[发明专利]海上风电柔直系统主动能量控制与交流耗能装置协调方法

说明书

本发明公开了海上风电柔直系统主动能量回收与交流耗能装置协调方法，属于电力系统输配电领域。本发明在交流电网发生故障后，首先抬升直流电压，并在岸上换流站电容能量达到预警值后，控制海上换流站电容能量抬升至预设最大值。若故障清除在交流断路器开断之前，则依次控制直流电压、岸上和海上换流站的电容能量下降至额定值；否则，投入交流耗能装置，将岸上换流站切换为能量‑交流电压控制。断路器重合闸后，退出耗能装置，将岸上换流站切换回初始控制，并依次控制直流电压、岸上和海上换流站电容能量降至额定值。本发明可减小盈余功率以热量耗散产生的浪费；相比于直流耗能装置，本发明还可大大降低耗能装置的成本和控制复杂度。

技术领域

本发明属于电力系统输配电领域，更具体地，涉及海上风电柔直系统主动能量控制与交流耗能装置协调方法。

背景技术

柔性直流输电技术(MMC-HVDC)已成为大规模远距离海上风电主要并网方案之一。海上风电柔直并网系统主要包括：海上风电场、海上换流站、岸上换流站和岸上交流主网。在岸上交流电网发生交流故障后，岸上换流站输送到岸上交流主网的功率减小。但由于海上风电场持续向柔直系统输入满额功率，这会引起直流系统出现大量盈余功率，造成直流系统出现严重过电压，危及系统安全运行。

为解决柔直系统存在的盈余功率问题，工程中的常见方案为在岸上换流站的直流侧装设直流耗能装置。故障发生后，直流电压上升，触发直流耗能装置将风电场输送的功率以热量形式进行耗散。由于直流电压上升速度较快，故障发生后直流耗能装置会迅速投入进行能量耗散，这一定程度上造成了能量的浪费。且由于可控型开关器件众多，直流耗能装置成本造价高昂。尤其对于目前广泛采用的电磁兼容性能好、耗散功率实时可控的级联式直流耗能装置，其控制逻辑复杂，涉及子模块的排序与均压算法。而相比于直流耗能装置，交流耗能装置拓扑更简单，成本低廉，更无需复杂的投切控制，可进一步提高柔直系统运行的工程经济性。但目前交流耗能装置在海上风电柔直并网系统中的应用很少，协调控制策略并不成熟。

发明内容

针对盈余功率浪费和直流耗能装置经济性问题，本发明提供了海上风电柔直系统主动能量回收与交流耗能装置协调方法，其目的在于：1)利用柔直系统的能量裕度对交流故障期间的直流系统中的盈余功率进行回收，减小电能以热量形式耗散产生的浪费；2)用交流耗能装置替代直流耗能装置，降低海上柔直并网系统的工程造价，提高运行经济性；3)提供交流耗能装置与海上柔直并网系统协调运行的技术方案。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种海上风电柔直系统主动能量控制与交流耗能装置协调方法，包括：

i)当检测到岸上交流电网发生故障后，岸上换流站利用直流电压控制将直流系统电压主动抬升至电压预设值V_{dc_set}；同时，令能量控制的参考值等于实际值。当检测到岸上换流站的电容能量达到预警值W_{C_th}后，向海上换流站发送命令，触发海上换流站主动能量回收机制：海上换流站按照预设算法利用能量控制将电容能量抬升至预设最大值W_{C_max}，并维持电容能量恒定；

ii)若在交流断路器开断之前故障被清除，则岸上换流站利用主动能量控制维持当前的电容能量恒定不变。同时，岸上换流站控制直流电压下降至额定值；之后，控制岸上换流站电容能量下降至额定值；再之后，由岸上换流站向海上换流站发送指令，令海上换流站控制其电容能量下降至额定值，结束柔直系统的主动能量回收过程。

iii)若故障清除是由交流断路器开断导致，则投入交流耗能装置，同时将岸上换流站切换为能量-交流电压控制模式，并控制岸上换流站电容能量维持在预设最大值W_{C_max}。在交流断路器重合闸成功后，退出交流耗能装置，岸上换流站切换回能量控制模式。之后，柔直系统控制直流电压、岸上换流站电容能量、海上换流站电容能量依次下降到额定值，结束柔直系统的主动能量回收和交流耗能装置投切过程。