[发明专利]一种风电柔直并网的交直流故障穿越及能量耗散方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种风电柔直并网的交直流故障穿越及能量耗散方法。

背景技术

21世纪以来，为了减少碳排放、降低燃煤发电比例，风电作为最具竞争力的清洁能源得到了广泛应用。为减少“弃风”现象的发生，内陆风电基地可通过远距离架空线路进行并网，将风能传输至负荷中心。采用模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流输电技术具有有功无功控制解耦、可连接无源电网等多方面的技术优势，是实现大规模风电远距离并网的有效方法，自提出以来在工业界得到了广泛的应用。

随着风电并网传输系统的电压、容量等级越来越高，传输距离越来越远，这使得采用架空线远距离传输成为必然趋势。直流架空线路故障率较高，且大都为瞬时性故障，采用开断交流断路器从而切断直流故障电流的方法将大大增大系统中断供电的时间以及恢复供电的时间，危及电力系统的安全稳定运行，并因中断供电可能造成重大经济损失与社会问题。

采用常规基于半桥型子模块(half bridge sub-module，HBSM)的模块化多电平换流器进行风电并网，需装设大功率直流断路器(direct circuit current breaker，DC CB)以切除直流故障。但直流断路器造价昂贵且可靠性有待验证。一些文献提出了具有直流故障阻断能力的子模块拓扑，例如 (clamp double sub-module，CDSM)、(self-block sub-module，SBSM)等，但是阻断故障电流的方法需要MMC闭锁，延长了系统的恢复速度。由 HBSM和全桥子模块(full bridge sub-module，FBSM)组成的混合型MMC 具备交直流解耦能力，可不闭锁换流器穿越故障，从而降低了对直流断路器的需求，并能够持续为风机提供支撑。但现有文献均关注混合型MMC 的本体研究，例如子模块比例配置、直流故障穿越控制器的设计等，对于应用于风电并网的研究很少，特别是含风电的MMC-(high voltage direct current transmission，HVDC)系统的故障穿越。

另一方面，由于风电场在故障期间不断输出功率，为避免盈余功率灌注MMC，导致子模块电容器过电压以及电力电子元件损坏，必须采取措施消除过剩的风电。为了解决该问题，宋强等人提出了在子模块增加耗散电阻的方案(李琦，宋强，刘文华，等.基于柔性直流输电的风电场并网故障穿越协调控制策略[J].电网技术,2014,38(7):1739-1745.)，该方案增加了子模块设计的复杂度，提高了制造成本；李道洋等人提出了基于通讯的风电场降输出功率控制策略，该方法具有通讯延时，动作反应较慢(李道洋，姚为正，吴金龙，等.应用于海上风电场柔性直流接入系统的直流故障穿越协同控制策略[J].电网技术,2016,40(1):47-54.)。也有人提出在直流线路上并联耗散电阻的方案，以便在故障期间吸收风功率，但其所需电阻阻值过大，且成本高、占地面积大。更进一步地，上述现有方案并未针对风电柔直并网系统的交直流故障穿越、故障能量耗散及子模块内部过电压进行综合分析。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种风电柔直并网的交直流故障穿越及能量耗散方法，其目的在于使得正常运行以及交直流故障期间，可以确保交直流电流、电压维持在安全范围内。风机能够维持正常运行，从而实现风电并网系统的交直流故障无闭锁穿越及快速恢复，解决现有技术存在的交直流故障下风机脱网问题。

为实现本发明的上述目的，采用的具体技术方案如下：

一种风电柔直并网的交直流故障穿越及能量耗散方法，所述柔性直流网络包括一个风电场、一个风电场侧换流站WFMMC、一个网侧换流站 GSMMC、一组耗散电阻装置和一组斩波电阻装置，其中风电场输出与风电场侧换流站WFMMC之间通过交流三相母线连接，风电场侧换流站 WFMMC与网侧换流站GSMMC之间采用一回直流输电线路连接；所述耗散电阻装置并联在WFMMC的交流侧，所述斩波电阻装置并联在风电场内部全功率变频器的直流联络线正负极之间；该方法包括以下步骤：