基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统启动方法与流程

本发明属于新能源发电，具体涉及一种基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统启动方法。

背景技术：

1、目前，海上风电正在朝着深远海方向发展，基于模块化多电平换流器(mmc)拓扑的柔性直流输电技术具有制造难度低，系统损耗低，波形质量高等优点，在远距离电能汇集和输送中有十分良好的应用前景。然而，在大容量海上风电场柔直输电系统中，采用mmc拓扑结构的海上换流站的体积和重量较大，其建设与运输成本很高，不利于海上风电的平价上网。与mmc拓扑结构相比，采用二极管拓扑能够显著降低设备的体积和重量，从而降低海上换流站建设成本。但是，送端换流站采用二极管拓扑会造成送端交流电网不可控及系统启动困难等问题，需要海上风电机组采用构网型控制策略。

2、由于海上交流电网电压与直流输电系统直流电压共同决定了二极管换流器的输送功率，因此，已有针对二极管整流系统的风机构网型控制方法一般是采用有功-电压耦合的构网型控制策略，然而，这种控制策略与传统同步发电机组的有功-频率耦合特性具有显著区别，在多机运行时系统稳定性尚不明确。而如果风机采用有功-频率耦合的构网型控制策略，系统启动过程将会面临二极管换流器两端功率难以协调的问题。因此，需要针对采用有功-频率耦合控制的构网型风机，研究相应的风电经二极管送出系统启动方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服当风机采用有功-频率耦合的构网型控制策略时，系统启动过程中二极管换流器两端功率难以协调的问题，提出一种基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统启动方法。仅需要在一台风电机组安装容量很小的储能设备，并通过受端mmc换流器与风电机组的协同控制，就能够实现海上风电场经二极管送出系统的顺利启动，且送端交流电网能够保持有功-频率耦合的电气特性，在显著降低工程建设成本的同时，保障系统的运行稳定性。

2、为了实现上述发明目的，本方法采取如下技术方案：

3、一种基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统启动方法，其特征在于，所述基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统包括：储能电池、双向dc/dc变换器、风力发电机、风机机侧换流器、风机直流母线、风机网侧换流器、风机升压变压器、风机断路器、送端联接变压器、送端二极管换流器、受端mmc换流器、启动电阻、受端联接变压器；

4、所述储能电池通过双向dc/dc变换器接入风机直流母线，所述风力发电机经过风机机侧换流器，风机直流母线和风机网侧换流器接入海上交流电网，再通过风机升压变压器升压至海上交流母线的电压等级，经过风机断路器接入海上交流母线，多个风机断路器在海上交流母线汇集后，通过送端联接变压器升压至与直流输电系统相匹配的电压等级，再通过送端二极管换流器整流为直流，输送至受端后通过受端mmc换流器逆变为交流，通过启动电阻和受端联接变压器与受端交流电网相连；

5、所述风机网侧换流器采用基于有功-频率耦合的构网型控制策略，负责维持送端交流电网的稳定；所述风机机侧换流器采用定直流母线电压和无功功率控制策略，负责维持风机直流母线电压稳定；所述受端mmc换流器采用定直流母线电压和无功功率控制策略，根据送端交流电网角频率，调节直流输电系统直流母线电压，维持系统内有功功率平衡；

6、所述基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统启动方法的特征在于：

7、系统启动过程开始，首先通过启动电阻向受端mmc换流器充电；

8、解锁受端mmc换流器，调节直流输电系统直流母线电压为额定值；

9、启动储能电池和双向dc/dc变换器，调节风机直流母线电压至额定值；

10、启动风机网侧换流器，通过有功-频率耦合的构网型控制策略，建立海上交流电网电压；

11、逐步增大海上交流电网电压至额定值，使送端二极管换流器具备导通条件；

12、将送端交流电网角频率通过通讯传递至受端mmc换流器，根据送端交流电网角频率调节直流输电系统直流母线电压；

13、启动风机机侧换流器和风力发电机，逐步增大风机的输出有功功率。

14、进一步地，所述风机网侧换流器，采用基于有功-频率耦合的构网型控制策略，负责建立送端交流电网电压，并在运行过程中维持送端交流电网的稳定，其有功功率参考值根据最大功率跟踪模块给定；风机网侧换流器构网型控制策略的具体实现方式如下：

15、在有功-频率耦合控制模块中，根据以下方法计算参考相位θg：

16、θg(k+1)＝∫ωg(k+1)dt

17、

18、其中，θg(k+1)为下一采样周期的参考相位，ωg(k+1)为下一采样周期的角频率，ωg(k)为本采样周期的角频率，ωn为额定角频率，pgref为有功功率参考值，pg(k)为本采样周期有功功率，j为虚拟转子转动惯量，dp为有功阻尼系数；

19、在无功-电压耦合控制模块中，根据以下方法计算d轴电压参考值ugdref：

20、

21、其中，ugdref(k+1)为下一采样周期的d轴电压参考值，|ug(k)|为本采样周期的电压幅值，uref为电压幅值参考值，qgref为无功功率参考值，qg(k)为本采样周期无功功率，k为虚拟励磁系数，dq为无功阻尼系数。

22、进一步地，所述受端mmc换流器，采用定直流母线和无功功率控制策略，其直流母线电压参考值udc2ref根据送端交流电网角频率计算，具体实现方式如下；

23、idcref＝fpi1(s)(ωg-ωgref)

24、

25、udc2ref＝udc2n-fpi2(s)(idcref-idc)

26、

27、其中：idcref为直流电流参考值，idc为直流电流，ωgref为送端电网角频率参考值，ωg为送端电网角频率，udc2ref为直流母线电压参考值，udc2n为直流母线电压额定值，fpi1(s)为角频率pi控制器的传递函数，kp1为比例系数，ki1为积分系数，fpi2(s)为直流电流pi控制器的传递函数，kp2为比例系数，ki2为积分系数。

28、本发明的有益效果是：

29、通过采用本发明的技术方案，仅需要在一台风电机组安装容量很小的储能设备，并通过受端mmc换流器与风电机组的协同控制，就能够实现海上风电场经二极管送出系统的顺利启动，且送端交流电网能够保持有功-频率耦合的电气特性，在显著降低工程建设成本的同时，保障系统的运行稳定性，具有显著的经济效益与良好的应用前景。

技术特征：

1.一种基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统启动方法，其特征在于，所述基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统包括：储能电池、双向dc/dc变换器、风力发电机、风机机侧换流器、风机直流母线、风机网侧换流器、风机升压变压器、风机断路器、送端联接变压器、送端二极管换流器、受端mmc换流器、启动电阻、受端联接变压器；

2.根据权利要求1所述的基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统启动方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的基于有功-频率耦合构网的风电经二极管送出系统启动方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种基于有功‑频率耦合构网的风电经二极管送出系统启动方法，仅需要在一台风电机组安装容量很小的储能设备，并通过受端MMC换流器与风电机组的协同控制，就能够实现海上风电场经二极管送出系统的顺利启动，且送端交流电网能够保持有功‑频率耦合的电气特性，在显著降低工程建设成本的同时，保障系统的运行稳定性，具有显著的经济效益与良好的应用前景。技术研发人员：王霄鹤,戚海峰,杨文斌,陈晴,谢瑞,郦洪柯,陈玮,严铭,殷贵受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18