[发明专利]一种适用于风电MMC-MTDC系统的协调故障穿越方法

权利要求书

1.一种适用于风电MMC-MTDC系统的协调故障穿越方法，所述风电MMC-MTDC系统包括：交流电网，3座风力发电厂1#、2#、3#，1个GSMMC换流站，3个WFMMC换流站1#WFMMC、2#WFMMC和3#WFMMC；

所述交流电网的交流输电电压等级为220kV，直流输电电压等级为±500kV，MMC半桥子模块数为76；

所述3座风力发电厂1#、2#、3#各自的风场中，永磁风机数量分别为102台、92台、82台，每单台风机额定容量为5.2MW；l₀₁为1#WFMMC与GSMMC之间输电线路长度，l₀₂为2#WFMMC与GSMMC之间输电线路长度，l₁₃为1#WFMMC与3#WFMMC之间输电线路长度，l₂₃为2#WFMMC与3#WFMMC之间输电线路长度，l₀₁、l₀₂、l₁₃、l₂₃分别为100km、120km、80km、60km；其特征在于，所述协调故障穿越方法包括以下步骤：

步骤1：根据MMC-MTDC各节点输入和输出功率，推导出基于风场侧MMC换流器WFMMC和风机侧VSC换流器WTVSC的协调故障穿越控制参数，具体是，当受端换流器GSMMC交流出口处发生短路故障时，通过WFMMC降压控制降低WFMMC的交流输入电压，从而降低输入功率，以降低直流输电网上不平衡功率；同时，设计与WFMMC降压控制相协调的风机侧VSC换流器WTVSC降载控制，以消除不平衡功率；

所述WFMMC降压控制采用V/f控制方式，控制输入换流器的电压幅值和频率为恒定值，所述WFMMC降压控制过程包括：

故障期间将降低换流器控制回路中的交流电压参考值，其取值表示为式(1)所示：

式中，为正常工况下V/f控制中交流电压参考值，为故障情况下重新设计的交流电压参考值，U_dc为故障期间MMC-MTDC直流电压，为预设的MMC-MTDC直流电压上限值，K_dc为WFMMC降压控制参数；

忽略MMC换流器有功功率损耗，故障期间MMC-MTDC输入与输出功率关系表示为式(2)所示：

P_S＝P_W-ΔP (2)，

其中，P_S为GSMMC的输出功率，P_W为所有WFMMC的输入功率总和，ΔP为MMC-MTDC输入与输出功率差额；

将式(2)进一步展开为式(3)所示：

式(3)中，I为WFMMC输入的交流电流有效值，为WFMMC交流侧功率因数，C为直流输电线路等效电容，其取值为换流器桥臂上所有子模块HBSM电容值的总和；

将式(3)进一步表示为式(4)所示：

综合式(1)和式(4)，得到WFMMC降压控制参数取值为式(5)所示：

所述WTVSC降载控制采用PQ控制，保证风机输出的有功功率和无功功率恒定，所述PQ控制过程包括：将故障情况下重新设计的有功功率参考值P'_WTVSC表示为式(6)所示：

式中，为正常工况下WTVSC控制中的有功功率参考值，P'_WTVSC为故障情况下重新设计的有功功率参考值，K_P为WTVSC降载控制参数；

忽略MMC换流器有功功率损耗，故障期间MMC-MTDC输入与输出功率关系如式(2)所示，对于每台风机而言，式(2)表示为式(7)所示：

式中，n为连接MMC-MTDC所有风场的风机数量总和；ΔP为MMC-MTDC输入与输出功率差额；

式(7)进一步写为式(8)所示：

综合(6)和式(8)，得到WTVSC降载控制参数的取值如式(9)所示，

步骤2：根据步骤1中所推导出的协调故障穿越控制参数，从功率角度推导受端换流器GSMMC交流出口处发生短路故障时的稳态短路电流表达式；所述从功率角度推导受端换流器GSMMC交流出口处发生短路故障时的稳态短路电流表达式的过程包括：

将WFMMC输入的功率表示为式(10)所示：

式中，P_WFMMC和Q_WFMMC分别为WFMMC输入的有功功率和无功功率；u_Wd、u_Wq分别为WFMMC交流侧d、q轴电压，其值由WFMMC控制中的交流电压参考值决定；i_Wd、i_Wq分别为WFMMC交流侧d、q轴电流，其值由风场输出的功率决定，被表示为式(11)所示：

同时，对于MMC-MTDC系统，其输入功率与输出功率的关系如式(12)所示：

式中，I_dc为直流输电网的电流，R_dc为直流输电网电阻；

结合式(10)、(11)、(12)，考虑到MMC-MTDC直流输电网拓扑的设定，GSMMC输出有功功率被表示为式(13)所示：

式中，n₁、n₂、n₃分别为1#、2#、3#风场风机的数量，l₀₁为1#WFMMC与GSMMC之间输电线路长度，l₀₂为2#WFMMC与GSMMC之间输电线路长度，l₁₃为1#WFMMC与3#WFMMC之间输电线路长度，l₂₃为2#WFMMC与3#WFMMC之间输电线路长度，r_dc为单位长度直流输电线路电阻值；

对于GSMMC交流侧发生对称短路故障，稳态短路电流表达式如式(14)所示：

对于GSMMC交流侧发生不对称短路故障，由于有负序电压和负序电流的存在，其稳态短路电流表达式如式(15)所示：

D₁和D₂取值分别如式(16)所示：

步骤3：根据步骤2所推导出的稳态短路电流表达式，为MMC换流器子模块规格的选用和换流器交流侧保护的整定提供参考，从而实现风电MMC-MTDC系统的协调故障穿越。