一种海上风电场的换流站调节方法及装置与流程

本发明属于换流站调节，尤其涉及一种海上风电场的换流站调节方法及装置。

背景技术：

1、随着新能源发电技术的日益成熟，新能源发电中的风力发电已成为一种重要的发电手段。其中，风力发电产生的电能需要通过电力电子换流站并联入交流电网，大部分并网技术通过模块化多电平换流器的多端柔性直流输电进行电能输送。

2、但是，由于风力发电的可再生能源具有分布性、波动性和随机性，会对并入的交流电网稳定性产生较大的负面影响，导致电能质量下降，从而影响电网系统的稳定运行。传统的变流站的下垂控制，已经不能够很好的适应这种新型能源的特点，因此，目前亟需一种新的海上风电场的换流站控制方法及装置来解决现有技术的缺陷。

技术实现思路

1、本发明提供了一种海上风电场的换流站调节方法及装置，以解决如何增强海上风电场并网的频率稳定的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种海上风电场的换流站调节方法，包括：

3、根据换流站的功率信息和直流电压信息，构建换流站的下垂系数模型；

4、获取电网的历史频率数据，构建虚拟惯量系数模型；

5、根据换流站的电容信息和所述功率信息，结合所述虚拟惯量系数模型，构建电压控制模型；

6、根据所述下垂系数模型和所述电压控制模型，结合电网的额定频率，构建换流站的频率惯量控制模型；

7、获取当前电网频率，结合所述频率惯量控制模型，对换流站进行调节。

8、可以理解的是，相对于现有技术，本发明通过换流站的功率信息和直流电压信息，构建换流站的下垂系数模型，使得换流站能够依据下垂系数模型，根据功率的波动适应性的进行调节，避免了功率波动造成的电压波动过大；通过构建与频率密切相关的虚拟惯量系数模型，进而构建电压控制模型，使得电压控制模型能够依据频率变化大小输出响应的电压参考值，从而能够结合频率惯量控制模型对换流站进行调节，提高了电力系统的惯性特性，较好的消除了海上风电场并网时造成的电网频率波动，从而增强了海上风电场并网的频率稳定。

9、作为优选方案，所述根据换流站的功率信息和直流电压信息，构建换流站的下垂系数模型,具体包括：

10、所述换流站的功率信息，包括：有功功率波动最大值、有功功率波动最小值和有功功率额定值；

11、所述换流站的直流电压信息，包括：直流电压波动最大值、直流电压波动最小值和直流电压额定值；

12、根据所述有功功率波动最大值、所述有功功率波动最小值和所述有功功率额定值，构建初始有功功率偏差函数；

13、根据所述直流电压波动最大值、所述直流电压波动最小值和所述直流电压额定值，构建初始直流电压偏差函数；

14、根据所述初始有功功率偏差函数和所述初始直流电压偏差函数，结合所述有功功率额定值，构建换流站的下垂系数模型。

15、本优选方案通过初始有功功率偏差函数和初始直流电压偏差函数，结合所述有功功率额定值，构建换流站的下垂系数模型，使得能够基于下垂系数模型对电网功率波动具备自适应调节能力，增强了系统鲁棒性，从而提高了海上风电池的并网稳定性。

16、作为优选方案，所述换流站的下垂系数模型，具体包括：

17、

18、其中，和分别第一下垂系数和第二下垂系数，s1和s2为有功功率与直流电压的关系曲线，udc为直流电压，udc_max为直流电压波动最大值，udcn为直流电压额定值，udc_min为直流电压波动最小值，p为有功功率，pmax为有功功率波动最大值，pmin为有功功率波动最小值，pn为有功功率额定值。

19、本优选方案通过初始有功功率偏差函数和初始直流电压偏差函数，结合所述有功功率额定值，构建换流站的下垂系数模型，使得能够基于下垂系数模型对电网功率波动具备自适应调节能力，增强了系统鲁棒性，从而提高了海上风电池的并网稳定性。

20、作为优选方案，所述获取电网的历史频率数据，构建虚拟惯量系数模型，具体包括：

21、获取电网的历史频率数据，构建频率与虚拟惯量系数的关系图；

22、根据所述关系图，构建虚拟惯量系数模型；其中，所述虚拟惯量系数模型包括：

23、

24、其中，为虚拟惯量系数，hv为换流站的额定虚拟惯量系数，f为电网频率，t为时间。

25、本优选方案通过构建虚拟惯量系数模型，使得系统的惯量能够根据系统的频率变化率的大小进行变化，从而更好的根据频率对海上风电场的换流站进行调节，从而确保了海上风电场的并网频率稳定性。

26、作为优选方案，所述根据换流站的电容信息和所述功率信息，结合所述虚拟惯量系数模型，构建电压控制模型，具体包括：

27、所述换流站的电容信息，包括：换流站额定电容容量；

28、所述换流站的功率信息，包括：换流站流入有功功率和换流站流出有功功率；

29、根据所述换流站额定电容容量、换流站流入有功功率和换流站流出有功功率，构建电容的有功功率平衡方程；

30、根据所述有功功率平衡方程，结合预设的电机的转子运动平衡方程，构建初始电压控制模型；

31、根据所述初始电压控制模型，结合所述虚拟惯量系数模型和电网的额定频率，构建电压控制模型。

32、本优选方案通过构建电压控制模型，使得电压控制模型能够依据频率变化大小输出响应的电压参考值，从而能够结合频率惯量控制模型对换流站进行调节，提高了电力系统的惯性特性，较好的消除了海上风电场并网时造成的电网频率波动，从而增强了海上风电场并网的频率稳定。

33、作为优选方案，所述电压控制模型，具体包括：

34、

35、其中，为直流电压参考值，hv为换流站的额定虚拟惯量系数，f为电网频率，t为时间，ceq为换流站额定电容容量，fn为电网的额定频率，udcn为直流电压额定值。

36、本优选方案通过构建电压控制模型，使得电压控制模型能够依据频率变化大小输出响应的电压参考值，从而能够结合频率惯量控制模型对换流站进行调节，提高了电力系统的惯性特性，较好的消除了海上风电场并网时造成的电网频率波动，从而增强了海上风电场并网的频率稳定。

37、作为优选方案，所述根据所述下垂系数模型和所述电压控制模型，结合电网的额定频率，构建换流站的频率惯量控制模型，具体包括：

38、将电网的额定频率作为分界点，结合所述下垂系数模型和所述电压控制模型，构建换流站的频率惯量控制模型；其中，所述构建换流站的频率惯量控制模型，包括：

39、

40、其中，δp为频率惯量控制模型输出的功率偏差参考值，和分别第一下垂系数和第二下垂系数，为直流电压参考值，udc为直流电压，f为电网频率，fn为电网的额定频率。

41、本优选方案通过构建换流站的频率惯量控制模型，使得能够根据电网的频率来得到换流站的功率偏差参考值，将换流站功率值与电网频率直接耦合，从而提高了对换流站的调节准确性，确保了海上风电场的并网频率稳定性。

42、作为优选方案，所述获取当前电网频率，结合所述频率惯量控制模型，对换流站进行调节，具体包括：

43、获取当前电网频率；

44、将所述当前电网频率输入所述电压控制模型，得到直流电压参考值；

45、比较所述当前电网频率和所述电网额定频率的大小，得到比较结果；

46、根据比较结果，结合所述频率惯量控制模型和下垂系数模型，得到功率偏差参考值；

47、根据所述功率偏差参考值和所述有功功率额定值，得到电流参考值；

48、根据所述电流参考值，对换流站进行调节。

49、本优选方案通过电压控制模型能够依据频率变化大小输出响应的电压参考值，从而能够结合频率惯量控制模型对换流站进行调节，提高了电力系统的惯性特性，较好的消除了海上风电场并网时造成的电网频率波动，从而增强了海上风电场并网的频率稳定。

50、相应的，本发明实施例提供了一种海上风电场的换流站调节装置，包括：下垂系数模型计算模块、虚拟惯量系数模型计算模块、电压控制模型计算模块、频率惯量控制模型计算模块和换流站调节模块；

51、其中，所述下垂系数模型计算模块用于根据换流站的功率信息和直流电压信息，构建换流站的下垂系数模型；

52、所述虚拟惯量系数模型计算模块用于获取电网的历史频率数据，构建虚拟惯量系数模型；

53、所述电压控制模型计算模块用于根据换流站的电容信息和所述功率信息，结合所述虚拟惯量系数模型，构建电压控制模型；

54、所述频率惯量控制模型计算模块用于根据所述下垂系数模型和所述电压控制模型，结合电网的额定频率，构建换流站的频率惯量控制模型；

55、所述换流站调节模块用于获取当前电网频率，结合所述频率惯量控制模型，对换流站进行调节。

56、作为优选方案，所述虚拟惯量系数模型计算模块，包括：虚拟惯量系数模型计算单元；

57、所述虚拟惯量系数模型计算单元用于获取电网的历史频率数据，构建频率与虚拟惯量系数的关系图；

58、根据所述关系图，构建虚拟惯量系数模型；其中，所述虚拟惯量系数模型包括：

59、

60、其中，为虚拟惯量系数，hv为换流站的额定虚拟惯量系数，f为电网频率，t为时间。

61、可以理解的是，相对于现有技术，本装置通过换流站的功率信息和直流电压信息，构建换流站的下垂系数模型，使得换流站能够依据下垂系数模型，根据功率的波动适应性的进行调节，避免了功率波动造成的电压波动过大；通过构建与频率密切相关的虚拟惯量系数模型，进而构建电压控制模型，使得电压控制模型能够依据频率变化大小输出响应的电压参考值，从而能够结合频率惯量控制模型对换流站进行调节，提高了电力系统的惯性特性，较好的消除了海上风电场并网时造成的电网频率波动，从而增强了海上风电场并网的频率稳定。