本发明属于输电系统，具体涉及一种基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统。
背景技术：
1、与陆上风电相比，海上风电展现出显著的优势。海上风能资源丰富、利用空间广阔、风速风向稳定，这有利于风电场的大规模开发和稳定运行。因此，海上风电在国内外新能源发电领域中都占据了重要的地位，已成为未来能源发展的重要方向。
2、海上风电送出系统是支撑海上风电开发的关键技术，主要包括海上风电高压交流(hvac)送出系统和基于模块化多电平的高压直流(mmc-hvdc)系统。前者投资成本低、技术成熟度高、易于电压变换，并可以方便地实现并联和串联以扩大输电容量和传输距离，但是海缆的电容效应限制了交流送出系统的有效输电距离。后者系统稳定性高、线路损耗小且适宜于远距离输电，但是需要建设大型海上换流站平台，建设难度大、投资和运维成本高。因此，对于远海风电的开发和利用，高压直流送出系统表现出极大优势，但是依然受到经济性的制约。
3、为实现海上换流站平台的轻型化和经济性，二极管整流单元(dru)以其体积小、成本低、可靠性高的特点，开始被应用于远海风电直流送出系统。基于此，dru-hvdc技术已成为海上风电直流送出领域的研究热点。
4、由于dru是有源换相整流器且不具备主动控制的能力，因此海上风电场需要运行于构网型模式以提供交流集电系统的电压和频率支撑。根据同步方式的不同，已提出的构网型控制策略可分为3类：一是虚拟同步机控制，基于同步发电机的转子运动方程和电压调节器原理来构建构网型变换器的有功功率同步环和端电压控制环；二是基于通讯和gps的构网型控制，各风机将变流器控制系统建立在全局统一参考坐标系下，其中该参考坐标系是由分布式相角生成环节根据gps时间信号在风机本地生成；三是基于分布式锁相环(pll)的构网型控制，各风机的同步控制包括功率控制和pll。然而，基于通讯和gps的构网型控制严重依赖于通讯系统的可靠性，基于分布式pll的构网型控制在交流系统的短路比较小时换流器可能会由于pll的失稳而无法正常运行。
5、因此，基于虚拟同步控制的构网型风机，提供一种基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，成为业界需要解决的问题。
技术实现思路
1、为解决现有技术中所存在的不足，本发明的主要目的是提供一种基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其可以提高远海风电的同步运行，解决黑启动、送出系统并入弱电网等过程中的可靠性问题。
2、为了实现上述主要目的，本发明公开了一种基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其包括：远海风电场、海上升压站、dru换流站、mmc逆变站；
3、远海风电场采用构网型风机，远海风电场通过海缆连接至海上升压站的低压侧交流母线；；
4、海上升压站设有交流滤波器，交流滤波器用于提供dru换流站所需无功功率并滤除相应谐波；海上升压站通过高压侧交流母线连接至dru换流站的交流侧，dru换流站的直流侧经过高压直流海缆连接至mmc逆变站；
5、mmc逆变站采用构网型控制，通过虚拟同步控制技术实现功率同步和惯量模拟。
6、本发明中，远海风电送出系统的运行方式为：构网型风机组成的远海风电场支撑海上交流系统(包括远海风电场和海上升压站)的电压和功率；dru换流站承担有功功率的传输和直流电压建立；交流滤波器提供dru换流站的无功功率支撑和谐波抑制；mmc逆变站采用功率跟踪控制和构网型控制。
7、根据本发明的一种具体实施方式，构网型风机为基于永磁同步发电机的全功率变流器型海上风电机组。这样设置，主要是考虑双馈风机的定子侧直接连接交流系统，可能会使双馈风机在黑启动或者故障后恢复等特殊工况下难以维持构网型控制运行。
8、根据本发明的一种具体实施方式，构网型风机的机侧变流器采用磁链定向控制，即设定d轴电流参考值为0；q轴电流参考值由直流电压控制环生成；机侧变流器工作在恒定直流电压控制模式。
9、根据本发明的一种具体实施方式，构网型风机的网侧变流器，其有功控制为功率-频率(p-f)控制，其无功控制为功率-电压(q-v)控制。相较于p-v和q-f控制，p-f和q-v控制下风电机组的有功和无功控制回路耦合性弱，可有效降低功率振荡风险，提高系统稳定性。此外，为限制风机在非常规工况(启动或故障等)下的暂态电流，考虑在功率外环后级联电压和电流双闭环控制。
10、根据本发明的一种具体实施方式，有功控制的控制环路采用虚拟同步控制，其中有功功率的指令值由最大功率跟踪(mppt)控制提供，结合构网型风机输出有功功率的测量值，生成网侧变流器内电势的频率和相角信号。
11、根据本发明的一种具体实施方式，无功控制的控制环路采用端电压控制(d轴电压控制)，并给定端电压幅值的指令值；在启动阶段，考虑零起升压以减小电磁暂态，电压指令值由0经过时间ts(ts的常规取值为1s)逐步上升至额定电压值；在常规运行阶段，电压指令值为其额定值；结合构网型风机的滤波电容电压的d轴电压实测值，生成电流内环的d轴电流指令值。
12、根据本发明的一种具体实施方式，q轴电压的指令值设置为0，结合风机滤波电容电压的q轴电压实测值，生成构网型风机的电流内环的q轴电流指令值。
13、根据本发明的一种具体实施方式，mmc逆变站的控制系统接收高压侧交流母线电压的频率信号；将该频率值与频率额定值做差，结合比例-积分(pi)控制环节生成有功功率指令值。
14、根据本发明的一种具体实施方式，mmc逆变站的有功控制环路采用基于p-f的虚拟同步控制生成逆变站内电势频率和相角，这样可为弱受端电网提供惯量支撑。
15、根据本发明的一种具体实施方式，mmc逆变站采用双电压环控制；其中，d轴电压控制环路采用定交流侧电压幅值控制，启动期间的电压指令值由0经过时间ts(ts的常规取值为1s)逐步上升至额定电压值，常规运行时的电压指令值为其额定值；q轴电压的指令值设置为0；结合d轴和q轴电压实测值，生成d轴和q轴电流指令值。
16、根据本发明的一种具体实施方式，构网型风机的电流内环采用pi控制滤波电感电流，并通过pwm调制生成网侧变流器的目标电压；mmc逆变站的电流内环采用pi控制滤波电感电流，并通过pwm调制生成mmc逆变站的目标电压。
17、本发明具有以下有益效果：
18、1、本发明采用构网型风机来构建海上交流集电系统。基于p-f和q-v的构网型控制方案，避免了p-v和q-f控制的动态耦合，也不会受到锁相环pll的弱电网稳定性制约，能有效提高海上交流系统的运行稳定性。
19、2、本发明采用构网型mmc逆变站来支撑弱受端电网电压和功率。根据海上交流系统母线频率偏差和pi控制器来调整mmc的输出有功功率，实现对远海风电发电功率的跟踪。基于虚拟同步控制来构建有功控制回路，可提高送出系统在弱受端电网下的功率送出能力。
20、3、本发明提出远海风电经dru-hvdc送出系统的黑启动方案。当弱受端电网遭遇极端事故而失去电源支撑后，远海风电系统能够自主黑启动，并为弱受端电网中的负载提供电压和能量支撑。
21、为了更清楚地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
1.一种基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其包括：远海风电场、海上升压站、dru换流站、mmc逆变站；
2.根据权利要求1所述的基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其特征在于：所述构网型风机为基于永磁同步发电机的全功率变流器型海上风电机组。
3.根据权利要求2所述的基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其特征在于：所述构网型风机的机侧变流器采用磁链定向控制，即设定d轴电流参考值为0；q轴电流参考值由直流电压控制环生成；所述机侧变流器工作在恒定直流电压控制模式。
4.根据权利要求3所述的基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其特征在于：所述构网型风机的网侧变流器，其有功控制为功率-频率(p-f)控制，其无功控制为功率-电压(q-v)控制。
5.根据权利要求4所述的基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其特征在于：所述有功控制的控制环路采用虚拟同步控制，其中有功功率的指令值由最大功率跟踪(mppt)控制提供，结合所述构网型风机输出有功功率的测量值，生成所述网侧变流器内电势的频率和相角信号。
6.根据权利要求5所述的基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其特征在于：所述无功控制的控制环路采用端电压控制(d轴电压控制)，并给定端电压幅值的指令值；在启动阶段，考虑零起升压以减小电磁暂态，电压指令值由0经过时间ts(ts的常规取值为1s)逐步上升至额定电压值；在常规运行阶段，电压指令值为其额定值；结合所述构网型风机的滤波电容电压的d轴电压实测值，生成所述构网型风机的电流内环的d轴电流指令值。
7.根据权利要求6所述的基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其特征在于：所述mmc逆变站的控制系统接收所述高压侧交流母线电压的频率信号；将该频率值与频率额定值做差，结合比例-积分(pi)控制环节生成有功功率指令值。
8.根据权利要求7所述的基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其特征在于：所述mmc逆变站的有功控制环路采用基于p-f的虚拟同步控制生成逆变站内电势频率和相角。
9.根据权利要求8所述的基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其特征在于：所述mmc逆变站采用双电压环控制；其中，d轴电压控制环路采用定交流侧电压幅值控制，启动期间的电压指令值由0经过时间ts(ts的常规取值为1s)逐步上升至额定电压值，常规运行时的电压指令值为其额定值；q轴电压的指令值设置为0；结合d轴和q轴电压实测值，生成d轴和q轴电流指令值。
10.根据权利要求9所述的基于dru-hvdc实现功率协调和弱网支撑控制的远海风电送出系统，其特征在于：所述构网型风机的电流内环采用pi控制滤波电感电流，并通过pwm调制生成网侧变流器的目标电压；所述mmc逆变站的电流内环采用pi控制滤波电感电流，并通过pwm调制生成mmc逆变站的目标电压。
