[发明专利]低成本的柔直组网系统受端交流故障穿越方法

权利要求书

1.一种低成本的柔直组网系统受端交流故障穿越方法，其特征在于：其步骤是：

S1、充分利用换流站储能潜力的过电压抑制方法

引入了一个自适应限压系数α，将换流站的阀级控制器输出的桥臂单元投入子模块数目乘以系数α，α由限压控制器给出，其取值范围为[0,1]；

a、限压控制器设计

设m端柔直电网中有n端换流站采用ANLM策略，此时，柔直电网的等效电容值计算如下：

设t＝0时刻故障发生，t＝t_A时刻，子模块数目开始自适应减少以限制柔直电网的直流电压，t＝t_B时刻故障恢复或不平衡功率被切除，子模块数目开始逐渐恢复，t＝t_C时刻子模块数目恢复至额定值，0-t_C时段内柔直电网的不平衡功率是ΔP；

在0-t_C内，直流电压均满足如下表达式：

在0-t_C内，子模块电容电压满足如下表达式:

为使直流电压在t_A-t_C期间被限制在AU_d(0)附近，C_eq(t)需要满足如下表达式：

式中：A为直流电压目标值与稳态值的比值；

联立式(9)和式(10)，将式(11)化为：

令进而得到，若要直流电压t_A-t_C期间被限制在AU_d(0)附近，限压系数α需要满足：

式中：B(t)＝U_C(t)/U_C(0)；

根据式(9)和式(14),可得到B(t)与α的关系式如下：

特别地，当m＝n时，k₁＝1，k₂＝0。此时，B(t)与α的表达式如下：

b、子模块数目恢复过程

在t_B-t_C内，整个柔直电网的能量变化满足下式：

式中：E_N0i为换流站i稳态运行时的储能；

S2、风电场功率速降控制方法：

通过降低风电场汇流母线电压的d轴分量，就可以实现风电场快速降载。风电场汇流母线电压的d轴分量可由柔直电网的送端换流站主动控制。

a、附加降交流电压环节的送端换流站控制器设计

u_WF,abc、i_WF,abc分别为风电场汇流母线的电压和电流；u_WF,d、u_WF,q分别为风电场汇流母线电压的d轴分量和q轴分量；i_WF,d,ref、i_WF,q,ref、i_WF,d、i_WF,q分别为风电场汇流母线电流的d轴目标值、q轴目标值、d轴分量及q轴分量；ω为风电场汇流母线电压的角频率；θ为风电场汇流母线电压的相位；L为送端换流站出口处的电感；M、M_d、M_q分别为换流站的调制比、调制比的d轴分量和q轴分量，T为一阶低通滤波器的时间常数。

当所设计控制器内部的滞环比较器检测到柔直电网的直流电压快速升高时，则判定受端交流故障发生，将主动调低风电场汇流母线电压d轴分量的目标值。

b、在汇流母线电压下降过程中，|i_WF,d|＝i_SE,max，其中i_SE,max为送端换流站的限流幅值，则风电场汇流母线电压的变化近似满足下式:

式中：C_WF为风电场聚合在风电场汇流母线上的等效电容，i_WF,d0为稳态时风电场出口电流的d轴分量；

进而得到，风电场汇流母线电压变化0.8p.u.所需时间计算如下：

式中：u_b和i_b为风电场汇流母线电压与电流的基准值；

取电压和电流的基准值如下：

式中：S_b为风电场的功率基准值；

在整个降压过程中，GSVSC的无功电流目标值给定如下：

式中：u_WF,N为风电场汇流母线电压的额定值；i_max为GSVSC可承受的最大电流；

同时，GSVSC的有功电流目标值给定如下:

为保证风电场具备低电压穿越的能力，在风电机组内部全功率变换器(Full PowerConverter,FPC)的直流线路正负极之间需装设斩波电阻R。随着风电场汇流母线电压的下降，会有大量的不平衡能量累积在FPC的直流母线上，此时需要装设在FPC正负极母线上的斩波电阻投入使用，吸收风电机组内部的不平衡能量，保证风电机组稳定运行。

通过设定FPC直流母线电压上下阈值的方式控制斩波电阻的投切，设其上限阈值为U_d,WT,max，则斩波电阻的大小设计如下：

式中：P_WT,max为风电机组可发出的最大功率；

S3、换流站与风电场协同配合的受端交流故障穿越方法

设系统发生受端交流故障t＝t₀，导致柔直电网的直流电压持续上升，直至送端换流站检测到受端交流故障t＝t₁后，送端换流站将汇流母线电压的目标值设为0.2p.u.，短暂的控制延迟后，送端换流站配合风电机组内部斩波电阻开始实现风电场降载t＝t₂，在风电场降载完成t＝t₄前，风电场持续向柔直电网注入不平衡能量，若不采取措施的话，可能会导致直流过电压，ANLM策略抑制不平衡能量导致的直流过电压；ANLM策略接管直流电压控制期间t₃-t₅的目标电压值应大于1.05p.u.；若在规定时间内受端交流故障恢复，则子模块数目和直流电压会逐渐恢复至额定值t₄-t₆，为确保子模块电容储能快速地释放，需要送端换流站控制器中的滞环比较器检测到直流电压恢复至1p.u.后，再逐渐升高风电场汇流母线电压的目标值，使风电场恢复正常运行，随后整个系统会逐渐恢复至稳态运行；若在规定时间内受端交流故障未恢复，则送端换流站断开其交流侧断路器，随后风电场会脱网并停止运行。