[发明专利]一种具备故障自动穿越能力的风电柔直系统的控制方法

说明书

本发明公开了一种具备故障自动穿越能力的风电柔直系统的控制方法，系统包括风电场、风场侧换流站、电网侧换流站和耗散模块。风场侧换流站和电网侧换流站包括直流基本控制器和故障穿越控制器，用于实现交直流故障的自动限流控制。耗散模块用于保护各换流站子模块过电压在故障期间均低于额定值。方法包含实时检测交直流两端电压信号自动识别交直流故障；通过比较直流基本控制器和故障穿越控制器实现所述交直流故障的自动限流控制；在风电场侧换流站交流侧并联耗散电阻，通过投切判据实现耗散。本发明在自动限流控制和耗散电阻的协调作用下，使得交直流故障期间故障电流、电压和MMC能量均处于安全范围内，保障了整个系统的交直流故障暂态安全运行。

技术领域

本发明涉及电力系统输配电技术领域，更具体地，涉及一种具备故障自动穿越能力的风电柔直系统的控制方法。

背景技术

风电作为煤电的清洁替代能源，是我国电力生产改革的重要方向。2017年我国风电累计并网装机容量达到1.64亿千瓦，占全部发电装机容量的9.2％。然而目前甘肃、新疆、内蒙古等地区弃风率依然居高不下，为了解决弃风和风电消纳问题，采用柔性直流输电技术进行风电并网是解决跨区域电力互联、提高风电渗透率的重要手段之一。现有的柔性直流输电工程多采用半桥型MMC(Modular Multilevel Converter，模块化多电平换流器)拓扑，然而半桥型MMC不具备直流故障处理能力，仅能依靠大量具有超高速、大电流开断能力的直流断路器切断故障。由半桥型子模块(half bridge sub-module，HBSM)和全桥型子模块(full bridge sub-module，FBSM)组成的混合型MMC具有交直流解耦控制、无闭锁故障穿越、维持并网电压等独特优势，是应对风电并网系统中交直流故障的有效方案。

近年来一些学者针对混合型MMC开展了大量研究，文献[W.X.Lin,D.Jovcic,S.Nguefeu,and H.Saad.Full-Bridge MMC Converter Optimal Design to HVDCOperational Requirements[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2016,31(3):1342-1350.]研究了子模块参数设计方法，指出直流电压域；文献[Wang Xiang,WeixingLin,Jinyu Wen,Cheng Luo.Four-channel control of hybrid MMC with pole-to-ground DC fault ride through capability[C].2017IEEE PowerEnergy SocietyGeneral Meeting,2017,pp.1-5.]研究了对称单极性MMC不对称运行能力并设计了分极解耦控制器；文献[周猛,向往,林卫星,等.柔性直流电网直流线路故障主动限流控制[J].电网技术,2018,42(7):2062-2072.][李少华,王秀丽,李泰,等.混合式MMC及其直流故障穿越策略优化[J].中国电机工程学报,2016,36(7):1849-1858.][徐雨哲,徐政,张哲任,肖亮,陆翌,李继红,裘鹏.基于LCC和混合型MMC的混合直流输电系统控制策略[J].广东电力,2018,31(09):13-25.]分别研究了MMC单极接地故障、双极短路故障和交流三相短路故障特性，提出了相应的故障穿越策略。

然而，上述研究均采用了无穷大电源的形式等效交流电网，简化了交流系统的影响，从而控制效果较为理想。而风电场属于无源系统，风场侧MMC(wind farm side MMC，WFMMC)的控制方式与外接无穷大电源时有较大差别。另一方面，目前关于故障穿越的研究主要集中于故障电流的抑制，未考虑加入抑制策略对MMC和整个系统的暂态影响。对于风电柔直并网系统而言，风电场持续并网运行的关键不仅仅是故障电流的抑制，暂态能量的转移和耗散也尤为重要。