[发明专利]大型风电场接入VSC-MTDC系统的启动控制方法

摘要

本发明提供了一种大型风电场接入VSC-MTDC系统及其启动控制方法，所述系统包括两个风电场、两个送端换流站、一个受端换流站和交流电网，送端换流站和受端换流站之间通过直流线路连接；所述方法首先采用分群法对大型风电场进行等值聚合，建立鼠笼定速和双馈变速两种机型的风电场聚合模型，然后基于风电场聚合模型，建立VSC-MTDC输电系统模型，通过风电场与换流站之间的协调控制并按照特定的启动控制时序，实现了大型风电场接入VSC-MTDC系统的平滑启动过程。本发明启动过程平稳，安全可靠性高，适用范围广，可有效减少系统启动对电网侧的影响，并具有逻辑清晰、可操作性强等特点。

主权项

一种大型风电场接入VSC‑MTDC系统的启动控制方法，其特征在于，所述系统包括两个风电场、两个送端换流站、一个受端换流站和交流电网，所述两个送端换流站分别通过直流电缆连接到受端换流站的一端，所述受端换流站的另一端连接到交流电网；其中：所述风电场包括一个鼠笼定速风电场和一个双馈变速风电场；所述第一送端换流站均包括第一第一三相交流断路器（QF1）、第一三相第一联结变压器（T1）、第一换流器和第一、第二直流隔离开关（QS1+）和（QS1‑）；所述第二送端换流站均包括第二第一三相交流断路器（QF1）、第二三相联结变压器（T2）、第二换流器和第三、第四直流隔离开关（QS2+）和（QS2‑）；所述受端换流站包括第三三相交流断路器（QF3）、一个三相交流接触器（KM）、三个启动电阻（R）、第三三相联结变压器（T3）、第二换流器和第五、第六直流隔离开关（QS3+）和（QS3‑）；鼠笼定速风电场出口侧接入交流汇流母线（B1），交流汇流母线（B1）引出一路接入第一送端换流站，与第一送端换流站的第一三相交流断路器（QF1）的一端相连，第一三相交流断路器（QF1）的另一端与第一送端换流站的第一联结变压器（T1）的一端相连，第一联结变压器（T1）的另一端与第一送端换流站的第一换流器的交流侧相连，第一、第二直流隔离开关（QS1+）和（QS1‑）的一端分别与第一换流器的正极和负极直流母线相连，第一、第二直流隔离开关（QS1+）和（QS1‑）的另一端分别与正极和负极直流电缆的一端相连；双馈变速风电场出口侧接入交流汇流母线（B2），交流汇流母线（B2）引出一路接入第二送端换流站，与第二送端换流站的第二三相交流断路器（QF2）的一端相连，第二三相交流断路器（QF2）的另一端与第二送端换流站的第二联结变压器（T2）的一端相连，第二联结变压器（T2）的另一端与第二送端换流站的第二换流器的交流侧相连，第三、第四直流隔离开关（QS2+）和（QS2‑）的一端分别与第二换流器的正极和负极直流母线相连，第三、第四直流隔离开关（QS2+）和（QS2‑）的另一端分别与第二送端换流站的正极和负极直流电缆的一端相连，第二送端换流站的正极和负极直流电缆的另一端分别与第一送端换流站的正极和负极直流电缆的一端相连；受端换流站的第五、第六直流隔离开关（QS3+）和（QS3‑）的一端分别与直流电缆的一端连接，另一端分别与受端换流站的第三换流器的正极和负极直流母线相连，第三换流器的交流侧与受端换流站的第三联结变压器（T3）的一端相连，第三联结变压器（T3）的另一端与启动电阻（R的一端相连，三相交流接触器（KM）与启动电阻（R）并联连接，启动电阻（R）的另一端与受端换流站的第三三相交流断路器（QF3）的一端相连，第三三相交流断路器（QF3）的另一端接入交流汇流母线（B3），交流汇流母线（B3）引出一路接入交流电网；上述系统的启动控制方法首先采用分群法对大型风电场进行等值聚合，建立鼠笼定速和双馈变速两种机型的风电场聚合模型，然后基于风电场聚合模型，建立VSC‑MTDC输电系统模型，通过风电场与换流站之间的协调控制并按照特定的启动控制时序，实现大型风电场接入VSC‑MTDC系统的平滑启动过程；具体步骤包括：步骤1：采用分群法对大型风电场进行等值聚合，分别建立鼠笼定速和双馈变速风电场聚合模型；步骤2：建立VSC‑MTDC输电系统模型；步骤3：受端换流站和送端换流站极连接；步骤4：启动受端换流站为直流电网建立稳定的直流电压；步骤5：启动送端换流站在风电场汇聚点建立稳定的交流电压；步骤6：启动鼠笼定速风电场，完成空载启动并网；步骤7：启动双馈变速风电场，完成空载启动并网；步骤1中，所述分群法的具体实现方法如下：a.假设同风速区段同型号的m台双馈风力发电机，可等值成一台双馈风力发电机，其等值参数计算如下： S eq = Σ i = 1 m S i = mS , P eq = Σ i = 1 m P i = mP , Q eq = Σ i = 1 m Q i = mQ X m - eq = x m m , X s - eq = x s m , X r - eq = x r m , r s - eq = r s m , r r - eq = r r m - - - ( 1 ) 其中：S为发电机容量，m为风电机组台数，下标eq表示等效后，Xm为发电机励磁电抗，xs和xr分别为发电机定子电抗和转子电抗，rs、rr为发电机定子电阻和转子电阻；b.假设同风速区段同型号的m台定速风力发电机，可等值成一台定速风力发电机，其等值参数计算如下： S eq = Σ i = 1 m S i , P eq = Σ i = 1 m P i , P mq = Σ i = 1 m P mi X a - eq = Σ i = 1 m δ i x i , δ i = S i / Σ j = 1 m S j - - - ( 2 ) 其中：x为发电机定子电抗，δi是第i台发电机的容量所占总容量比例系数；c.按照基于桨距角动作情况的分群法，多台发电机组的等效风速计算如下： v eq 1 = 1 m Σ i = 1 m v i - - - ( 3 ) d.风电场内部集电线路等效长度计算如下： Z eq _ n = [ Σ i = 1 n i 2 Z i ] / n 2 - - - ( 4 ) 式中：n为线路上机组台数，Zi为第i条电缆的阻抗；e.传动链采用两质量块模型，将风力机和低速传动轴等效成一个质量块，其转动惯量是Htur，轴的刚度系数是K，阻尼系数是D；将齿轮箱高速传动轴和发电机转子等效为第二个质量块，其转动惯量是Hgen，传动链模型如式（5），传动链等值聚合参数如式（6）： 2 H tur d ω tur dt = T tur - K s θ s - D tur ω tur 2 H gen d ω gen dt = K s θ s - T e - D gen ω gen dθ s dt = ω 0 ( ω tur - ω gen ) - - - ( 5 ) 其中：Dtur、Dgen分别是风力机转子和发电机转子的阻尼系数，θs、ωs分别是两质量块之间相对的角位移及同步转速，Ttur、TE分别是风力机机械转矩和发电机电磁转矩； H g _ eq = Σ i - 1 m H gi = m H g H t _ eq = Σ i - 1 m H ti = m H t K s _ eq = Σ i - 1 m K si = m K s - - - ( 6 ) 其中：Ht、Hg分别是风力机和发电机的转子惯性时间常数，Ks为轴系刚度系数。