[发明专利]提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法。

背景技术

按照电网规划，到2015年我国西北甘肃(酒泉)地区的风电装机容量将达到12710MW，酒泉-湖南±800千伏直流输电工程也将建成，输送容量将达到8000MW，3788MW风电机组将通过桥湾750kV电站接入电网。大规模风电经直流外送系统中，当交流线路发生短路故障后，电压的迅速跌落使风电机组进入低电压穿越过程，双馈变速风电机组在此期间吸收大量的无功功率，引起电压跌落严重。故障清除后，风电机组和火电机组的功率恢复特性也不同。火电机组在接地故障清除后，经过摇摆后能很快恢复额定出力，如附图1所示。直流功率的快速恢复有利于火电的送出，使电网快速恢复稳定。而风电机组是随着电网电压恢复而缓慢恢复，如附图2所示。根据现有的直流控制保护策略，在发生故障后，直流功率在受到扰动后快速恢复额定运行，而风功率尚未恢复，送端电网出力减少，造成系统频率降低，电网电压降低。同时直流系统在恢复期间吸收大量的无功功率，加剧了电网电压的跌落程度。

以西北规划电网为例，桥湾-酒泉750kV线路发生三永N-1故障后，直流系统在故障后1000ms恢复至额定功率的0.9p.u.，故障清除后桥湾节点电压最低降至473kV，故障清除后930ms电压稳定于0.75pu以上，电网电压恢复缓慢，如附图3所示。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供了一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，将大规模风电经直流接入电网，改变了传统电网的特性，目前对于其带来的新的稳定问题尚无针对性的策略；考虑到直流输电系统的快速响应和灵活可控特性，本方法提出通过直流功率跟踪控制的方法，提高故障后电网电压恢复能力，提高大规模风电经直流外送系统的恢复特性。

为实现上述目的，本发明提供一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

(1).判断交流电网接地短路故障，如果故障，则进行步骤2，否则重复步骤1；

(2).判断风功率是否降低，如果降低则进行步骤3，否则返回步骤1；

(3).改变直流系统的功率指令，使直流功率指令跟踪风功率的变化而变化；

(4).若风功率持续增加，则直流功率跟踪增加，否则结束控制。

本发明提供的优选技术方案中，在所述步骤3中，直流功率跟随风功率变化，用于保持电网功率平衡；在无功功率方面，整流站换流器消耗的无功功率Q_c1为：

式中：P_d1为直流功率，U_d01整流侧理想空载直流电压，U_d1为直流电压；取换流站向交流系统提供无功功率为正方向，则换流站向交流系统提供无功功率Q_s1为：

Q_S1＝Q_RC1-Q_C1

式中：Q_RC1为整流站无功补偿装置提供的无功功率，Q_c1为整流站换流器消耗的无功功率。

与现有技术比，本发明提供的一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，基于电力系统数模混合仿真平台建立了大规模风电经直流外送系统，3788MW风电机组通过桥湾750kV电站入网，酒泉-湖南特高压直流输送功率7600MW。当桥湾-酒泉750kV线路桥湾侧1s时发生三永短路故障，1.09s切除故障线路近端开关，1.1s切除故障线路远端开关。分别对故障后不采取和采取本发明方法进行仿真研究。附图5为电压波形对比，附图6为直流系统波形对比。从图中可以看出在不采取本发明方法的情况下，直流系统在故障后1000ms恢复至额定功率的0.9p.u.，桥湾母线第一个波峰电压为684kV，波谷电压最低为473kV，电压在故障清除后930ms稳定于0.75pu以上，电压跌落较严重，恢复的时间也很长。采用本发明策略后，直流系统在故障后4335ms恢复至额定功率的0.9p.u.，桥湾母线第一个波峰电压为701kV，波谷电压最低为576kV，电压在故障清除后92ms即可稳定于0.75pu以上。仿真研究表明，本发明的方法将桥湾母线第一个波峰电压提高了17kV，波谷电压提高了103kV，恢复时间缩短了838ms，提高了故障后大规模风电经直流外送系统的恢复特性。

附图说明

图1为故障后火电机组响应特性的示意图。