率偏差的絕對值是否達(dá)到直流頻率調(diào)制控制器動作死區(qū)，若達(dá)到，則啟動直流頻率調(diào)制，若未達(dá)到，則啟動火電機(jī)組調(diào)速器；直流功率控制器，用于判斷該故障信號是否為風(fēng)電場退出運(yùn)行，若是，則啟動直流緊急功率提升或回降控制后，啟動火電機(jī)組調(diào)速器；火電機(jī)組調(diào)速器，用于火電機(jī)組一次調(diào)頻。
[0008]優(yōu)選地，直流頻率調(diào)制控器還包括死區(qū)、微分環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)、超前滯后補(bǔ)償環(huán)節(jié)和輸出限幅環(huán)節(jié)。
[0009]優(yōu)選地，直流功率控制器還包括多個檔位控制器，其控制輸入的功率缺額量輸出多個檔位對應(yīng)的功率調(diào)制量。
[0010]本發(fā)明還提供了一種風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制方法，其包括以下步驟:
[0011](I)檢測風(fēng)火打捆系統(tǒng)匯流站母線頻率f.，判斷是否有故障信號，若沒有則進(jìn)入步驟(2)，否則進(jìn)入步驟(3);
[0012](2)風(fēng)火打捆系統(tǒng)匯流站母線頻率f與工頻&相減，得到頻率偏差A(yù)f = f-f0,判斷頻率偏差的絕對值是否達(dá)到直流頻率調(diào)制控制器動作死區(qū)Afd。，若If-L I > Afd。，直流頻率調(diào)制啟動，否則進(jìn)入步驟(5)；
[0013](3)判斷故障是否為風(fēng)電場退出運(yùn)行，是則進(jìn)入步驟(4)，否則進(jìn)入步驟(6)；
[0014](4)確定由于風(fēng)電場退出導(dǎo)致的功率缺額量Λ Pwind，啟動直流緊急功率提升/回降控制，進(jìn)入步驟(5) ；
[0015](5)判斷頻率偏差的絕對值是否達(dá)到火電機(jī)組一次調(diào)頻動作死區(qū)Af，，若|f-fQ|> Λ f’，火電機(jī)組調(diào)速器動作，否則進(jìn)入步驟(6)；
[0016](6)結(jié)束本方法。
[0017]優(yōu)選地，所述的步驟(2)中，工頻&為50Hz，直流頻率調(diào)制控制器死區(qū)Λ fdc 一般設(shè)定為0.2Hz。
[0018]優(yōu)選地，所述的步驟(4)中，直流緊急功率提升/回降控制分為多個調(diào)節(jié)檔位，根據(jù)風(fēng)電場功率缺額量△ Pwind確定具體檔位的選取。
[0019]優(yōu)選地，所述的步驟(5)中，火電機(jī)組調(diào)速器動作死區(qū)Af’設(shè)定為0.033Hz。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)主要在于:
[0021]1、目前，還未有針對諸如西北的風(fēng)火打捆直流外送系統(tǒng)提出頻率控制策略，此發(fā)明針對風(fēng)電波動及風(fēng)電場故障退出兩種情況，為改善風(fēng)火打捆送端系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定問題提供了解決方案。
[0022]2、本發(fā)明充分利用直流系統(tǒng)的調(diào)制功能，作用緊急控制手段輔助火電機(jī)組調(diào)頻，綜合利用火電機(jī)組一次調(diào)頻能力與直流系統(tǒng)的調(diào)制功能，避免了緊急情況下由于頻率越限導(dǎo)致的風(fēng)電場或火電機(jī)組保護(hù)裝置動作，提升系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中火電機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻的示意圖；
[0024]圖2為風(fēng)火打捆直流外送系統(tǒng)示意圖；
[0025]圖3為本發(fā)明風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置示意圖；
[0026]圖4為本發(fā)明風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置中直流頻率調(diào)制控制器示意圖；
[0027]圖5為本發(fā)明風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置中直流功率控制器示意圖；
[0028]圖6為本發(fā)明風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制方法流程圖；[0029]圖7為本發(fā)明提供的陣風(fēng)風(fēng)速上升曲線；
[0030]圖8為本發(fā)明提供的陣風(fēng)作用下風(fēng)電場功率變化曲線；
[0031]圖9為采用本發(fā)明方法和僅采用火電調(diào)頻方法送端頻率曲線對比；
[0032]圖10為本發(fā)明提供的風(fēng)電場故障退出時功率變化曲線；
[0033]圖11為采用本發(fā)明方法和僅采用火電調(diào)頻方法送端頻率曲線對比。
【具體實(shí)施方式】:
[0034]下面參照附圖并結(jié)合實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。但是本發(fā)明不限于所給出的例子。
[0035]圖2為風(fēng)火打捆直流外送系統(tǒng)示意圖。如圖2所示，風(fēng)火打捆直流外送系統(tǒng)，風(fēng)火打捆送端系統(tǒng)輸出總功率為6000MW，其中，共有火電機(jī)組10臺，風(fēng)電場8個，風(fēng)電接入比例為50%，直流系統(tǒng)采用定功率控制方式，單極線路輸送功率為3000MW。風(fēng)電場有功出力3000MW,于母線BUS2處匯集，火電廠總出力3000MW，于母線BUSl處匯集，風(fēng)電功率與火電功率分別經(jīng)過一級升壓變壓器于母線BUS3處并網(wǎng)，后經(jīng)一級升壓變壓器與直流輸電系統(tǒng)相連，經(jīng)直流系統(tǒng)的整流側(cè)、逆變側(cè)、降壓變壓器后接入受端交流系統(tǒng)。其中，在直流系統(tǒng)整流側(cè)之前的交流母線處，設(shè)置頻率信號檢測單元和故障檢測裝置，后接入本發(fā)明緊急頻率控制器，該緊急頻率控制器分別輸出直流控制信號和火電控制信號，控制直流系統(tǒng)及火電廠。
[0036]圖3為本發(fā)明風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置示意圖。如圖3所示，本發(fā)明提供了一種風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置，其 包括:故障檢測器，用于檢測風(fēng)火打捆系統(tǒng)匯流站母線頻率，判斷是否有故障信號，若無故障信號，則連接直流功率控制器，若有故障信號，則連接直流功率控制器；直流頻率調(diào)制控制器，用于判斷母線頻率與工頻相減的頻率偏差的絕對值是否達(dá)到直流頻率調(diào)制控制器動作死區(qū)，若達(dá)到，則啟動直流頻率調(diào)制，若未達(dá)到，則啟動火電機(jī)組調(diào)速器；直流功率控制器，用于判斷該故障信號是否為風(fēng)電場退出運(yùn)行，若是，則啟動直流緊急功率提升或回降控制后，啟動火電機(jī)組調(diào)速器；火電機(jī)組調(diào)速器，用于火電機(jī)組一次調(diào)頻。
[0037]其中，直流頻率調(diào)制控器還包括死區(qū)、微分環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)、超前滯后補(bǔ)償環(huán)節(jié)和輸出限幅環(huán)節(jié)。
[0038]其中，直流功率控制器還包括多個檔位控制器，其控制輸入的功率缺額量輸出多個檔位對應(yīng)的功率調(diào)制量。
[0039]圖4為本發(fā)明風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置中直流頻率調(diào)制控制器示意圖。如圖4所示，本系統(tǒng)實(shí)例中采用的直流頻率調(diào)制控制器如圖2所示，輸入信號為交流母線頻率偏差A(yù)f，Af = fa?！猯iM-fo，其中，fa。—lim為檢測裝置檢測的交流母線頻率，fo為系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率，一般為50Hz。后經(jīng)死區(qū)、微分環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)、超前滯后補(bǔ)償環(huán)節(jié)和輸出限幅環(huán)節(jié)，得到輸出量P?D，Pmod即為直流線路功率的疊加信號。
[0040]該控制器的啟動方式為頻率信號啟動，當(dāng)判斷系統(tǒng)此時無風(fēng)電場故障時，當(dāng)檢測到的交流母線頻率偏差A(yù)f達(dá)到直流頻率調(diào)制控制器死區(qū)Afd。時，g卩Af≤Afd。，則啟動直流頻率調(diào)制方式。
[0041]其中，死區(qū)為Afd。= [-fde，+fd。]，微分環(huán)節(jié)為濾波環(huán)節(jié)為放大環(huán)節(jié)為比例放大器，比例系數(shù)為K，超前滯后補(bǔ)償環(huán)節(jié)為，
【權(quán)利要求】
1.一種風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置，其包括: 故障檢測器，用于檢測風(fēng)火打捆系統(tǒng)匯流站母線頻率，判斷是否有故障信號，若無故障信號，則連接直流頻率調(diào)制控制器，若有故障信號，則連接直流功率控制器； 直流頻率調(diào)制控制器，用于判斷母線頻率與工頻相減的頻率偏差的絕對值是否達(dá)到直流頻率調(diào)制控制器動作死區(qū)，若達(dá)到，則啟動直流頻率調(diào)制，若未達(dá)到，則啟動火電機(jī)組調(diào)速器； 直流功率控制器，用于判斷該故障信號是否為風(fēng)電場退出運(yùn)行，若是，則啟動直流緊急功率提升或回降控制后，啟動火電機(jī)組調(diào)速器； 火電機(jī)組調(diào)速器，用于火電機(jī)組一次調(diào)頻。
2.如權(quán)利要求1所示的風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，直流頻率調(diào)制控器還包括死區(qū)、微分環(huán)節(jié)、濾波環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)、超前滯后補(bǔ)償環(huán)節(jié)和輸出限幅環(huán)節(jié)。
3.如權(quán)利要求1所示的風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制裝置，其特征在于，直流功率控制器還包括多個檔位控制器，其控制輸入的功率缺額量輸出多個檔位對應(yīng)的功率調(diào)制量。
4.一種風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制方法，其包括以下步驟: (1)檢測風(fēng)火打捆系統(tǒng)匯流站母線頻率f，判斷是否有故障信號，若沒有則進(jìn)入步驟(2)，否則進(jìn)入步驟(3)； (2)風(fēng)火打捆系統(tǒng)匯流站母線頻率f與工頻fO相減，得到頻率偏差A(yù)f= f-f0,判斷頻率偏差的絕對值是否達(dá)到直流頻率調(diào)制控制器動作死區(qū)Afd。，若If-L I > Afd。，直流頻率調(diào)制啟動，否則進(jìn)入步驟(5)； (3)判斷故障是否為風(fēng)電場退出運(yùn)行，是則進(jìn)入步驟(4)，否則進(jìn)入步驟(6)； (4)確定由于風(fēng)電場退出導(dǎo)致的功率缺額量ΛPwind，啟動直流緊急功率提升/回降控制，進(jìn)入步驟(5)； (5)判斷頻率偏差的絕對值是否達(dá)到火電機(jī)組一次調(diào)頻動作死區(qū)Af，，若If-fJ>Λ f’，火電機(jī)組調(diào)速器動作，否則進(jìn)入步驟(6)； (6)結(jié)束本方法。
5.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，工頻f0為50Hz，直流頻率調(diào)制控制器死區(qū)Λ fdc 一般設(shè)定為0.2Hz。
6.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述的步驟(4)中，直流緊急功率提升/回降控制分為多個調(diào)節(jié)檔位，根據(jù)風(fēng)電場功率缺額量APwind確定具體檔位的選取。
7.如權(quán)利要求4所述的風(fēng)火打捆系統(tǒng)控制方法，其特征在于，所述的步驟(5)中，火電機(jī)組調(diào)速器動作死區(qū)Af’設(shè)定為0.033Hz。
【文檔編號】H02J3/24GK104037788SQ201410268533
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】湯奕, 宋夢晨, 王 琦 申請人:東南大學(xué)