一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法技术方案

本发明专利技术涉及电力电子功率变换领域，特别涉及一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，主要包括：对岸电系统逆变装置的输出电压以及船舶发电机带载输出电压采集，建立系统静态性能指标；所述系统静态性能指标包括节点电压不越限、线路功率在允许范围内、各个发电机和无功补偿装置的出力不超过额定值；根据所述系统静态新能指标以及提取的电压采集信号，综合判断，满足并网条件后进行并网；并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网。通过本发明专利技术，一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，对岸电逆变装置的输出进行调节，简化了控制器参数设计，提高了控制精度、并网电压以及频率的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法
本专利技术涉及电力电子功率变换领域，特别涉及一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法。
技术介绍
岸电系统应用于岸电接入技术，是指船舶靠港期间，停止使用船舶上的发电机，而改用陆地电源供电。变频电源是岸电接入系统的核心，负责将岸上50HZ交流电源通过AC-DC-AC变频环节转换为船舶所需的60HZ交流电源，当船舶发电系统与岸电系统并车时，即船舶发电系统检测岸电系统的电压满足条件后合上并网开关，将船舶发电系统并入岸电系统的过程，此时会产生较大的冲击，冲击电流会导致并网失败，或导致产生逆功率现象，当发生逆功率时，发电机的功率方向是由系统侧流向电机侧，此时从系统中吸取有功功率，发生逆功率会对电机造成不利影响。并网系统对穿越功率极限的影响是并网系统技术评估的重要部分。基于静态安全约束计算风力发电穿越极限功率。当岸电接入系统时，首先需要考虑的是岸电系统的接入是否会引起系统静态安全性能的下降。岸电穿越功率极限的本质就是系统保持其静态安全性能的基础上所接受的最大风能。这些静态安全性能包括:节点电压不越限、线路功率在允许范围内、各个发电机和无功补偿装置的出力不超过额定值。
技术实现思路
本专利技术目的为解决上述所提到的问题，提出了一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，包括：对岸电系统逆变装置的输出电压以及船舶发电机带载输出电压采集，建立系统静态性能指标；所述系统静态性能指标包括节点电压不越限、线路功率在允许范围内、各个发电机和无功补偿装置的出力不超过额定值；根据所述系统静态新能指标以及提取的电压采集信号，综合判断，满足并网条件后进行并网；并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网。可以理解的是，岸电系统穿越功率极限计算的问题等效为某一优化问题，即maxPs.t.h(x)＝0g(x)≤0式中，等式约束条件h(x)＝0主要指系统要满足潮流约束。进一步的，所述潮流约束，当岸电利用分频输电并入系统时，需要满足以下几组功率方程：1)工频侧节点功率方程工频侧节点功率方程与传统的交流系统潮流计算节电功率方程具有相同的形式，即式中，P′is、Q′is为考虑分频系统后的修正输入的有功、无功功率，计算方法如下定义：上述公式表明，与变频变压器直接相连的工频侧节点，其注入功率还需考虑低频侧通过变频器向工频侧注入的有功、无功功率。2)低频侧节点功率方程低频侧节点功率方程在形式上与工频侧节电功率方程类似，但是由于频率不同，一些物理量需要进行处理。其方程如下所示：式中，P′ks、Q′ks为低频系统节点注入功率，可由以下公式进行计算：同时，由于低频侧频率不同，还需对导纳阵进行修正，因此式中Bij为工频条件下计算出的电纳值；fIn为工频系统频率；fL为低频系统频率。3)变频器方程根据变频器模型，忽略换流变压器有功损耗时，可以得到修正方程为Δd2＝PLt-PtI＝0Δd3＝QtI-f(PLt，QLt，kv，Ccom)＝0式中：nL与nI分别为低频系统和工频系统中直接与变频器单元相连的节点编号；kv为变频器电压调制系数；VnI、VnL分别为节点nI和nL的电压；kT1为换流变压器变比；PLt为低频系统nL节点向变频器注入的有功功率；PtI为变频器向工频系统nI节点注入的有功功率；QLt为低频系统nL节点向变频器注入的无功功率；QtI为变频器向工频系统nI节点注入的无功功率；Qcom为工频系统补偿的无功容量。而不等式约束g(x)≤0则包括：1)节点电压约束：每个节点的电压必须在规定范围内，即Vmin≤V≤Vmax，式中：V为节点电压向量；Vmin、Vmax为节点电压上、下限向量。2)线路功率约束：每条线路传输的功率必须小于规定值，即Pl≤Plmax，式中：Pl为线路传输功率向量；Plmax为线路传输功率上限向量。3)发电机有功出力约束：发电机有功出力必须在其规定范围内，即Pgmin≤Pg≤Pgmax式中：Pg为发电机有功出力向量；Pgmin、Pgmax为发电机有功出力上、下限向量。4)无功电源出力约束：系统发电机等无功电源的无功出力必须小于其额定值，即Qgmin≤Qg≤Qgmax式中，Qg为无功电源无功出力向量；Qgmin、Qgmax为无功电源无功出力上、下限向量。由于岸电系统一旦涉及风电供给情况下，具有很强的随机性，可能在很短时间内发生较大的变化。因此，为了防止系统失去稳定，系统必须留出充足的备用约束，同时，还必须满足足够的爬坡速度。因此，上述公式的约束中还需要增加旋转备用约束和爬坡速率约束。5)系统旋转备用约束：式中：Pgi为第i台发电机实际出力；Pgimax、Pgimin为第i台发电机出力上、下限；为系统上旋转备用和下旋转备用。6)系统爬坡速度约束：∑Pi_Ramp≥μP式中：Pi_Ramp为第i台发电机的爬坡速度；μ为风电最快变化率。优选的，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，包括：基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压；基于所述模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，计算电流内环内模控制的参考电流；基于所述逆变装置后侧滤波装置的电容电流，计算电流内环内模控制的反馈电流；将所述电流内环内模控制的参考电流和反馈电流输入电流内环内模控制器，得到所述岸电逆变装置的输入参考电压；基于所述岸电逆变装置的输入参考电压，生成所述岸电逆变装置的调制信号；通过所述岸电逆变装置的调制信号，对岸电逆变装置的输出进行调节。优选的，基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算模糊电压外环控制的参考电压和反馈电压，包括：将岸电逆变装置的输出电压输入锁相环，得到输出电压的频率和相位；基于岸电逆变装置的输出电压和电流，计算对应的有功功率和无功功率；将所述有功功率和无功功率输入下垂特性方程，得到岸电逆变装置输出频率和电压值；基于所述岸电逆变装置输出频率和电压值，得到下垂控制的参考电压；基于所述输出电压的频率和相位，将所述下垂控制参考电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的参考电压作为模糊电压外环控制的参考电压；对所述岸电侧逆变装置的输出电压进行两相旋转dq坐标转换，得到d轴和q轴的输出电压作为模糊电压外环控制的反馈电压。优选的，下垂特性方程如下所示：f-f_ref＝-m(P-P_ref)U-U_ref＝-n(Q-Q_ref)其中，f_ref为岸电逆变装置的输出频率额定值，f为岸电逆变装置输出频率，m为频率下垂特性系数，P为岸电逆变装置的实际输出有功功率，P_ref为额定频率下，岸电逆变装置的输出有功功率；U为岸电逆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，其特征在于，包括：/n对岸电系统逆变装置的输出电压以及船舶发电机带载输出电压采集，建立系统静态性能指标；/n所述系统静态性能指标包括节点电压不越限、线路功率在允许范围内、各个发电机和无功补偿装置的出力不超过额定值；/n根据所述系统静态新能指标以及提取的电压采集信号，综合判断，满足并网条件后进行并网；/n并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网。/n

【技术特征摘要】
1.一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，其特征在于，包括：
对岸电系统逆变装置的输出电压以及船舶发电机带载输出电压采集，建立系统静态性能指标；
所述系统静态性能指标包括节点电压不越限、线路功率在允许范围内、各个发电机和无功补偿装置的出力不超过额定值；
根据所述系统静态新能指标以及提取的电压采集信号，综合判断，满足并网条件后进行并网；
并网后，采用基于下垂控制的模糊内模控制对岸电逆变装置的输出进行调节，完成船岸的柔性并网。


2.根据权利要求1所述的一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，其特征在于：岸电系统穿越功率极限计算的问题等效为某一优化问题，即
maxP
s.t.h(x)＝0
g(x)≤0式中，等式约束条件h(x)＝0主要指系统要满足潮流约束。


3.根据权利要求2所述的一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，其特征在于：所述潮流约束，当岸电利用分频输电并入系统时，满足以下几组功率方程，即工频侧节点功率方程、低频侧节点功率方程以及变频器方程。


4.根据权利要求3所述的一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，其特征在于：所述工频侧节点功率方程与传统的交流系统潮流计算节电功率方程具有相同的形式，即






式中，P′is、Q′is为考虑分频系统后的修正输入的有功、无功功率，计算方法如下定义：






上述公式表明，与变频变压器直接相连的工频侧节点，其注入功率还需考虑低频侧通过变频器向工频侧注入的有功、无功功率。


5.根据权利要求3所述的一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，其特征在于：所述低频侧节点功率方程在形式上与工频侧节电功率方程类似，但是由于频率不同，一些物理量需要进行处理。其方程如下所示：






式中，P′ks、Q′ks为低频系统节点注入功率，可由以下公式进行计算:






同时，由于低频侧频率不同，还需对导纳阵进行修正，因此式中Bij为工频条件下计算出的电纳值；fIn为工频系统频率；fL为低频系统频率。


6.根据权利要求3所述的一种海上岸电分频输电并网系统穿透能力计算方法，其特征在于：所述变频器方程，忽略换流变压器有功损耗时，可以得到修正方程为



Δd2＝PLt-PtI＝0
Δd3＝QtI-f(PLt，QLt，kv，Ccom)＝0
式中:nL与nI分别为低频系统和工频系统中直接与变频器单元相连的节点编号；kv为变频器电压调制系数；VnI、VnL分别为节点nI和nL的电压；kT1为换流变压器变比；PLt为低频系统nL节点向变频器注入的有功功率；PtI为变频器向工频系统nI节点注入的有功功率；QLt为低频系统nL节点向变频器注入的无功功率；QtI为变频器向工频系统nI节点注入的无...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，杨鹏，李春晓，宋文乐，邹磊，
申请(专利权)人：国网河北省电力有限公司沧州供电分公司，国家电网有限公司，国网河北省电力公司，
类型：发明
国别省市：河北;13