[发明专利]海上风电系统中储能型模块化多电平变换器的控制方法

说明书

本发明提供了一种海上风电系统中储能型模块化多电平变换器的控制方法，在正常工作模式下，通过对储能型模块化多电平变换器进行合理的控制，可以实现对风电场进行虚拟惯量补偿，产生和同容量的同步发电机相同的虚拟惯量，平滑风电功率波动，实现无直流断路器海上风电场设计，且故障发生阶段一定时间内交流风机侧仍可以把发出的电能存储在储能电池组中，减少风电机组内卸荷电阻的配置需求，降低风电机组成本和体积重量。

技术领域

本发明涉及电气自动化设备技术领域，具体地，涉及一种海上风电系统中储能型模块化多电平变换器的控制方法。

背景技术

随着大规模、远距离海上风电的发展，将海上风电输送到陆上存在电网稳定、电能质量以及故障保护技术等方面的技术挑战。由于风电机组不能像传统同步发电机一样对电力系统的频率波动做出响应，用风能取代传统能源会减少电力系统的惯量和频率稳定性。然而，风电场只要接入储能功率占风电场额定容量5％的储能设备，就能产生和同容量的同步发电机相同的虚拟惯量。

在现有的技术中，用于解决风电场并网问题的储能设备通常是作为一个单独设备接入风电场汇集母线，增加了发电损耗和系统成本。

此外，变换器的运行必须考虑到系统的故障情况。在直流输电中，直流侧传输线路短路故障是最严重的故障类型。常规的基于半桥子模块的模块化多电平变换器不具备阻断直流故障电流的能力。基于全桥子模块的模块化多电平变换器虽然具备阻断直流故障电流的能力，但在故障发生时系统的所有子模块必须进入闭锁状态。

一方面，应用于海上直流输电的拓扑需要具有故障穿越的能力，另一方面，面向海上风电的应用，系统又需要一定的储能以增加系统惯性。这就需要能同时把储能与故障穿越集成到同一个变换器中，且在合理的控制方法下才能实现上述功能。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种海上风电系统及其储能型模块化多电平变换器控制方法，该系统基于储能型模块化多电平变换器，通过对储能型模块化多电平变换器的工作状态切换进行控制，可以在变换器不停机的同时有效隔离故障，在故障清除后再切换到正常工作模式。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种海上风电系统中储能型模块化多电平变换器的控制方法，包括如下工作模式：

-正常工作模式：

储能型模块化多电平变换器对海上风电系统进行虚拟惯量补偿，产生和同容量的同步发电机相同的虚拟惯量，以平滑风电功率波动；

当海上风电系统发出的功率高于上限值时，储能型模块化多电平变换器中的电池模块吸收海上风电系统的功率；

当海上风电系统发出的功率低于下限值时，储能型模块化多电平变换器中的电池模块向直流母线发出功率；

-直流短路故障工作模式：

当直流侧发生短路故障时，储能型模块化多电平变换器中的电池模块吸收海上风电系统的功率；

其中：

所述正常工作模式和直流短路故障工作模式之间的切换步骤，包括：

-判断海上风电系统的直流侧是否发生短路故障；

若直流侧发生短路故障，储能型模块化多电平变换器切换到直流短路故障工作模式，储能型模块化多电平变换器中电池模块充电；

若直流侧未发生短路故障，进入以下判断；

-判断海上风电系统发出的功率是否大于上限值；