[发明专利]海上风电场交流不对称故障的多阶段穿越控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种海上风电场交流不对称故障的多阶段穿越控制方法及装置，属于电力系统控制领域，方法包括：当检测到交流不对称故障时，对海上风电场进行无功补偿和电流限幅控制；启动海上换流站的序网能量控制，以通过正负序分解控制抑制交流不对称故障下的负序电流分量，通过主动能量控制计算能量吸收斜率；控制海上换流站以能量吸收斜率对应的速率，吸收海上风电场输出的能量；当检测到交流不对称故障被清除时，计算能量释放斜率，控制海上换流站以能量释放斜率对应速率，释放能量至岸上交流电网。不仅提高海上风电场与柔性直流换流站的交流不对称故障穿越能力，还可以促进可再生能源的高效消纳与提升海上风电场并网系统的经济性。

技术领域

本发明属于电力系统控制领域，更具体地，涉及一种海上风电场交流不对称故障的多阶段穿越控制方法及装置。

背景技术

海上风电场是支撑大规模可再生能源并网运行的重要手段。传统海上风电工程通常采用交流海底电缆的方式并入陆上交流电网。通过模块化多电平变流器的高压直流输电(Modular Multilevel Converter based High Voltage Direct Current，MMC-HVDC)方式并网具有明显优势，各海上风机组间经过汇集后在海上换流站转化成高压直流后，电能经海底电缆送出，之后在陆上换流站转换成交流并最终注入陆上交流系统。

交流不对称故障是海上发生的概率高且占故障比例高的故障，故障位置在海上风电场与电场侧换流站(wind farm MMC，WFMMC)之间。海上风电场缺少岸上电网的支撑，且故障特性呈现出复杂的双侧电力电子电源特性；此外，受限于电力电子器件的低过流和低过压特性，海上交流故障下WFMMC与海上风电场的多阶段电压、电流故障穿越问题更加突出。因此，如何解决海上交流不对称故障穿越的难题对海上风电场并网稳定至关重要。

围绕上述问题，现有工程上的解决方案往往仅配备负序电流消除控制策略，或者，在海上风电场与WFMMC均加入负序电流控制，都不能完全满足海上交流不对称故障穿越要求。也有学者提出了WFMMC侧采用低压限流控制策略，以解决故障下的电力电子器件过电流问题，但是，考虑到风电场低电压穿越的要求，电压的主动下降可能会造成风机因低压脱网。综上所述，海上交流不对称短路故障研究尚不完善，亟需进一步挖掘故障机理，并在此基础上提出有效的故障穿越方案。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种海上风电场交流不对称故障的多阶段穿越控制方法及装置，其目的在于使海上风电经柔直并网系统可以实现海上交流不对称短路故障的故障穿越控制，并实现多阶段的故障穿越，以提高系统的交流不对称故障穿越能力。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种海上风电场交流不对称故障的多阶段穿越控制方法，用于包含海上风电场、海上换流站和岸上交流电网的系统，方法包括：当检测到系统的海上侧发生交流不对称故障时，对所述海上风电场进行无功补偿和电流限幅控制；启动所述海上换流站的序网能量控制，以通过正负序分解控制来抑制交流不对称故障下的负序电流分量，通过主动能量控制来计算第一阶段序网能量控制的能量吸收斜率；并控制海上换流站以所述能量吸收斜率对应的速率，吸收所述海上风电场输出的能量；当检测到所述交流不对称故障被清除时，通过主动能量控制来计算第二阶段序网能量控制的能量释放斜率，控制所述海上换流站以所述能量释放斜率对应速率，释放能量至所述岸上交流电网。

更进一步地，当检测到所述交流不对称故障被清除时，方法还包括：通过附加交流电压外环抑制计算外环电压参考值，根据所述外环电压参考值控制所述海上换流站，以避免海上并网点过电压。

更进一步地，所述外环电压参考值为：

U_sdref2＝U_sdref+K_p(U_sdref-U_sdpu)