[发明专利]一种海上风电柔性直流并网系统及其控制方法

说明书

本发明属于海上风电技术领域，具体涉及一种海上风电柔性直流并网系统及其控制方法。在海上风电柔性直流并网系统运行过程中，首先根据虚拟转子动力学环节生成虚拟转子旋转角度，并根据虚拟励磁调节环节生成虚拟内电势幅值；然后在判定海上MMC换流站交流侧未发生交流系统故障且中高频谐波含量大于设定谐波含量阈值的情况下，对海上MMC换流站采用开环控制模式，否则采用闭环控制模式，以根据生成的虚拟转子旋转角度和虚拟内电势幅值直接得到海上MMC换流站的调制波。本发明抑制了小功率运行工况下可能发生的中高频谐波振荡，提高了海上风电场风电消纳能力，进一步提高了交直流混联大电网系统的安全稳定性。

技术领域

本发明属于海上风电技术领域，具体涉及一种海上风电柔性直流并网系统及其控制方法。

背景技术

随着世界各国对能源安全、生态环境、气候变化等问题日益重视，加快发展风电已成为国际社会推动能源转型发展、应对全球气候变化的普遍共识和一致行动。海上风电具有风能稳定、发电利用小时数高、基本不受地形地貌影响和适宜大规模开发等优点，且靠近电力负荷中心，便于电网就地消纳，避免了风电的长距离运输。因此，海上风电的开发与利用得到越来越多的关注与重视，已经成为全球可再生能源开发新的增长点与主要方向之一。根据全球风能协会GWEC最新数据，截至2021年底，全球海上风电累计装机容量达3310万千瓦，其中中国海上风电累计装机容量555.5万千瓦。与陆上风电场相比，海上风电场的优点主要是不占用土地资源，基本不受地形地貌影响，风速更高，风电机组单机容量更大，年利用小时数更高。

MMC(Modular Multilevel Converter)换流器显著特点使MMC-HVDC输电技术成为国外大型远距离海上风电场并网的唯一选择。随着开发规模的扩大，输电容量和输电距离的增加，机组大型化、受端电网短路水平、电网安全稳定等因素，使得海上风电输电直流化方向的发展趋势愈加明显。

基于有功/无功控制的经典柔性直流输电系统在国内外已经得到了充分应用，国内外已经建立了多个柔性直流工程。传统柔性直流系统采用有功/无功控制模式，依赖所连接交流电网并通过锁相环技术得到交流电网同步相位，进而构建d/q空间的双闭环比例积分控制功能。但是，当柔性直流输电技术应用与海上风电送出场景时，所连接交流电网短路容量很小(短路比很小)，该特点对传统柔性直流输电系统的安全稳定运行已经造成很大影响，甚至不能维持系统的正常运行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海上风电柔性直流并网系统及其控制方法，用以解决使用现有技术中的控制策略不能维持系统稳定正常运行的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种海上风电柔性直流并网系统控制方法，包括如下步骤：

1)在海上风电柔性直流并网系统运行过程中，根据虚拟转子动力学环节生成虚拟转子旋转角度θ，并根据虚拟励磁调节环节生成虚拟内电势幅值E；其中，所述虚拟转子动力学环节用于模拟同步发电机的转子运动方程，所述虚拟励磁调节环节用于模拟同步发电机的励磁控制；

2)判断海上MMC换流站交流侧是否发生交流系统故障以及中高频谐波含量是否大于设定阈值：若未发生交流系统故障且中高频谐波含量大于设定谐波含量阈值，则对海上MMC换流站采用开环控制模式，以根据生成的虚拟转子旋转角度θ和虚拟内电势幅值E直接得到海上MMC换流站的调制波；并根据海上MMC换流站的调制波对海上MMC换流站进行控制。