直驱风电场经LCC-HVDC送出系统的阻抗模型获取方法和装置与流程

直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的阻抗模型获取方法和装置
技术领域
1.本发明属于直流高压输电系统技术领域，具体涉及一种直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的阻抗模型获取方法和装置。


背景技术：

2.我国风电发展迅速，装机容量逐年上升。但是风资源和用电负荷中心在地域上呈现逆向分布，造成风电的发电供给侧和用电需求侧分布不均衡问题显著。“远距离、大规模、高集中”的风电外送建设成为我国目前及未来相当一段时间内风电开发和利用的主要方式。传统的lcc
‑
hvdc输电技术因其长距离输送时的大容量功率优势，在现阶段以及未来的高压直流建设中占据主导地位。在国家电网高压直流建设发展研究中，东北和西北(含新疆)基地的风电需通过lcc
‑
hvdc送出，已有多个工程投入运行或在建。然而，传输距离变长以及风电大规模集中并网导致局部电网强度变弱，且变流器等装置的大量使用导致电力电子化电力系统特征显著，风电场与hvdc间的交互作用可能导致的次同步振荡(sub
‑
synchronous oscillation,sso)问题时有发生。直驱永磁同步风电机组(direct
‑
drive permanent magnet synchronous generator，d
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pmsg)因其单机功率大、低电压穿越能力强等优势，获得大规模使用。然而针对直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出工程的阻抗获取尚未提出有效的解决方案。随着直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出工程规模增加，亟需有效的送出系统阻抗模型获取方法和装置，从而评估系统稳定性。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供了一种直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的阻抗获取方法和装置，能够准确获得系统阻抗，从而为送出系统的稳定性分析和优化提供了模型基础。
4.为实现上述目的，本发明的一种直驱风场经lcc
‑
hvdc送出系统阻抗模型获取方法，包括如下步骤：
5.步骤1，获得直驱风电场变流器参数，包括变流器滤波电感、滤波电容和直流环节电容值；获得变流器控制器参数，包括电流控制器pi环节传递函数和控制参数、锁相环传递函数和控制参数、直流电压参考值以及交流电流参考值；
6.步骤2，获得交流电网参数，包括工频电压、线路长度以及线路电感电阻参数；
7.步骤3，获得lcc
‑
hvdc送端系统参数，包括直流线路电感电阻、直流侧电容和交流测无功补偿电容值；
8.获得整流站控制器参数，包括锁相环传递函数和控制参数、直流电流控制器pi环节传递函数和控制参数、直流电流反馈增益传递函数和控制参数，直流电压参考值、直流电流参考值和触发角参考值；
9.步骤4，运行并网系统使其运行在稳态工作点，然后采集系统稳态值，包括直驱风电场输出功率、交流弱电网输出功率、lcc整流站输入功率、公共耦合点的工频电压以及直驱风电场输出工频电流；
10.步骤5，根据获得的直驱风电场变流器参数、lcc整流站参数以及系统稳态值得到直驱风电场、交流电网以及lcc
‑
hvdc送端系统的阻抗模型，并通过所述的阻抗模型传递函数得到各部分存在频率为fp的扰动电压信号时的正序阻抗和耦合阻抗。
11.步骤6中，将直驱风电场阻抗与lcc
‑
hvdc送端系统的阻抗模型进行并联计算得到直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的正序阻抗和耦合阻抗。
12.其中，根据步骤1和步骤3获得的直驱风电场变流器参数以及系统稳态值计算一种直驱风电场的阻抗模型，包括正序阻抗和耦合阻抗，计算方法为：
[0013][0014][0015]
式中：直驱风电场系统正序阻抗；直驱风电场系统正序电压和负序电流的耦合阻抗，i1为交流侧基波相电流峰值；m1为调制信号基波峰值；k
m
为调制比；t
pll
(s)为锁相环闭环传递函数；ω1为基频角频率；v
dc
是直流侧电压幅值；hi(s)是电流环传递函数；cf为滤波电容；lf为滤波电感；kd为解耦系数；s为微分算子。
[0016]
其中，根据步骤2和步骤3获得的lcc整流站参数以及系统稳态值计算一种lcc
‑
hvdc送端系统阻抗模型，包括正序阻抗和耦合阻抗，计算方法为：
[0017][0018][0019]
其中，整流站系统正序阻抗，整流站系统正序电压和负序电流的耦合阻抗，v
a
(s)为系统的正序电压，i
a
(s)、i
a
(s2)分别为系统的正序电流和负序电流，p为电网基频有功功率，q为电网基频无功功率，s＝p jq为视在功率，为电网基频电流相角，ω1＝2πf1，其中f1为基频，k为正整数，k
t
为变压器变比，d
p
(s)为触发角扰动函数，s为微分算子，c
r
为lcc无功补偿电容，s1为正序频率下的微分算子，z
dc
为直流线路阻抗，初始触发角α1＝α0 5π/6，上标“*”表示共轭，||为并联符号；
[0020]
直流侧电路阻抗为：
[0021][0022]
其中，l
d
,r
d
分别为直流输电线路电感和电阻，c
dc
为直流侧电容。
[0023]
本发明还提供了一种直驱风场经lcc
‑
hvdc送出系统阻抗模型获取装置，包括第一获取模块、第二获取模块、第三获取模块、采集模块以及计算模块；
[0024]
其中，第一获取模块，用于获取直驱风电场变流器参数，包括滤波电感电容以及控制参数值；
[0025]
第二获取模块，用于获取交流电网参数，包括线路长度和电感电容分布参数；
[0026]
第三获取模块，用于获取lcc
‑
hvdc送端系统参数，包括直流线路电感电阻、直流侧电容、交流测无功补偿电容值以及整流站控制器参数；
[0027]
采集模块，用于采集系统稳态值，包括直驱风电场、交流弱电网和lcc整流站的功率、各点工频电压电流；
[0028]
计算模块，用于根据获得的直驱风电场变流器参数、lcc整流站参数以及系统稳态值得到直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的阻抗模型，并通过所述的阻抗模型传递函数计算得到系统再宽频带内的正序阻抗和耦合阻抗。
[0029]
其中，所述装置还包括存储器以及通信接口；
[0030]
第一获取模块、第二获取模块、第三获取模块、采集模块以及计算模块组成处理器；
[0031]
存储器，用于存储装置运行计算机程序；
[0032]
通信接口，具有人机交互功能，通信接口从外界接受系统参数数据，上传至通信总线，或通信接口从通信总线获得直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的遗传算法优化结果，并向外界上位机和statcom控制器传输数据；
[0033]
处理器具有数据交互输入输出、信息采集、参数计算以及优化结果计算功能，处理器通过通信总线访问或调用存储器中所存储计算机程序，然后执行。
[0034]
有益效果：
[0035]
本发明考虑次、超同步耦合关系，通过获取模块、采集模块以及计算模块分别得到直驱风电场、交流电网、lcc
‑
hvdc送端系统的正序阻抗和耦合阻抗，并计算得到整个直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统在全频带内的阻抗，从而准确分析系统稳定性。
[0036]
本发明用来获取直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的阻抗模型的装置十分简洁，易于操作，考虑了次、超同步耦合关系，能够准确获取直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统在全频带内的正序阻抗和耦合阻抗，得到的阻抗模型更加准确全面，用于分析系统稳定性更加准确有效，弥补了当前研究对于直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的稳定性分析中模型获取不方面不准确的不足，为直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的设计和并网提供了重要依据。
附图说明
[0037]
图1为本发明实施例直驱风场经lcc
‑
hvdc送出系统阻抗获取流程图；
[0038]
图2为本发明实施例直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的阻抗模型获取装置结构示意图。
[0039]
图3为本发明实施例直驱风场经lcc
‑
hvdc送出系统拓扑结构图。
[0040]
图4为本发明实施例直驱风电机组机侧变流器电流环控制结构图。
[0041]
图5为本发明实施例lcc整流站触发脉冲控制框图。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0043]
本发明实施例提出的直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的阻抗模型的获取方法和装置作，能够准确获取直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统在全频带内的正序阻抗和耦合阻抗，考虑了次、超同步耦合关系，得到的阻抗模型更加准确全面，用于分析系统稳定性更加准确有效，弥补了当前研究对于直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的稳定性分析中模型获取不方面不准确的不足，为直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的设计和并网提供了重要依据。
[0044]
图1为直驱风场经lcc
‑
hvdc送出系统阻抗模型获取流程图，该方法包括如下步骤：
[0045]
步骤1，(通过第一获取模块101)获得直驱风电场变流器参数，包括变流器滤波电感、滤波电容和直流环节电容值；获得变流器控制器参数，包括电流控制器pi环节传递函数和控制参数、锁相环传递函数和控制参数、直流电压参考值以及交流电流参考值。
[0046]
步骤2，(通过第二获取模块102)获得交流电网参数，包括工频电压、线路长度以及线路电感电阻参数。
[0047]
步骤3，(通过第三获取模块103)获得lcc
‑
hvdc送端系统参数，包括直流线路电感电阻、直流侧电容和交流测无功补偿电容值；
[0048]
获得整流站控制器参数，包括锁相环传递函数和控制参数、直流电流控制器pi环节传递函数和控制参数、直流电流反馈增益传递函数和控制参数，直流电压参考值、直流电流参考值和触发角参考值。
[0049]
步骤4，运行并网系统使其运行在稳态工作点，然后(通过采集模块104)采集系统稳态值，包括直驱风电场输出功率、交流弱电网输出功率、lcc整流站输入功率、公共耦合点的工频电压以及直驱风电场输出工频电流。
[0050]
步骤5，(通过计算模块105)根据获得的直驱风电场变流器参数、lcc整流站参数以及系统稳态值得到直驱风电场、交流电网以及lcc
‑
hvdc送端系统的阻抗模型，并通过所述的阻抗模型传递函数得到各部分存在频率为fp的扰动电压信号时的正序阻抗和耦合阻抗。
[0051]
步骤6中，(通过计算模块105)将直驱风电场阻抗与lcc
‑
hvdc送端系统的阻抗模型进行并联计算得到直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的正序阻抗和耦合阻抗。
[0052]
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据步骤1和步骤3获得的直驱风电场变流器参数以及系统稳态值计算一种直驱风电场的阻抗模型，包括正序阻抗和耦合阻抗，计算方法为：
[0053][0054][0055]
式中：直驱风电场系统正序阻抗；直驱风电场系统正序电压和负序电流的耦合阻抗，i1为交流侧基波相电流峰值；m1为调制信号基波峰值；k
m
为调制比；t
pll
(s)为锁相环闭环传递函数；ω1为基频角频率；v
dc
是直流侧电压幅值；hi(s)是电流环传递函数；cf为滤波电容；lf为滤波电感；kd为解耦系数；s为微分算子。
[0056]
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据步骤2和步骤3获得的lcc整流站参数以及系统稳态值计算一种lcc
‑
hvdc送端系统阻抗模型，包括正序阻抗和耦合阻抗，计算方法为：
[0057][0058][0059]
其中，整流站系统正序阻抗，整流站系统正序电压和负序电流的耦合阻抗，v
a
(s)为系统的正序电压，i
a
(s)、i
a
(s2)分别为系统的正序电流和负序电流，p为电网基频有功功率，q为电网基频无功功率，s＝p jq为视在功率，为电网基频电流相角，ω1＝2πf1，其中f1为基频，k为正整数，k
t
为变压器变比，d
p
(s)为触发角扰动函数，s为微分算子，c
r
为lcc无功补偿电容，s1为正序频率下的微分算子，z
dc
为直流线路阻抗，初始触发角α1＝α0 5π/6，上标“*”表示共轭，||为并联符号；
[0060]
直流侧电路阻抗为：
[0061][0062]
其中，l
d
,r
d
分别为直流输电线路电感和电阻，c
dc
为直流侧电容。
[0063]
其中，l
d
,r
d
为直流输电线路电感电阻，c
dc
为直流侧电容。
[0064]
图2为一种直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的阻抗模型获取装置结构示意图，本发明装置通过传感器测量方法获取直驱风电场和lcc
‑
hvdc送出系统的结构参数，并计算直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统运行稳态值。进而通过阻抗模型传递函数计算直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统在全频带的阻抗值。
[0065]
本发明装置包括处理器201、存储器202和通信接口203，其中，处理器201调取存储器202中所存储计算机程序，该计算机程序可以通过执行各模块功能实现获取和采集功能；
[0066]
处理器201，具有交互输入输出、测量采集以及参数计算功能，主要由获取模块、采集模块和计算模块组成。处理器201通过通信总线调取并执行存储器202中所存储计算机程序，使获取模块从通信总线接收直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统各部分的系统参数；采集模块通过传感器采集系统运行稳态值；计算模块读取获取模块和采集模块的数据，并根据所得数据完成直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的正序阻抗和耦合阻抗的计算，并将结果上传到通信总线；
[0067]
存储器202，存储装置运行计算机程序。处理器201可通过通信总线访问或调用存储器202中所存储计算机程序。
[0068]
通信接口203，具有人机交互功能。通信接口从外界接受系统参数数据，上传至通信总线；或通信接口从通信总线获得直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的正序阻抗和耦合阻抗，并向外界传输数据。
[0069]
其中，处理器201包括第一获取模块101、第二获取模块102、第三获取模块103、采集模块104以及计算模块105。其中，第一获取模块101，用于获取直驱风电场变流器参数，包括滤波电感电容以及控制参数值；第二获取模块102，用于获取交流电网参数，包括线路长
度和电感电容分布参数；第三获取模块103，用于获取lcc
‑
hvdc送端系统参数，包括直流线路电感电阻、直流侧电容、交流测无功补偿电容值以及整流站控制器参数；采集模块104，用于采集系统稳态值，包括直驱风电场、交流弱电网和lcc整流站的功率、各点工频电压电流；计算模块105，用于根据获得的直驱风电场变流器参数、lcc整流站参数以及系统稳态值得到直驱风电场经lcc
‑
hvdc送出系统的阻抗模型，并通过所述的阻抗模型传递函数计算得到系统再宽频带内的正序阻抗和耦合阻抗。
[0070]
图3为直驱风场经lcc
‑
hvdc送出系统拓扑结构图，其中：v
g
，i
g
为交流电网电压和输出电流，r
g
，l
g
为电网电阻电感；i
l
,i
dc
为lcc
‑
hvdc送端的交/直流侧电流，l
d
,r
d
为直流输电线路电感电阻，c
dc
为直流侧电容；c
r
,i
r
为lcc
‑
hvdc交流侧滤波电容及其电流，其目的为减小系统交流侧稳态谐波；i
s
为直驱风电场输出电流。
[0071]
图4为直驱风电机组机侧变流器电流环控制结构图，h
ri
(s)是机侧变流器电流控制器的pi传递函数。分别为dq轴电流环给定信号，m
ds
、m
qs
为电流环输出调制信号，k
rd
为解耦系数。由此电流环数学表达式如下：
[0072][0073]
图5为lcc整流站触发脉冲控制框图，g
im
(s)为一阶滤波器，形式为1/(1 ts)；h
io
(s)为pi控制器，形式为k
ip
k
ii
/s；相控制部分作用是接收触发信号角α和参考信号角θ
l
并将两者进行比较，从而产生相应的触发脉冲。
[0074]
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。