[发明专利]大规模海上风电经柔性直流外送的协同故障穿越方法

说明书

大规模海上风电经柔性直流外送的协同故障穿越方法，它属于新能源交直流并网控制技术领域。本发明解决了采用现有方法不能有效实现大规模海上风电经柔性直流外送的协同故障穿越的问题。本发明在电网故障后可以快速降低风电功率，保证直流电压不越限；消除了风电场同步不稳定和直流过电压现象，提升了直流系统运行的安全性；在故障清除后可以有效协调直流系统两端的有功功率，改善直流电压的动态恢复特性；有效实现了大规模海上风电经柔性直流外送的协同故障穿越。而且，本发明可以将MMC‑HVDC子模块电容的尺寸降低至原来的80％，进一步节约设备投资，提高经济效益。本发明可以应用于新能源交直流并网控制技术领域。

技术领域

本发明属于新能源交直流并网控制技术领域，具体涉及一种大规模海上风电经柔性直流外送的协同故障穿越方法。

背景技术

近年来，风电的开发利用取得了快速发展，大规模风电的输电与并网问题成为重要的研究课题。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)技术具有模块化程度高、波形质量好、占地面积小等优点，是大规模风电并网的有效方式。同时，直流输电换流站的故障穿越(FRT)能力对电网运行的鲁棒性和安全可靠性具有重大影响。因此有必要对连接风电场的柔性直流输电系统FRT控制方法展开研究。

电网故障后，系统的控制目标是防止直流过电压。防止直流过电压的主要实现方式有：通过交流系统暂态重构提升网侧换流站(GSMMC)的功率传输能力，或者通过直流系统暂态重构释放直流等效电容的多余储能，或者快速降低风电功率。其中，交流系统暂态重构通过在受端附加串联变压器和机械开关实现，而直流暂态重构通过附加卸荷电路实现。上述方案的不足是：机械开关的响应延时会降低交流系统暂态重构的快速性，且引入额外设备如开关、串联变压器及卸荷电阻，提高了占地面积和投资成本。快速降低风电功率的方案按照原理不同可分为：基于通信的快速减载控制、升频控制和降压控制。其中，基于通信的减载控制会产生响应延时，通信故障时会降低系统可靠性。升频控制和降压控制均由风电场侧换流站(WFMMC)实现。在升频控制中，风电机组的输出功率对频率变化的自然响应很慢，且电网故障后直流电压快速上升很可能导致风电系统的频率变化率超过风轮机的耐受能力。降压控制的实现方式有两种：一是对风电场模拟短路控制，尽管响应速度快，但会导致风电系统的失步和失控；二是下垂降压控制，但由于控制通道响应延时的不利影响，风电功率降低的快速性被严重限制。

电网故障清除后，系统的控制目标是设计风电功率的恢复方式以快速释放直流等效电容的储能。具体实现方式有三种。一是通过建立直流电压和风电场并网电压的下垂特性关系来实现风电功率的恢复，但直流系统两端的有功恢复平衡后直流电压仍明显高于额定值，不利于直流系统平滑切换。二是对风电机组设计有功电流斜率控制方案，但若风电场中各台风机的稳态运行功率不同，风电场输出有功的恢复速率将具有时变性，难以与电网换流站的有功恢复有效配合，不利于直流电压的动态恢复。三是采用在线优化的方法获得风电场中各台风机的有功电流恢复斜率，但此算法需要多次迭代，实现复杂，限制了其工程应用。

因此，采用现有的方法还不能有效实现大规模海上风电经柔性直流外送的协同故障穿越。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用现有方法不能有效实现大规模海上风电经柔性直流外送的协同故障穿越。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：大规模海上风电经柔性直流外送的协同故障穿越方法，所述方法为：

在故障期间，送端系统通过分段降压控制与风电机组的电压-有功电流降低控制相配合以减少风电场并网电压的降压深度；

在故障清除后，送端系统通过自适应升压控制配合风电机组的电压-有功电流上升控制来实现MMC-HVDC直流电压与风电场输出有功功率的自适应恢复。

所述分段降压控制通过结合强制降压控制和下垂控制来提升降压速率和减载效率。