[发明专利]一种改善风电场交直流并网系统频率的联合调频控制策略

摘要

本发明公开一种改善风电场交直流并网系统频率的联合调频控制策略，提出储能与柔性直流附加控制联合参与系统频率调节以改善主网频率的方法：首先，在风电场侧柔性直流换流站中加入基于风电场频率变化的柔性直流频率附加控制，利用柔性直流输电的大输送功率和可短时过负荷运行的特点，优先改善风电场频率特性；其次，将储能系统通过换流器并联在风电场和主网间直流线路上，弥补风电场侧直流附加控制对主网的频率恶化作用。本发明优先改善风电场频率特性，保证风电场安全运行，同时改善主网频率特性。

主权项

1.一种改善风电场交直流并网系统频率的联合调频控制策略，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：构建直流频率附加控制器：在风电场侧换流站WFVSC中引入直流电压‑‑有功功率下垂特性和有功功率‑频率下垂特性，组成直流频率附加控制器，使直流系统能响应风电场频率变化；直流频率附加控制器结构的数学关系式如下：式中，U_dc为直流电压，U_dcref为直流电压整定值；β为直流电压‑‑有功功率下垂特性的下垂系数；α为有功功率‑频率下垂特性的下垂系数；f_H和f_L分别为直流电压‑‑有功功率下垂特性中设置的频率的上限动作值和下限动作值；f为频率；P为有功功率；P_ref为有功功率整定值；步骤2：确定直流频率附加控制器比例系数：对受控系统∑₀＝(A₁,B₁,C₁)，用状态向量的线性反馈V^*＝KX₁构成闭环系统，即通过状态反馈矩阵K的作用；其中，A₁、B₁、C₁分别表示加入状态反馈前受控系统的系数矩阵、输入系数矩阵、输出系数矩阵；X₁表示状态向量；让闭环系统∑＝(A₁‑B₁K,B₁,C₁)的极点，即A₁‑B₁K的特征值恰好处于根平面上所期望的位置，以获得所需要的动态性能；加入状态反馈后，应用重叠分解技术对闭环系统进行分解，形成两个子系统T₁和T₂，子系统T₁状态方程变为令其输出方程为y₁＝C₁X₁+D₁V，且输出变量y₁＝X₁，则D₁＝0，C₁为二阶单位矩阵；D₁表示系数矩阵，在此取D₁＝0；V表示交直流互联系统重叠分解后得到的状态向量[Δf₁ ΔP_ac]^T，ΔP_ac为交流线路输送功率变化量；加入线性反馈前，系统特征值由下式求得：det[sI‑A₁]＝0解得系统特征值s_1,2＝σ±jω_d；σ为系统特征值实部，ω_d为系统特征值虚部；s为拉普拉斯算子，I为单位矩阵；以调整时间t_s为频率特性指标，加入线性反馈后希望t_s＝4s，则对应特征值为‑(4/t_s)±jω_d；考虑频率附加控制器控制量只有风电场交流母线频率Δf₁，则反馈矩阵满足K＝[k₁ 0]；k₁表示反馈矩阵K的第一个系数；加入线性反馈后的闭环系统∑＝(A₁‑B₁K,B₁,C₁)满足：由此得到频率附加控制器具体的控制规律ΔP_dc＝‑KX₁＝‑k₁Δf₁，即风电场侧换流站WFVSC引入的有功功率‑频率下垂系数α＝‑k₁；在频率附加控制器前引入死区，使直流输送功率稳定，并避免附加频率控制器加入引起频率波动；步骤3：在储能装置外环控制中加入基于风电场交流母线频率Δf₁的比例式频率附加控制器，得到换流器控制模型；再将换流器内环控制简化为一阶滞后传递函数表示，得换流器简化控制模型；加入频率附加控制的储能系统频率模型传递函数为：式中，ΔP_E(s)为储能系统送出功率变化量，Δf(s)为风电场交流母线频率变化量；K_E储能频率附加控制比例系数，T_E为内环控制响应时间常数；引入死区和功率限制，得到最终的储能系统频率模型；步骤4：构建储能和柔性直流附加控制参与调频的风电场交直流并网系统的统一频率模型，改善系统的频率稳定性。