本發(fā)明涉及直流輸電技術領域,具體涉及一種柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制方法和無源控制器。
背景技術:
為了解決能源緊缺問題以及滿足低能耗可持續(xù)發(fā)展的需求,風能、太陽能等可再生的清潔能源發(fā)電得到了大力的開發(fā)和利用。由于新能源發(fā)電存在供電質量不穩(wěn)定、與交流電網(wǎng)距離較遠等缺點,所以新能源發(fā)電站在向交流電網(wǎng)輸電時,如果采用傳統(tǒng)交流輸電方法或基于電流源換流器的直流輸電方法,則所需的成本較高。
為解決上述問題,目前新能源發(fā)電站大都采用柔性直流輸電網(wǎng)技術向交流電網(wǎng)輸電。柔性直流輸電網(wǎng)技術是以電壓源換流器、自關斷器件和脈寬調(diào)制技術為基礎的新型直流輸電技術,具有有功控制和無功控制獨立實現(xiàn)、具有向無源網(wǎng)絡供電功能和能夠防止換相失敗等優(yōu)點,被廣泛應用于新能源發(fā)電站并網(wǎng)、海上孤島輸電等領域。
柔性直流輸電網(wǎng)具有聯(lián)網(wǎng)模式和孤島模式兩種運行方式,當交流電網(wǎng)出現(xiàn)故障時,交流斷路器斷開,柔性直流輸電網(wǎng)運行于孤島模式?!吨袊姍C工程學報》的第35卷第9期記載了一篇名稱為“MMC-HVDC聯(lián)網(wǎng)及孤島運行狀態(tài)轉換策略”的文章,公開了一種根據(jù)柔性直流輸電網(wǎng)本地頻率實現(xiàn)孤島模式與聯(lián)網(wǎng)模式兩種運行方式之間相互轉換的控制方法。但是由于該方法在判斷柔性直流輸電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)模式轉換為孤島模式時存在一定的延時,在此延時期間會引起柔性直流輸電網(wǎng)不穩(wěn)定,為柔性直流輸電網(wǎng)造成較大擾動。并且因為該方法在柔性直流輸電網(wǎng)處于孤島模式時,柔性直流輸電網(wǎng)網(wǎng)側交流電壓的頻率和相位的參考值都是由人為直接給定的,所以會為柔性直流輸電網(wǎng)引起較大的波動。
技術實現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供一種柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制方法和無源控制器,用于解決上述柔性直流輸電網(wǎng)在孤島模式時,由于人為直接給定其網(wǎng)側交流電壓的頻率和相位的參考值而引起波動的問題,實現(xiàn)柔性直流輸電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)模式與孤島模式間的平滑轉換。
一種柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制方法,包括對柔性直流輸電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)模式轉孤島模式時進行控制的步驟;對柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉為孤島模式前網(wǎng)側交流電壓的d、q分量進行鎖定,并將其作為孤島模式下網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值,對網(wǎng)側的交流電壓進行PI控制。
本發(fā)明提供的技術方案,在柔性直流輸電網(wǎng)處于孤島模式時,由于其網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值不是人為給定的,而是由聯(lián)網(wǎng)模式轉為孤島模式前網(wǎng)側交流電壓的d、q分量,因此不會引起柔性直流輸電網(wǎng)的波動。
進一步的,當柔性直流輸電網(wǎng)絡運行在聯(lián)網(wǎng)模式下,檢測到交流斷路器斷開時,判斷為柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉換為孤島模式,從而消除了判斷柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉換為孤島模式時的延時,進一步增強柔性直流輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
進一步的,如果柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉為孤島模式之前網(wǎng)側交流電壓幅值小于X Pu,其中X在0到0.8之間取值,則在孤島模式下網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值分別給定為M和N,其中M和N在0到1之間取值。因為當柔性直流輸電網(wǎng)網(wǎng)側交流電壓的幅值小于X Pu時,說明網(wǎng)側的交流電壓已經(jīng)發(fā)生了嚴重的畸變,所以其網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值分別給定為M和N,從而進一步增強柔性直流輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
進一步的,還包括對柔性直流輸電網(wǎng)由孤島模式轉換為聯(lián)網(wǎng)模式時進行無源控制的步驟;當柔性直流輸電網(wǎng)運行在孤島模式下,并且接收到轉為聯(lián)網(wǎng)模式的指令時,將交流側電壓的d、q分量及幅值分別與電網(wǎng)電壓的d、q分量及幅值進行比較,如果其差值均小于設定值,則判斷為滿足轉為聯(lián)網(wǎng)模式的條件,發(fā)送控制交流斷路器閉合的指令。上述背景技術中“MMC-HVDC聯(lián)網(wǎng)及孤島運行狀態(tài)轉換策略”的論文采用電網(wǎng)交流電壓的頻率作為判斷柔性直流輸電網(wǎng)由孤島模式轉為聯(lián)網(wǎng)模式的依據(jù)但是這種方法中電網(wǎng)交流電壓的頻率和幅值的參考值也均是人為給定的,同樣會對柔性直流輸電網(wǎng)造成干擾。因此本發(fā)明還提供了一種根據(jù)電網(wǎng)電壓的d、q分量及幅值作為判斷柔性直流輸電網(wǎng)由孤島模式轉為聯(lián)網(wǎng)模式的依據(jù),從而消除了由于人為給定頻率參考值而造成的干擾。
進一步的,還包括柔性直流輸電網(wǎng)無源啟動時無源控制的步驟;當柔性直流輸電網(wǎng)處于無源啟動狀態(tài)時;將直流輸電網(wǎng)網(wǎng)側的交流電壓的d、q分量的參考值分別給定為M和N,其中M和N根據(jù)實際控制需求,在0到1之間進行取值;然后通過PI控制網(wǎng)側電壓d、q分量分別跟蹤給定值M、N。在柔性直流輸電網(wǎng)無源啟動時,也需要進行無源控制,因此增設柔性直流輸電網(wǎng)無源啟動時無源控制的步驟,能夠進一步完善對柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制;將網(wǎng)側的交流電壓的d、q分量分別給定為M、N,能夠保證柔性直流輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
一種柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制器,包括對柔性直流輸電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)模式轉孤島模式時進行控制的模塊;對柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉為孤島模式前網(wǎng)側交流電壓的d、q分量進行鎖定,并將其作為孤島模式下網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值,對網(wǎng)側的交流電壓進行PI控制。
進一步的,當柔性直流輸電網(wǎng)運行在聯(lián)網(wǎng)模式下,檢測到交流斷路器斷開時,判斷為柔性直流輸電網(wǎng)絡由聯(lián)網(wǎng)模式轉換為孤島模式。
進一步的,如果柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉為孤島模式之前網(wǎng)側交流電壓幅值小于X Pu,其中X在0到0.8之間取值,則在孤島模式下網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值分別給定為M和N,其中M和N在0到1之間取值。
進一步的,還包括對柔性直流輸電網(wǎng)由孤島模式轉換為聯(lián)網(wǎng)模式時進行控制的模塊;當柔性直流輸電網(wǎng)運行在孤島模式下,并且接收到轉為聯(lián)網(wǎng)模式的指令時,將交流側電壓的d、q分量及幅值分別與電網(wǎng)電壓的d、q分量及幅值進行比較,如果其差值均小于設定值,則判斷為滿足轉為聯(lián)網(wǎng)模式的條件,發(fā)送控制交流斷路器閉合的指令。
進一步的,還包括柔性直流輸電網(wǎng)無源啟動時無源控制的模塊;當柔性直流輸電網(wǎng)處于無源啟動狀態(tài)時;將直流輸電網(wǎng)網(wǎng)側的交流電壓的d、q分量的參考值分別給定為M和N,其中M和N根據(jù)實際控制需求,在0到1之間進行取值;然后通過PI控制網(wǎng)側電壓d、q分量分別跟蹤給定值M、N。
附圖說明
圖1為實施例中柔性直流輸電網(wǎng)的結構圖;
圖2為實施例中柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制方法的控制原理圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供一種柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制方法和無源控制器,用于解決上述柔性直流輸電網(wǎng)在孤島模式時,由于人為直接給定其網(wǎng)側交流電壓的頻率和相位的參考值而引起波動的問題,實現(xiàn)柔性直流輸電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)模式與孤島模式間的平滑轉換。
柔性直流輸電網(wǎng)由三相六個橋臂構成,如圖1所示,每個橋臂由電感和若干個完全相同的子模塊級聯(lián)構成,每個子模塊包含兩個IGBT,兩個反向二極管和一個直流電容。柔性直流輸電網(wǎng)的電壓源換流器采用雙環(huán)dq解耦控制,內(nèi)環(huán)為電流環(huán),當柔性直流輸電網(wǎng)處于聯(lián)網(wǎng)模式下時,外環(huán)為直流電壓環(huán)或有功功率環(huán)、無功功率環(huán),孤島模式下外環(huán)為交流電壓環(huán)。
當柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉為孤島模式時,對柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉為孤島模式前網(wǎng)側交流電壓的d、q分量進行鎖定,并將其作為孤島模式下網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值,對網(wǎng)側的交流電壓進行PI控制。由于本發(fā)明提供的技術方案中,柔性直流輸電網(wǎng)在孤島模式時,其網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值不是人為直接給定的,而是根據(jù)柔性直流輸電網(wǎng)轉為孤島模式前網(wǎng)側交流電壓d、q分量進行給定的,因此不會引起波動。
方法實施例:
本實施例提供的柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制方法控制原理圖如圖2所示,包括對柔性直流輸電網(wǎng)無源啟動、由聯(lián)網(wǎng)模式轉為孤島模式以及孤島模式轉為聯(lián)網(wǎng)模式的條件判別和無源控制。
當柔性直流輸電網(wǎng)連接無源網(wǎng)進行無源啟動時,電壓源換流器由直流側進行充電,鎖相環(huán)輸出理想相位。此時將網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值分別給定為M和N,然后通過PI控制網(wǎng)側交流電壓的d、q分量分別跟蹤給定值M和N,從而保證柔性直流輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性。其中M和N的值根據(jù)實際控制的需求,在0到1之間進行取值。
當電網(wǎng)發(fā)生故障時,柔性直流輸電網(wǎng)的交流斷路器斷開,柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉換為孤島模式,并對交流斷路器斷開之前網(wǎng)側交流電壓的幅值進行判斷。如果交流電壓的幅值不小于XPu,其中X在0到0.8之間進行取值,則對交流斷路器斷開之前網(wǎng)側交流電壓的d、q分量進行鎖定,分別將其作為孤島模式下網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值,對網(wǎng)側的交流電壓進行PI控制;如果交流電壓的幅值小于XPu,則說明交流電壓已經(jīng)發(fā)生了嚴重的畸變。為保證柔性直流輸電網(wǎng)的穩(wěn)定性,將孤島模式下網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值分別給定為M和N,對網(wǎng)側的交流電壓進行PI控制。
當交流電網(wǎng)的故障排除,恢復正常的時候,運行人員下發(fā)孤島模式轉為聯(lián)網(wǎng)模式的控制命令。當接收到孤島模式轉為聯(lián)網(wǎng)模式的控制命令后,將交流側電壓的d、q分量及幅值分別與電網(wǎng)電壓的d、q分量及幅值進行比較,如果其差值均小于設定值,則判斷為滿足轉為聯(lián)網(wǎng)模式的條件,發(fā)送控制交流斷路器閉合的指令,控制交流斷路器閉合,將柔性直流輸電網(wǎng)由孤島模式轉換為聯(lián)網(wǎng)模式。
在本實施例中,當交流電網(wǎng)的故障排除后,將交流側電壓的d、q分量及幅值與電網(wǎng)電壓的d、q分量及幅值的差值作為柔性直流輸電網(wǎng)由孤島模式轉換為聯(lián)網(wǎng)模式的判斷依據(jù);作為其他實施方式,可以采用其他標準,如將交流側電壓的頻率與網(wǎng)側電壓的頻率的差值等作為柔性直流輸電網(wǎng)由孤島模式轉換為聯(lián)網(wǎng)模式的判斷依據(jù)。
在本實施例中,設有柔性直流輸電網(wǎng)無源啟動時的無源控制;作為其他實施例,可以只設置對柔性直流輸電網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)模式與孤島模式之間轉換的無源控制而不設置柔性直流輸電網(wǎng)無源啟動時的無源控制。
在本實施例中,交流電網(wǎng)出現(xiàn)故障造成交流電壓發(fā)生畸變時,將孤島模式下網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值分別給定為M和N;作為其他實施方式,當交流電壓發(fā)生畸變時可以采取其他措施,如關閉柔性直流輸電網(wǎng)等。
裝置實施例
一種柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制器,包括對柔性直流輸電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)模式轉孤島模式時進行控制的模塊;對柔性直流輸電網(wǎng)由聯(lián)網(wǎng)模式轉為孤島模式前網(wǎng)側交流電壓的d、q分量進行鎖定,并將其作為孤島模式下網(wǎng)側交流電壓d、q分量的參考值,對網(wǎng)側的交流電壓進行PI控制。
本實施例提供的一種柔性直流輸電網(wǎng)的無源控制裝置的模塊并不是硬件模塊,而是按照方法實施例進行編程得到的功能模塊,運行在相應硬件的控制器中。
以上給出了本發(fā)明涉及的具體實施方式,但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。在本發(fā)明給出的思路下,采用對本領域技術人員而言容易想到的方式對上述實施例中的技術手段進行變換、替換、修改,并且起到的作用與本發(fā)明中的相應技術手段基本相同、實現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同,這樣形成的技術方案是對上述實施例進行微調(diào)形成的,這種技術方案仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。