[发明专利]一种风电直流送出系统换相失败与过电压协同控制方法

说明书

本发明公开了一种风电直流送出系统换相失败与过电压协同控制方法，包括如下步骤：在监测到直流输电系统逆变站的交流母线电压发生跌落时，启动直流电流控制；根据故障后的逆变站直流电压和整流站的触发角，计算避免整流站近区风电机组高电压穿越的直流电流；根据逆变站的交流母线电压，评估直流电流约束和关断角约束下逆变站的允许无功交换量范围；进而根据无功交换量范围确定逆变站直流电流控制策略，得到逆变站的直流电流控制参考值，对逆变站直流电流实施控制。本发明自适应地调整逆变站的直流电流控制参考值，在有效避免逆变站后续换相失败和整流站过电压的同时，兼顾直流输电系统有功无功对送受端电网稳定性的影响。

技术领域

本发明涉及电力系统保护和控制技术领域，具体涉及一种风电直流送出系统换相失败与过电压协同控制方法。

背景技术

在全球能源危机和环境问题的驱动下，近年来以风力发电为代表的新能源在全球范围内迅猛发展，风电在电网中的比例越来越高。同时，基于电网换相的电流源型高压直流输电技术以其低损耗、大容量、远距离、灵活的功率调节等优点被广泛用于新能源传输。风电场经高压直流输电送出的电网新格局逐渐兴起。

高压直流输电的换相失败是目前业内关注的焦点问题。受端交流系统故障引发电压波动易导致高压直流输电发生首次换相失败。若首次换相失败的控制不当，还易引发后续换相失败，产生连续换相失败，对交流系统产生反复的功率冲击，可能导致换流站闭锁而威胁电网安全稳定运行。此外，首次换相失败期间整流站无功消耗量随着直流传输功率的变化而大幅波动，导致高压直流输电整流站交流母线电压产生过电压。整流站电压升高经电磁耦合使得高压直流输电落点近区风电场接入点电压的显著增加，可能导致送端电网的风电机组高电压穿越启动，使得风电机组短暂失效或脱网，产生跨区域的连锁反应。

目前已有方法主要通过增加额外的无功补偿装置、换流器拓扑改造和高压直流输电控制系统优化来抑制后续换相失败。前两种方法增加了控制系统复杂性和投资成本，且工程应用还存在难度。第三种方法主要集中于改进换相失败预防控制(CFPREV)和低压限流控制(VDCOL)。但由于换相失败影响因素较多，启动电压和触发角调节量难以准确计算，换相失败预防控制的效果有限。已有方法提出利用附加虚拟电阻、提升低压限流控启动电压来抑制后续换相失败。另有方法提出基于实时无功需求确定直流电流指令值的后续换相失败抑制方法。但是，高压直流输电整流站和逆变站的无功消耗量均受直流电流影响，现有方法仅关注于逆变站换相失败的恢复，缺乏对整流站过电压的考虑。

目前主要通过改进风电机组故障穿越策略和安装无功补偿装置来避免换相失败造成送端电网风电机组高压脱网。但是，由于无法避免电压升高，风电机组故障穿越策略难以从根本上解决问题。无功补偿装置可以平抑过电压，但是存在成本高、配合困难等问题。通过调节高压直流输电直流电流以平衡整流站无功功率是避免送端电网风电机组高压脱网最直接的措施。现有方法提出改进低压限流控以及定无功控制来抑制整流站过电压。但是，高压直流输电整流站和逆变站的直流电流、直流电压和触发角相互影响。无功功率或直流电流的调节不仅影响整流站过电压，也改变了逆变站换相失败恢复特性。现有方法忽视了过电压控制对逆变站的影响，不仅限制过电压控制效果，也可能促进后续换相失败的发生。

因此，如何综合考虑电网故障引发的换相失败在风电直流送出系统送端风场和逆变站的连锁反应，有效抑制送端过电压和逆变站后续换相失败，实现整流站无功交换量、逆变站有功功率和无功交换量的协调，成为了本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明实际需要解决的问题是：如何综合考虑风电直流送出系统送受端的电气量的相互影响，对直流输电系统进行直流电流控制，从而更加有效抑制整流站过电压和逆变站后续换相失败，实现整流站无功交换量、逆变站有功功率和无功交换量的协调。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案:

一种风电直流送出系统换相失败与过电压协同控制方法，在监测到直流输电系统逆变站的交流母线电压发生跌落时，启动控制，包括如下步骤：