[发明专利]一种适用于风电MMC-MTDC系统的协调故障穿越方法

说明书

本发明公开了一种适用于风电MMC‑MTDC系统的协调故障穿越方法，包括，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；根据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；最后根据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。

技术领域

本发明涉及电力系统领域，特别是涉及一种适用于风电MMC-MTDC系统的协调故障穿越方法。

背景技术

开发和利用风能为代表的新能源对社会经济发展、环境保护和应对能源短缺现状等具有重要意义。近年来，风电的开发和利用取得了较大的进展，大规模风电场通过高压直流输电(HVDC)模式并网引起广泛关注。基于模块化多电平换流器(MMC)的高压直流输电技术结合了电压源换流(VSC)技术与脉冲宽度调制技术，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。与海上风电场相比，陆上风能资源较为分散，由此衍生出了基于直流输电网的多端风电柔直送出系统(MMC-MTDC)。

目前，对于MMC-MTDC与风场协调配合低穿的研究较少，仅通过传统的风场侧MMC换流器降压来实现故障穿越，实质上并没有消除故障期间的不平衡功率，而是将不平衡功率向风场侧转移。这会使得风机背靠背系统承受较大压力，Chopper电路频繁、长时间开通，可能导致电路烧毁，因此有必要研究新的风电MMC-MTDC系统协调故障穿越策略。另外，随着以张北柔性直流输电示范性工程为代表的多端柔直工程的开展，直流输电网各节点通常作功率等效，即在规划过程中就已考虑到各节点可能的输入与输出功率。在此基础上，为了给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，需预先估计各节点交流侧短路时的稳态短路电流，因此有必要研究风电MMC-MTDC系统的稳态短路电流表达式。

发明内容

根据本发明的一个方面，提出一种适用于风电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之间输电线路长度直流输电线路长度，l₀₁、l₀₂、l₁₃、l₂₃分别为100km、120km、80km、60km；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：