一种柔性低频系统用交流耗能装置控制方法及系统与流程

本发明属于柔性输电领域，尤其涉及一种柔性低频系统用交流耗能装置控制方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、未来潜在的能源基地多在沙戈荒地区以及深远海区，距离负荷中心较远。大规模可再生能源基地就地消纳难度大，需大规模远距离外送。近年来随着大功率电力电子技术的快速发展，以模块化多电平变流器为基础的柔性直流输电、以模块化矩阵变换器为基础的柔性低频输电得到了快速的发展应用。包括柔性直流与柔性交流在内的柔性输电技术具有可以给孤岛网络供电，不存在换相失败，电压谐波含量少波形质量高，能灵活且快速调节有功功率与无功功率等优势，使柔性输电技术在电力系统中产生了广泛的应用需求，其中最典型的应用场景就是大规模清洁能源外送。但是当柔性输电应用于新能源孤岛送出时，当受端电网发生故障导致电压跌落，有功功率无法送出或者只能部分送出至交流电网时，盈余的有功功率造成柔性输电系统的能量失衡，导致系统停运并危害设备安全。

3、通过耗能装置可以对盈余功率进行泄放，提高系统的故障穿越能力。其中，直流耗能装置适用于海风经柔性直流系统送出，交流耗能装置更适用于陆上的新能源经柔性输电系统送出、海上风电经柔性低频送出等不占用海上平台资源的应用场景。

4、发明人发现，交流耗能装置多采用晶闸管和耗能电阻串联的结构，导通晶闸管后可以实现功率泄放。然而，交流耗能装置在实现盈余功率泄放时，已有的投退控制策略较为简单直接，投退过程会给柔性输电系统带来较大的功率冲击；或针对多端柔性直流系统所设计，不直接适用于柔性低频输电。

5、例如，申请号为“202111570775.9”，发明名称为“一种柔性直流系统用交流耗能装置控制方法及系统”中给出了一种交流耗能装置控制方法，该方法对极直流端口电压和负极直流端口电压进行实时监测，并根据监测结果判断盈余功率问题的类型，根据确定的盈余功率问题类型，计算交流耗能装置的初始投入组数,并根据换流站的实际运行数据对初始投入组数进行动态调整，直至直流系统故障穿越成功。该耗能控制方法较为复杂，且监测判断依据和具体的动态调整方法主要适用于柔性直流电网，不能直接用于柔性低频输电系统。

6、再如申请号为“202311258771.6”，发明名称为“海上风电工频与低频混合送出系统故障穿越方法”，中提出一种海上风电工频与低频混合送出系统故障穿越方法,通过采用低频交流耗能装置，并根据不同故障类型设计了耗能装置的投入、切出策略,及风电场的协调配合策略。该方案中，当暂时性故障发生时,如果故障类型为单相接地故障,则投入单组交流耗能装置,在故障排除后退出单组耗能装置；如果故障类型为两相接地故障,则投入两组交流耗能装置,在故障排除后逐组退出两组耗能装置；如果故障类型为三相接地故障,则投入三组交流耗能。其投入耗能的数量直接由故障类型决定，泄放功率的精度不高，且缺少了动态调节。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种柔性低频系统用交流耗能装置控制方法及系统，其通过低频输电交变流器的模块电压、变流器流出到电网的功率、新能源电站的输出功率计算初始投入组数，并设计了交流耗能装置的动态调节策略，可以提高泄放功率与盈余功率的匹配度，降低故障穿越过程中功率泄放对系统的冲击。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供一种柔性低频系统用交流耗能装置控制方法，包括如下步骤：

4、获取交交变流器的子模块电压；

5、当子模块电压超过设定的初始投入动作电压，控制交流耗能装置使能，根据新能源电站的功率和变流器工频侧输出功率，计算交流耗能装置初始投入组数；

6、按计算得到的初始投入组数投入交流耗能装置，当子模块电压低于设定的第一退出电压，退出一组交流耗能，以使泄放功率小于盈余功率并且和盈余功率之间的误差最小；

7、判断子模块电压高于再次投入动作电压，若是增加投入一组交流耗能，以使泄放功率大于盈余功率并且和盈余功率之间的误差最小，否则判断交流耗能的投入时间是否达到耐受时间或子模块电压是否低于设定的第二退出电压，若是，退出所有耗能装置，停止功率泄放。

8、进一步地，所述交流耗能装置初始投入组数的计算方法为：

9、

10、式中，nref是交流耗能初始投入组数，p1是新能源电站短时平均输出功率，p2是故障后变流器流出到受端电网的短时平均功率，pc是单组交流耗能的额定功率。

11、进一步地，初始投入动作电压、第一退出电压、再次投入动作电压和第二退出电压依次减小。

12、进一步地，退出所有耗能装置时，按照固定的斜率退出。

13、进一步地，获取交交变流器的子模块电压后，对交交变流器的子模块电压求平均值。

14、本发明的第二方面提供一种柔性低频系统用交流耗能装置控制系统，包括：

15、子模块电压获取模块，其用于获取交交变流器的子模块电压；

16、初始投入组数计算模块，其用于当子模块电压超过设定的初始投入动作电压，控制交流耗能装置使能，根据新能源电站的功率和变流器工频侧输出功率，计算交流耗能装置初始投入组数；

17、投入组数动态调整模块，其用于按计算得到的初始投入组数投入交流耗能装置，当子模块电压低于设定的第一退出电压，退出一组交流耗能，以使泄放功率小于盈余功率并且和盈余功率之间的误差最小；判断子模块电压高于再次投入动作电压，若是增加投入一组交流耗能，以使泄放功率大于盈余功率并且和盈余功率之间的误差最小，否则判断交流耗能的投入时间是否达到耐受时间或子模块电压是否低于设定的第二退出电压，若是，退出所有耗能装置，停止功率泄放。

18、进一步地，初始投入组数计算模块中，所述交流耗能装置初始投入组数的计算方法为：

19、

20、式中，nref是交流耗能初始投入组数，p1是新能源电站短时平均输出功率，p2是故障后变流器流出到受端电网的短时平均功率，pc是单组交流耗能的额定功率。

21、进一步地，投入组数动态调整模块中，初始投入动作电压、第一退出电压、再次投入动作电压和第二退出电压依次减小。

22、进一步地，所述系统还包括数据预处理模块，所述数据预处理模块用于获取交交变流器的子模块电压后，对交交变流器的子模块电压求平均值。

23、本发明的第三方面提供一种程序产品。

24、一种程序产品，所述程序产品为计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述的一种柔性低频系统用交流耗能装置控制方法中的步骤。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、本发明通过低频输电交交变流器的模块电压、变流器流出到电网的功率、新能源电站的输出功率计算初始投入组数，并设计了交流耗能装置的动态调节策略，本发明的方法可以提高泄放功率与盈余功率的匹配度，降低故障穿越过程中功率泄放对系统的冲击。本发明的监测判断依据和具体的动态调整方法可直接用于柔性低频输电系统。

27、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。