风电基地柔直外送系统的频率调节方法及系统与流程

本发明涉及柔性直流输电，尤其涉及一种风电基地柔直外送系统的频率调节方法及系统。

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、柔性直流外送系统，是专门为大规模清洁能源（如沙戈荒地区风电）远距离输送而设计的电力高速公路，已成为沙戈荒风电基地电力外送的主流技术方案。

3、随着电力系统新能源渗透率持续走高，沙戈荒风电经柔直外送的输电系统将在系统频率调节中承担愈发重要的职能。目前新能源基地经柔直外送的调频控制策略对柔直换流站采用场站级统一控制模式，但是，受直流侧电压安全运行约束的限制，换流站子模块的电容能量裕度难以得到深度挖掘，导致模块化多电平换流器柔性直流（mmc-hvdc）系统的惯量支撑潜力未能充分释放；此外，风电机组备用功率、转子动能与柔直换流站子模块电容能量三类调频资源，在响应机理、能量规模与作用时长上存在显著差异，需结合各类资源的物理属性与运行约束，设计差异化的协同调频控制机制。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种风电基地柔直外送系统的频率调节方法及系统，按照柔直换流站优先、风电备用功率次之、最后调用风电机组转子动能的分级调频逻辑，将三类资源差异化协同，同时在调用风电机组转子动能时，按照风速差异对风电机组实施分集群梯次投退控制，以减小频率二次跌落。

2、在一些实施方式中，采用如下技术方案：

3、一种风电基地柔直外送系统的频率调节方法，应用于包含风电场和柔性直流输电换流站的风电外送系统，包括：

4、周期性检测风电机组运行状态，结合转速、功率备用情况整定惯量响应系数，确定各机组调频优先级；同步检测柔直换流站各桥臂可用子模块投入数量，确定柔直换流站的惯量响应系数；

5、实时检测受端电网频率，确定受端电网是否发生频率跌落扰动；在确认发生频率跌落扰动后，控制柔直换流站按照所述惯量响应系数调节受端换流站投入子模块数量，释放子模块电容能量，向受端电网提供惯量支撑，同时控制风电机组按照预设惯量响应系数释放备用功率，向受端电网补充有功功率；

6、持续检测受端电网频率变化趋势，若频率仍然持续下降，触发风电机组转子动能调频响应：

7、根据各机组调频优先级将风电机组划分为第一调频集群和第二调频集群，控制所述第一调频集群优先降低转子转速以释放转子动能参与调频，在所述第一调频集群退出调频时控制所述第二调频集群接续投入调频，向受端电网补充有功功率，以抑制频率二次跌落。

8、作为进一步的方案，确定柔直换流站的惯量响应系数，具体过程为：

9、采集柔直换流站各桥臂可用子模块投入数量，分别确定受端换流站当前投入子模块数量nr0和送端换流站当前投入子模块数量ns0；

10、根据受端换流站投入子模块数量上限和送端换流站投入子模块数量上限，结合预设的系统频率变化率限值，对受端换流站惯量支撑系数和送端换流站惯量支撑系数分别进行整定。

11、作为进一步的方案，受端换流站投入子模块数量上限与受端换流站当前投入子模块数量之差，与预设的系统频率变化率限值的比值，作为整定后的受端换流站惯量支撑系数；

12、送端换流站投入子模块数量上限与送端换流站当前投入子模块数量之差，与预设的系统频率变化率限值的比值，作为整定后的送端换流站惯量支撑系数。

13、作为进一步的方案，控制柔直换流站按照所述惯量响应系数调节受端换流站投入子模块数量，具体为：

14、受端换流站实时检测受端电网频率变化率，所述受端电网频率变化率与整定后的受端换流站惯量支撑系数的乘积，作为受端换流站投入子模块的变化量，所述变化量与受端换流站当前投入子模块数量的加和，作为调节后的受端换流站投入子模块数量；

15、受端换流站将频率偏差转化为直流电压参考值的变化，通过直流母线将频率扰动信息传递给送端换流站，送端换流站检测直流电压波动量，将直流电压变化率与整定后的送端换流站惯量支撑系数的乘积，作为送端换流站投入子模块的变化量，所述变化量与送端换流站当前投入子模块数量的加和，作为调节后的送端换流站投入子模块数量。

16、作为进一步的方案，结合转速、功率备用情况整定惯量响应系数，具体为：

17、；

18、其中，为风电机组备用功率对应的惯量支撑系数

hres的整定值，为风电机组按最大功率追踪模式下输出的功率，为风电机组按超速备用模式下输出的功率，表示风电场设定的频率变化率限值。

19、作为进一步的方案，确定各机组调频优先级，具体过程为：

20、根据超短时风速预测值计算各风电机组在最大功率点追踪控制下的转子转速预测值；

21、根据所述转子转速预测值及转子转速安全下限，计算各风电机组的可释放转子动能预测值；

22、计算各风电机组在完全释放转子动能时对应的最大风功率损失预测值；

23、根据所述最大风功率损失预测值与转子动能预测值的比值计算各风电机组单位转子动能释放量对应的风功率损失指标；

24、将各风电机组按风功率损失指标由小到大进行排序，风功率损失指标值越小，对应的调频优先级越高。

25、作为进一步的方案，根据各机组调频优先级将风电机组划分为第一调频集群和第二调频集群，具体为：

26、按照调频优先级由高到低的顺序依次选取风电机组加入第一调频集群，直至第一调频集群所有风电机组的转子动能之和满足：

27、；

28、将剩余风电机组纳入第二调频集群，第二调频集群转子动能之和满足：

29、；

30、其中，

ek1为系统最大预想扰动对应所需能量，、分别为风机i和j的转动惯量大小，

ωi、

ωj分别为风机i、风机

j的当前转速，

ωr_low代表风机转速安全范围的下限，为第一调频集群中风电机组的数量，为第二调频集群中风电机组的数量，μ为调节系数。

31、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

32、一种风电基地柔直外送系统的频率调节系统，包括：

33、数据获取模块，用于周期性检测风电机组运行状态，结合转速、功率备用情况整定惯量响应系数，确定各机组调频优先级；同步检测柔直换流站各桥臂可用子模块投入数量，确定柔直换流站的惯量响应系数；

34、柔直换流站和风电机组备用功率响应模块，用于实时检测受端电网频率，确定受端电网是否发生频率跌落扰动；在确认发生频率跌落扰动后，控制柔直换流站按照所述惯量响应系数调节受端换流站投入子模块数量，释放子模块电容能量，向受端电网提供惯量支撑，同时控制风电机组按照预设惯量响应系数释放备用功率，向受端电网补充有功功率；

35、风电机组转子动能调频响应模块，用于持续检测受端电网频率变化趋势，若频率仍然持续下降，触发风电机组转子动能调频响应：

36、根据各机组调频优先级将风电机组划分为第一调频集群和第二调频集群，控制所述第一调频集群优先降低转子转速以释放转子动能参与调频，在所述第一调频集群退出调频时控制所述第二调频集群接续投入调频，向受端电网补充有功功率，以抑制频率二次跌落。

37、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

38、一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的风电基地柔直外送系统的频率调节方法。

39、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

40、一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的风电基地柔直外送系统的频率调节方法。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、针对当前新能源基地经柔直外送系统调频控制存在的技术短板，本发明提出的风电场分集群调控与柔直换流站协同调频策略，一方面突破了场站级统一控制模式的局限，在满足直流侧电压安全运行约束的前提下深度挖掘mmc-hvdc子模块的电容能量裕度，充分释放了柔直系统的惯量支撑潜力；另一方面结合风电机组转子动能、备用功率与柔直子模块电容能量三类调频资源的响应机理、能量规模与作用时长差异，构建了差异化的协同调频控制机制。该策略可实现多类调频资源的配合，有效平抑传统集中式风机惯量控制引发的二次频率跌落，显著改善系统遭受有功扰动后的频率动态特性，提升系统暂态频率安全稳定水平。

43、本发明的其他特征和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，或通过本方面的实践了解到。