[发明专利]一种含风电柔性直流输电系统由孤岛转并网模式的方法

说明书

本发明实施例公开了一种含风电柔性直流输电系统由孤岛转并网模式的方法，用于解决交流输电通道由断开到正常过程中柔直系统由孤岛模式切换到并网模式所导致的换流器过流保护跳闸技术问题。

技术领域

本发明涉及高电压输变电技术领域，尤其涉及一种含风电柔性直流输电系统由孤岛转并网模式的方法。

背景技术

随着电力电子技术进步、成本下降和可靠性提高，柔性直流输电技术逐渐应用于大型风电场的风能传输。稳态运行时，柔直系统可输送风能，并抑制风电场电压波动；交流系统发生短路故障时，柔直系统可隔离交流电网的故障穿越，提高风力发电的可靠性。在风力发电快速开发和柔直工程建设随后跟进的发展过程中，部分风电场的风能传输通道形成了柔直系统和交流系统的并行输电格局，如图1所示，这种交直流并联的风电传输方式提高了风能传输通道的容量和可靠性，但也带来了交直流并联运行的模式切换问题。中国已建成的南澳三端柔性直流输电系统和舟山五端柔性直流输电系统均存在上述输电方式。当交流输电通道正常时，柔性系统运行于并网模式(PQ恒功率控制)；当交流输电通道故障断开时，柔直系统运行于孤岛模式(VF恒电源控制)；交流输电通道由正常到断开的过渡过程中，柔直系统需要实现并网模式到孤岛模式的切换；交流输电通道由断开到正常的过渡过程中，柔直系统需要实现孤岛模式到并网模式的切换。两种模式之间的切换会存在一个暂态过渡过程，严重时将影响柔直系统和风电场的稳定运行。柔直系统和交流系统的风能并行输电方式下，交流通道故障排除前，风能仅能通过柔直系统传输，交流通道故障排除后，为提高系统可靠性，交流通道需要通过合闸装置恢复交直流并联运行。由于合闸断路器两侧电压分别为交流大电网系统电压和柔直系统的电压，两者之间存在频率差、相位差和幅值差，合闸瞬间及合闸后较长一段时间均会产生较大的并网冲击电流，严重时直接导致柔性直流输电系统送端换流器退出运行。为解决以上问题，目前主要的技术方案如下：

技术方案1：配置高精度同期合闸装置或者基于半导体晶间管的固态开关。以上装置安装于断路器合闸处，自动检测合闸处两侧电压，当判定交流通道恢复正常且开关两端电压差接近零时，固态开关或者断路器合闸，使柔直系统和风电系统软并网，减小并网合闸时暂态电流冲击，延长柔直系统到达过流设定值的时间。同时运行方式判别装置或其他类似装置通过综合各变电站断路器状态确定系统当前运行方式，并利用通讯系统告知柔直系统进行运行模式切换，从而实现柔直系统由孤岛模式安全转为并网模式。在上述切换过程中，若合闸处两侧电压的频率偏差较小而相角偏差较大，则系统需要较长的时间等待才能实现合闸；其次，交流通道可能存在多个合闸点，若各合闸点都安装高精度同期合闸装置或者固态开关，则整个系统造价昂贵；同时，系统需要运行方式判别装置和通讯装置联接柔直换流器和交流通道上的各变电站，在交流通道恢复正常后，协助柔直系统确定合适运行模式并进行模式切换。

技术方案2：柔直换流器输出电压的幅值和相位跟踪交流电网电压的幅值和相位。有文献提出利用公共连接点开关两端的相位差和电压差作为输入量，经PI调节器计算得到柔直换流器下垂控制或虚拟同步机控制的二次调频和二次调压指令，但利用此方法时，公共连接点两端的电压和相位信息需要通过通信传递给柔直换流器。交流电压相角的时变性较大，采用低速通信时系统的同步调节性能可能受到严重影响。鉴于相角量不宜釆用低速通信传输，而频率量相对变化不大，部分文献提出釆用频率调节间接进行相角同步调节。相比相角直接调节，采用频率进行相角的同步调节，调节时间周期长，不易实现相角的同步。

现有技术方案1在切换过程中，若合闸处两侧电压的频差小而相差大时，系统合闸等待时间长；其次，交流通道各合闸点均需安装高精度同期合闸装置或者固态开关，造价昂贵；同时，系统需要通讯装置连接换流器和交流通道上的各变电站，协助柔直系统确定合适运行模式并进行切换。现有技术方案2需要对交流通道各合闸点两侧的电压和电流进行高精度测量，且需要通过高速通信通道将采样信息传递给柔直换流器，造价昂贵，改造安装不便。

发明内容