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2.2.3 换流站控制器重置
上述计算得到了优化的潮流分配方案,从中可以看出,某些换流站在转移功率重配置的过程中可能达到了功率运行的上限,此时,需要将这些功率越限换流站的控制模式由下垂控制模式改为如下图5所示的满发运行模式。
其中:
然而在VSC-MTDC系统运行时,岸上的换流站采用下垂控制方式,因此岸上换流站的潮流是无法简单地通过改变功率指令值P∗dcyPdcy∗来进行修改的,而是需要通过同时修改图5中的功率指令值P∗dcyPdcy∗和直流电压指令值U∗dcyUdcy∗来完成的。而直流电压指令值U∗dcyUdcy∗的取值需要通过重新计算系统潮流来确定,因此参数重置的关键步骤就是重新计算潮流。
在潮流计算中,换流站x退出运行后设直流系统的线路导纳矩阵为Y,对直流系统列写节点电压方程,如下:
式中:Idc为各换流站注入到直流系统的直流电流矢量;Udc为各换流站直流出口处的直流电压矢量。
设各换流站注入直流系统的功率矢量为Pdc,其满足:
式中运算符Θ的作用是矢量元素按位相乘。
对于海上风电场侧的换流站i而言,此时保持风电场的运行状态不变,其注入直流系统的功率不变,即
式中PpreWFiPWFipre为海上风电场侧换流站i在故障前的注入直流系统的功率。
对于不在受端系统S,而在异步的受端交流系统中的换流站i而言,此时同样保持其注入交流系统的功率不变,在重新计算潮流时,设定
对于受端系统S处于满发状态的换流站y,故障退出后设定其直流功率为
对于未处于满发状态的换流站y,故障退出后设定其直流功率为
在上述功率重分配优化过程中,为简化优化方程,不考虑直流线路的损耗变化。然而,在潮流计算时,这部分线损变化需要考虑,因此为能够获得新的潮流计算解,设定上述优化得到的ΔPdc最小的换流站y为定直流电压的换流站,即
求解上述式(11)—(17),可以得到优化重分配后的直流系统潮流,将潮流数值替换下垂控制中的直流电压参考值和直流功率参考值,便完成了换流站控制器的重置。
2.3 无法自消纳情况下转移功率的重分配策略
当换流站x的转移功率无法被所在的受端交流系统内其余换流站完全消纳时,即Pdcx大于PrdcSPdcSr,
剩余功率将转移至其他异步交流电网,导致同步电网故障传递至异步电网。此时为减小剩余功率转移对交流电网的影响:1)换流站x所在的同步电网内其他换流站均设定为满功率运行,以充分减小同步电网内部的功率缺额;2)海上风电场控制目标包括两个层面:首先利用风力机的转子动能提供虚拟惯量,降低所连异步电网的暂态频率偏移;再通过风力机的桨距角控制调整风电场出力,最终消除所连异步电网的稳态频率偏差,从而改善异步交流电网的频率响应。DFIG的虚拟惯量控制与桨距角控制具体实现可参考文献[16]提出的方法。
3、仿真验证
3.1 仿真系统介绍
在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真工具中,搭建图6所示改造的新英格兰39节点系统,对提出的换流站退出直流功率重分配策略进行仿真验证。
仿真系统对39节点系统改造描述如下:1)经典发电机G39修改为具有励磁和调速系统的发电机;2)为模拟“低惯量”交流系统,减小机组G30、G32、G35、G38、G39的惯量时间常数,如表1所示;3)增大39节点系统部分机组之间的电气距离,将原先的环形电网改造成一个“U”电网结构,将
母线4—母线14和母线16—母线17之间原有的交流联络线断开;4)原系统有功负载提升为原来的1.33倍以平衡注入系统中的风电功;5)在母线2、6、10、39增设4组无功补偿,以提高系统交流电压水平。
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