【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于低频输电，尤其是一种柔性低频输电场景下基于子模块电容电压动态调节的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法。
技术介绍
1、海上风电具有资源丰富、风能稳定、发电利用小时数高、不占用土地和适宜大规模开发等优点，且靠近电力负荷中心，便于电网就地消纳，避免了风电的长距离输送，因此海上风电的开发与利用得到越来越多的关注与重视。海上风电并网也因此成为电力系统的研究热点之一。海上风电跨海输电线路一般为电缆，电缆中三相线路排列紧密，相对架空线路而言线路的电抗降低、电容增加，若使用传统的50hz高压交流输电(hvac)并网，线路中将流过较大的容性电流，导致线损增加并堵塞线路容量。因此，hvac一般只应用于50km以内的近海风电场并网。
2、对于中远距离风场，目前一般使用高压直流输电(hvdc)并网。使用hvdc技术可以避免电缆电容的影响，增大电能传输容量和距离。然而，柔性直流输电系统尤其是其所需的海上汇流平台和换流站造价昂贵；另外，虽然柔性直流输电的线损较低，但是加上多步换流造成的损耗，其总损耗在中短距离内超过了传统的hvac方式。
3、针对hvdc和hvac的缺点，部分学者提出使用低频交流(lfac)连接海上风场与陆地电网，其拓扑结构如图1所示。lfac的基本原理为：通过降频减轻交流海缆线路中的容性电流，以提升线路容量与传输效率；该方案下，海上风电机组直接输出低频电能，海上集电、输电网络工作于统一频率，因而不需要设置海上换流站，投资和维护成本都较hvdc方案大幅降低。因此lfac技术在近海风电并网领域有着巨大的
4、换流器是低频输电系统的核心设备，负责实现工频、低频系统间电能频率转换与能量交互。为满足输电场合的高电压、大容量需求，换流器一般通过模块化多电平技术构建，其中，模块化多电平矩阵变换器(m3c)被广泛认为是新一代柔性低频输电技术的主流换流器拓扑。
5、海上风电场大规模接入替代部分同步发电机组，导致交流系统的惯量降低，影响系统整体频率调节能力。为了维持系统频率稳定性，国内外发布的电网导则明确提出并网风电场需要提供和常规发电厂一样的旋转备用、惯性响应及一次调频等功能。m3c变频站是低频海上风场与工频主网的唯一功率接口，因此，m3c柔性低频风电系统的一次频率响应的本质，就是需要根据工频主网的实际频率调节m3c工频侧有功功率出力。
6、然而，在现有m3c控制框架下，其工频侧有功功率被用作m3c整体的能量平衡松弛端，其大小取决于低频侧风场的实时出力及输电损耗等因素，无法被直接调节。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于子模块电容电压动态调节的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其通过动态调整模块化多电平矩阵变换器(m3c)的子模块电容电压参考值，以改变工频侧瞬时输出功率，为实现模块化多电平矩阵变换器(m3c)低频风电系统参与电网有功-频率调节提供技术支撑。
2、为此，本专利技术采用如下的技术方案：一种模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其通过动态调整模块化多电平矩阵变换器的子模块电容电压参考值，进而改变工频侧瞬时有功功率，实现模块化多电平矩阵变换器工频侧调频控制。
3、进一步地，根据实时检测到的工频电网频率f，经调频控制环节计算工频侧附加有功功率δp，进而根据δp确定子模块电容电压参考值vcref*，计算公式如下：
4、
5、式中，n、c和vc分别表示每个桥臂包含的子模块数量、子模块电容容值和子模块电容电压；vcref*表示子模块电容电压参考值；vcnorm表示子模块电容电压额定值。
6、更进一步地，对子模块电容电压参考值vcref*加以限幅，得到最终的子模块电容电压参考值vcref：
7、
8、式中，vcrefmax和vcrefmin分别表示子模块电容电压参考值的上限和下限。
9、更进一步地，调频控制环节计算工频侧附加有功功率δp的公式如下：
10、
11、式中，k表示功率-频率调节系数，f表示工频电网频率，fmin和fmax分别表示模块化多电平矩阵变换器不参与调频的电网频率区间下限和上限。
12、进一步地，由能量守恒原理知，模块化多电平矩阵变换器的输入、输出功率之差将由子模块电容吸收，引起子模块电容电压变化，即：
13、
14、式中，ps为工频侧输入功率；pl为低频侧输出功率；ec(t)和ec(0)分别为t时刻和0时刻模块化多电平矩阵变换器所含全部子模块电容电压的储能能量，表示为：
15、
16、式中，n、c和vc分别表示每个桥臂包含的子模块数量、子模块电容容值和子模块电容电压；
17、对式两侧求微分，得：
18、
19、化简式(3)，可得：
20、
21、更进一步地，根据瞬时功率理论，若工频侧、低频侧的d轴均以电网电压向量定位，两侧的有功功率分别表示为：
22、
23、式中，esd、eld分别为工频侧、低频侧电网电压的d轴分量；isd、ild分别为工频侧、低频侧电网电流的d轴分量。
24、再进一步地，综合式(1)-(5)，得：
25、
26、更进一步地，将所述最终的子模块电容电压参考值vcref作为工频侧电压外环的输入量，通过调整子模块电容的充电状态，实现工频侧有功功率的调节。
27、进一步地，所述模块化多电平矩阵变换器的基本结构为一组串联的全桥子模块，每个全桥子模块均由一个子模块电容和一个单相全桥逆变器组成。
28、更进一步地，通过改变单相全桥逆变器中4个igbt的开关信号，全桥子模块输出+vc、-vc或0三种电平，vc为子模块电容电压，若忽略子模块间的电容电压差异，n个子模块共产生从-nvc到nvc之间的(2n+1)个电平。
29、本专利技术通过调整子模块电容电压参考值调节子模块电容储能电量，进而改变工频侧瞬时有功功率，可为实现模块化多电平矩阵变换器低频风电系统参与电网有功-频率调节提供技术支撑。
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1.一种模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，通过动态调整模块化多电平矩阵变换器的子模块电容电压参考值，进而改变工频侧的瞬时有功功率，实现模块化多电平矩阵变换器工频侧调频控制。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，根据实时检测到的工频电网频率f，经调频控制环节计算工频侧附加有功功率ΔP，进而根据ΔP确定子模块电容电压参考值vCref*，计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，对子模块电容电压参考值vCref*加以限幅，得到最终的子模块电容电压参考值vCref：
4.根据权利要求2所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，调频控制环节计算工频侧附加有功功率ΔP的公式如下：
5.根据权利要求4所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，由能量守恒原理知，模块化多电平矩阵变换器的输入、输出功率之差将由子模块电容吸收，引起子模块电容电压变化，即：
6.根据权利要求5所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在
7.根据权利要求6所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，综合式(1)-(5)，得：
8.根据权利要求3所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，将所述最终的子模块电容电压参考值vCref作为工频侧电压外环的输入量，通过调整子模块电容的充电状态，实现工频侧有功功率的调节。
9.根据权利要求3所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，所述模块化多电平矩阵变换器的基本结构为一组串联的全桥子模块，每个全桥子模块均由一个子模块电容和一个单相全桥逆变器组成。
10.根据权利要求9所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，通过改变单相全桥逆变器中4个IGBT的开关信号，全桥子模块输出+vC、-vC或0三种电平，vC为子模块电容电压，若忽略子模块间的电容电压差异，n个子模块共产生从-nvC到nvC之间的(2n+1)个电平。
...【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，通过动态调整模块化多电平矩阵变换器的子模块电容电压参考值，进而改变工频侧的瞬时有功功率，实现模块化多电平矩阵变换器工频侧调频控制。
2.根据权利要求1所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，根据实时检测到的工频电网频率f，经调频控制环节计算工频侧附加有功功率δp，进而根据δp确定子模块电容电压参考值vcref*，计算公式如下：
3.根据权利要求2所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，对子模块电容电压参考值vcref*加以限幅，得到最终的子模块电容电压参考值vcref：
4.根据权利要求2所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，调频控制环节计算工频侧附加有功功率δp的公式如下：
5.根据权利要求4所述的模块化多电平矩阵变换器调频控制方法，其特征在于，由能量守恒原理知，模块化多电平矩阵变换器的输入、输出功率之差将由子模块电容吸收，引起子模块电容电压变化，即：
6.根据权利要求5所述的模...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆翌，裘鹏，倪晓军，丁超，陈骞，谢浩铠，郑眉，干方宇，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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