含新能源接入的多端柔直系统电网支撑型控制策略研究

研究背景研究背景二电网支撑型控制策略研究近年来，浙江省海上风电发展进一步提速，其接入和消纳问题也日益凸显。交流并网具有系统结构简单、短距离造价相对低等优势，在近海新能源并网方面具有优势，但是交流海缆输送距离存在制约，且长距离海缆交流送出存在工频过电压等问题。柔性直流并网具有远距离输电损耗小、控制能力强等优点，通过快速响应和精准控制，可以更好适应新能源的间歇性、波动性，支撑新能源友好接入。浙江省海上风电总装机已近500万千瓦，预计2030年达浙江省海上风电总装机已近500万千瓦，预计2030年达2000万千瓦。舟山地区新能源装机已达226万千瓦，2030年将达到353万千瓦，其中海上风电173万千瓦。3多端柔性直流输电技术是解决大规模远距离新能源接入的重要手段之一。我国新能源资源主要集中在西北部的“沙戈荒”地区以及东部“深远海”地区，与负荷中心呈逆向分布特点，必须通过远距离大容量的输电来扩大新能源的消纳范围。目前，柔性直流输电技术被认为是新型电力系统建设的重点方向之一，特别是在海上风电并网等领域。舟山具备建设海上风电直流多端组网技术的现实条件。舟山已于2014年建成投运世界首个五端柔性直流输电工程，通过直流互联电网连接定海、岱山、衢山、泗礁、洋山等区域5座换流站，合计总容量1000兆瓦，积累了丰富的柔直电网运行经验。目前计划结合五端柔直控保改造和嵊泗7号海风接入项目建成世界首个六端柔性直流输电示范工程。风电舟定换流站4舟山448.8Hz,约100万用5英国8.9大停电：事发时风电渗透率达34.7%张北四端柔直工程：换流站-电网宽频振荡56一、研究背景2054系统故障转弧岛语沈194载故障路身潍站联网所孔岛32306322人工转弧岛运行丹活站联网邦孤岛成功，舟温过无源RDC运行正常，笔这现有构网控制的不足现有构网控制的不足目前柔直换流器的构网型控制大多基于某一类控制目标设计，不同控制目标下控制策略的结构往往差别较大，难以统一，不便于实际工程应用，尤其是需要控制模式切换的场景。●通过功率反馈与虚拟转子方程来构造电网同步函数;转子疆篮第；调剂比阻尼补偿U●通过直流电压反馈与直流电容-转子物理等效来构造同步函数8Prer+Prer+Kps下垂控制：缺乏惯量支撑，无法控制直流电压一一匹配控制：难实现阻尼，稳态直流母线电压可能偏离额定值DD标控制的构网控制策略?无法控制直流电压虚拟同步机(VSG):无法控制直流电压9基于子模块能量同步的同步机制架构，能够完全模拟同步发电机的同步原理，而不限于某个特定控制目标(例如定直流电压或LutcmmlEnagyRotatingmass量变化量变化:基于子模块能量同步的同步机制基于子模块能量同步的同步机制MMC子模块能量下降根据子模块能量下降幅度降低输出频率二、电网支撑型控制策略研究MMC上下桥臂投入的子模块数目，即插入指数由两个部分组成，其中直流为共模量，交流为差模量。常规控制中，共模量Ncom一般设为常数，也即子模块电容电压和直流电压比例固定。“SM:SMSM"sM.u十MMC直流侧等效直流侧多目标控制模块子模块能量(即输出频率)。PIPINcom子模块能量(频率)控制通过将不同维度的控制系数置0,可以将三维的控制架构降维成或单目标控制、双目标下垂控制，也可以同时保留三个维度，实现三目标下垂控制。一维二维交流侧多目标控制模块KMpecref→Kuacnmacref无功控制0√联网无功-电压下垂控制√√孤岛孤岛定电压控制√0联网下的频率支撑联网下的频率支撑通过采用P-f下垂控制，可以实现联网下对受端电网的频率支撑，例如当受端电网(例如舟山本地电网)因负荷突增导致频率下降时，换流站自发增加输出有功，或减小输入有功，从其他电网(例如浙江或上海大电网)自发调用功率支撑频率。子模块能量(频率)控制系数子模块能量(频率)控制系数有功控制系数通过采用Udc-f下垂控制，在电网频率变化后，各受端交流电网频率变化的加权和将体现在直流电压变化上，孤岛换流器能够从直流电压中提取电网频率变化，并将之映射到风场频率中，调用风机惯量支撑交流电网。孤岛换流器联网换流器(主站)自同步解耦自同步UacA频率波动控制方案应用示例嵊示例一：单点直流电压(主从)控制嵊示例一：单点直流电压(主从)控制沈家湾沈家湾舟洋云顶洛伽|云顶洛伽|主主蓬莱蓬莱嵊泗嵊泗二、电网支撑型控制策略研究控制方案应用示例定P转定P转沈家湾，舟洋舟泗舟洋舟泗100MW断路器1云顶洛伽|云顶洛伽|将舟洋站的Kp逐渐降低为0,Kw逐渐上莱莱列岛控制方案应用示例孤舟嵊沈家湾舟洋舟洋云顶洛伽云顶洛伽主足主足本地交流电网蓬莱蓬莱列岛嵊泗嵊泗控制方案应用示例嵊示例四：多点直流电压(下垂)控制嵊示例四：多点直流电压(下垂)控制下垂下垂下垂下垂舟嵊站孤岛运行蓬莱蓬莱列岛列岛控制方案应用示例沈家湾，三维DC三维沈家湾，三维DC三维三维舟嵊站采用二维度控制蓬莱能够在多点直流电压控制的基础上，实蓬莱列岛嵊泗列岛嵊泗舟山群岛二电网支撑型控制策略研究四控保策略工程应用研究舟山六端交直流混联系统建模沈家湾，舟定舟定480MW蓬菜100MW和250MW480MW蓬菜站，分别为100MW和480MW舟山六端交直流混联系统建模6795肉嵊肉嵊采用示例三主从控制+频率响应舟洋舟洋DC定88蓬莱列岛蓬莱列岛仿真工况1仿真工况1将舟洋站的Kd逐渐降低为0,Kw逐渐沈家湾，舟洋舟泗舟洋舟泗断路器1云顶洛伽|断路器2三、主动支撑能力的全电磁暂态仿真研究仿真工况2仿真工况2直流电压202044区间采用示例二主从控制初始时，舟定站作为主站采用定直流孤肉嵊孤肉嵊88蓬莱蓬莱列岛列岛嵊泗站定有功功率运行和孤岛运行，有功功率几乎不受影响。站定有功功率运行和孤岛运行，有功功率几乎不受影响。259.0f259.0f8.09010.01i012013.014.0仿真工况4舟嵊舟嵊舟酒系统115kV母线在t=4s舟酒蓬莱蓬莱舟衢站故障期间各电气量在限制范故障时，舟衢站有功降为0,且在出无功电流主动支撑电网电压仿真工况5沈家湾采用示例四多点直流电压(下垂)控制沈家湾舟洋点见下图所示。莲莱莲莱仿真工况544舟山群岛二电网支撑型控制策略研究总结及展望数D,实现基于自适应构网技术的多端柔直系统联网孤岛切换。临时温岛控制临时温岛控制延时u1延时u1接收到稳控孤岛控制联网控制孤岛控制自适应构网技术的多端柔直系统联网孤岛切换方法自适应构网技术的多端柔直系统联网孤岛切换方法运行。100MW光伏系统采用交流方式接入。联网转孤岛过程中，未出现高频分量，光伏系光伏系统交流电网AA自适应构网技术的多端柔直系统联网孤岛切换方法自适应构网技术的多端柔直系统联网孤岛切换方法联网模式下，舟洋站基于构网控制，有功功率运行在目标值。光伏系统推送满功率，交土“L4强交流电压。100MW光伏由沈家湾变接入舟强母线光伏系统jpu)jpu)jpu)直流网络PP阳4=QC4“s4执流站试验类别试验项目试验数基本功能试验充电/断电试验2启动/停运试验1单站投入试验1分区运行试验1构网控制试验65联网孤岛切换试验制功率分区运行试验：定海-岱山-衢山为区域1,定海站控直流电压，岱山衢山满功率运行分区运行试验-定海站直流电压分区运行试验：洋山-泗礁为区域2,洋山站定直流电压，泗礁站满功率运行。分区运行试验-洋山站直流电压构网控制：有源HVDC运行方式，洋山站满功率100MW运行，有功功率波动小于1%,直流电压波动小于0.5%。直流电压可可构网参考波有功功率7构网控制：岱山站联网孤岛切换试验，联网有功功率指令100MW,孤岛负荷功率为100MW,切换前后有功功率变化200MW,系统电流电压无冲击。四五汇报提纲电网支撑型控制策略研究主动支撑能力的全电磁暂态仿真研究控保策略工程应用研究总结及展望舟山群岛总结总结研究了含大规模新能源基地接入的多端柔直系统换流器电网支撑型控制策略，提出了归一化的柔直换流器主动支撑型控制策略，提供了发电单元在联网/孤岛时的主动频率支撑的方法。通过开展大规模新能源基地经多端柔直并网系统全电磁暂态仿真研究，评估了所提电网支撑型多端柔直换流器控制