[发明专利]基于能量调控的海上风电柔直并网系统交流故障穿越方法

说明书

本发明公开了一种基于能量调控的海上风电柔直并网系统交流故障穿越方法，属于电力系统输配电技术领域，本发明在受端交流系统发生故障后，将直流电压参考值抬升至直流电压预设值，并控制岸上换流站的电容能量参考值跟随其实际值；当岸上换流站的电容能量达到预警值后，将海上换流站的电容能量参考值抬升至预设最大值；之后，保持海上换流站的电容能量参考值恒定；当岸上换流站的电容能量达到预设最大值后，检测岸上换流站交流功率，利用计算得到直流侧盈余功率，并控制直流耗能装置的耗能功率参考值跟随盈余功率。如此，可降低盈余功率以热量耗散产生的浪费，提高运行经济性，以及改善耗能装置的运行特性。

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种基于能量调控的海上风电柔直并网系统交流故障穿越方法。

背景技术

海上风电由于距离负荷中心较近，风力资源更加丰富，近年来成为风电开发的重点。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(Modular Multilevel Converter-HVDC,MMC-HVDC)技术是实现海上风电输送与并网的重要技术方式。如图1所示，基于MMC-HVDC的海上风电并网系统由海上风场、海上换流站、海底电缆、岸上换流站、交流主网等构成。当岸上交流侧发生故障时，直流系统经过岸上换流站向交流主网传递的有功功率减小，而此时风电场经海上换流站向直流电网传输的有功功率不变，直流系统中会产生功率差额，即盈余功率。盈余功率对MMC子模块充电，则会引起直流电压在几十ms内迅速上升至过电压保护水平，严重时可能引起风电机组大面积脱网。

为消耗交流故障产生的盈余功率，目前海上风电柔直工程普遍采用的方法是增加基于耗能电阻的直流耗能装置，将故障时直流系统盈余功率以热量的形式消耗掉。然而，这种做法会造成大量的能量及经济损失。同时，目前耗能装置的投切控制策略大多基于具有触发和退出阈值的滞环控制。这种控制策略下，耗能装置在工作期间会频繁投入和切除，耗散功率近似呈现出方波特性，无法实现耗能功率与盈余功率的实时平衡，会造成直流电压和换流站的电容能量呈现锯齿形波动。同时耗能支路的电流也会近似呈现方波特性，在投入和切除瞬间具有较高的电流变化率。同时会产生较强的高频电磁干扰，对耗能装置的电磁兼容特性提出了很高的要求。

发明内容

针对现有盈余功率应对方法的缺陷，本发明提供了一种基于能量调控的海上风电柔直并网系统交流故障穿越方法及装置，其目的在于降低盈余功率以热量耗散造成的浪费，提高系统经济性；同时改善现有耗能装置的工作特性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于能量调控的海上风电柔直并网系统交流故障穿越方法，所述柔直并网系统包括岸上换流站和海上换流站，所述方法包括：

受端交流系统发生故障后，将直流电压参考值抬升至直流电压预设值V_{dc_s}，并控制岸上换流站的电容能量参考值跟随其实际值；

当岸上换流站的电容能量达到预警值W_{C_w}后，将海上换流站的电容能量参考值按照预设斜率k抬升至预设最大值W_{C_max}；之后，保持海上换流站的电容能量参考值恒定；

当岸上换流站的电容能量达到预设最大值W_{C_max}后，检测岸上换流站交流功率P_ac，利用P_s＝1-P_ac计算得到直流侧盈余功率P_s，并控制直流耗能装置的耗能功率参考值跟随盈余功率P_s；

受端交流系统故障清除后，保持岸上换流站和海上换流站的电容能量参考值为当前值，并将直流耗能装置的耗能功率参考值置为0；之后，依次降低直流电压参考值、岸上换流站的电容能量参考值、海上换流站的电容能量参考值至额定值。

进一步地，所述预设斜率k为系统额定功率与海上换流站额定电容能量的有名值之比。

进一步地，所述直流耗能装置的拓扑为具有子模块可控放电能力的级联式拓扑。