[发明专利]一种提高海上风电柔性多端汇集系统复杂故障穿越能力的协调控制技术设计方案

说明书

本发明提出一种提高海上风电柔性多端汇集系统复杂故障穿越能力的协调控制技术设计方案，该方案包括1)稳态仿真验证控制策略，确定了本发明中提到基本控制策略，使得多端网络在稳态时正常安全运行。2)通过分别对主站电网、从站电网以及风电场实施故障来验证本方案的可行性，验证单处故障时，系统能稳定运行。3)实施复杂多重故障对综合复杂故障穿越协调控制策略进行验证并分析，通过同时对主站电网、从站电网以及风电场实施故障，形成复杂故障的环境。导致直流母线电压跌落，系统将在主从调度控制下切换成复杂故障穿越协调控制策略，同时将会通过对混合直流ETO控制卸荷电路的投切运行，来使冗余功率得以泄放，达到稳定平衡直流母线电压的目的。

技术领域

本发明主要涉及的技术领域是大型海上风电场电气多端汇集系统设计领域，其中包括多端柔性直流汇集系统的模型建立与控制技术设计方案，以及针对系统处于复杂多重故障时穿越能力的协调控制技术设计。

背景技术

在全球能源清洁化的背景下，海上风电具有资源条件稳定、靠近电力负荷中心等优势，近年来成为世界各国风电发展的重要方向。根据相关研究，全球海上风电装机主要集中在中国和欧洲。根据世界气候变化委员会(Intergovernmental Panel on ClimateChange，IPCC)的报告，到2050年，世界上80％的能源供应来自于可再生能源，其中风力发电将扮演着一个极其重要的角色。随着海上风电的快速发展，尤其是建设大型海上风电基地的迫切需求，大规模海上风电的送出与并网成为亟需研究和解决的问题。当交流电网中发生复杂多重故障时，多端网络系统直流母线电压升高，会导致大规模风电系统脱网，严重影响地区的功率分布以及频率稳定。因此如何提高海上风电柔性多端汇集系统复杂故障穿越能力、设计相关的控制技术具有重要实际应用价值。

目前有关风电柔性多端直流送出系统故障穿越的研究主要是针对系统发生单处故障的情况，并没有考虑到海上风电多端柔直系统在多重故障时穿越能力问题；有些研究针对风电系统提出系统故障安全域，并根据泄能电阻的设计原则给出了适用于不同风电运行工况的投切控制策略，但是没考虑多端时系统的控制策略；有些是针对高压直流输电系统的直流短路故障时系统故障穿越控制策略的设计，但也未结合海上风电多端系统。本发明将给出的关于提高海上风电柔性多端汇集系统复杂故障穿越能力的协调控制技术设计是一种比较综合的控制方案。

发明内容

本申请人针对现有技术，进行研究与改进，提供一种提高海上风电柔性多端汇集系统复杂故障穿越能力的协调控制技术设计方案。

为了解决上述问题，本发明采用如下方案：

一种提高海上风电柔性多端汇集系统复杂故障穿越能力的协调控制技术设计方案，包括下述步骤：

1)建立柔性多端汇集系统的数学模型。基于分析模型的简化，建立包含2个SCE(送端换流站) 和2个REC(受端换流站)的四端柔性汇集送出系统，直流侧通过直流母线联接，送端换流站联接风电场，受端换流站联接交流电网。

2)设计柔性多端汇集系统换流站的控制策略。所设计的控制策略应包含风电场送端换流站和岸上交流电网受端换流站的综合控制策略。根据各个换流站控制目标的不同，应分别对相应的控制做出分析和设计，其中风电场送端换流站主要实现对功率和电压的稳定控制，电网侧受端换流站则需要根据需求进行对功率、电压、频率等相关量的控制。直流母线稳压控制是柔性多端汇集系统运行可靠性和整体性的主要决定因素。

3)设计出提高该系统复杂故障穿越能力的协调控制方案。一般的控制策略能实现系统在无故障和单处轻微故障时的穿越问题，但无法实现严重多重故障的穿越问题，所以针对于该多端系统同时不同处发生多种故障的情况，为解决这一问题需要设计出一种能实现风电多端系统复杂故障穿越的控制，从而实现系统的稳定运行。

所述步骤1)中，建立柔性多端汇集系统换流站的数学模型，内容如下。