[发明专利]一种双馈风电场经柔直并网系统故障穿越控制方法

说明书

本技术方案提供了一种双馈风电场经柔直并网系统故障穿越控制方法，包括当双馈风电场经柔直并网系统的交流电网侧发生短路故障且柔直输电线路的直流电压超过预设门槛值时，计算双馈风电机组转子最大允许转速对机端电压频率的约束Δf_ωr的第三边界Δf₃，判断是否存在双馈风电机组转子最大允许电流对机端电压频率的约束Δf_ir，若Δf_ir存在，计算Δf_ir的第一边界Δf₁和第二边界Δf₂，若Δf_ir存在，若Δf₁≤Δf₃≤Δf₂成立，则f_wmax＝Δf₁，否则f_wmax＝Δf₃，若Δf_ir不存在，柔直风场侧换流站频率控制的上限f_wmax＝Δf₃，基于f_wmax控制风电场交流电压频率的提升。提升了双馈风电场经柔直并网系统故障穿越时的安全性。

技术领域

本发明涉及风电控制领域，具体地说，涉及一种双馈风电场经柔直并网系统故障穿越控制方法。

背景技术

为解决全球能源危机，风力发电在全球内发展迅速。风电经柔性直流输电线路并网相对于直接交流并网、常规直流联网方式而言，可以隔离风电场与交流主网，具备黑启动能力，减少了无功补偿装置，适用于远距离风功率传输，已成为目前风电并网的主要方式。目前，基于双馈感应发电机的变速恒频风电机组是风力发电的主力机型。大规模双馈风电机组的应用，形成了双馈风电场经柔直并网的特殊电网拓扑。

随着风电渗透率越来越高，电网故障下风电场不能从电力系统中切除，否则会对电力系统的稳定运行造成巨大冲击，因此风电场应具备一定的故障穿越能力。在双馈风电场经柔直并网系统中，双馈风电机组和柔直换流站的控制方式相互耦合，使得故障特性分析和故障穿越控制更加复杂。当交流系统侧发生三相对称短路时，柔直电网侧换流站输出有功功率减少，但是由于双馈风电机组故障穿越措施仅以避免风电机组不脱网为目标，并未考虑双馈风电机组输出有功功率与柔直电网侧换流站输出功率的匹配，不平衡的有功功率将使柔性直流输电的直流电压升高，严重时会导致系统崩溃，因此必须对柔直两侧不平衡有功功率加以控制，以实现双馈风电场经柔直并网系统的故障穿越。

电网故障下，将直流过压信息传输到双馈风电机组，通过双馈风电机组控制减小输出有功功率能抑制直流电压，但是存在通信延时和可靠性问题。因此在确保直流电压不越限的前提下，应首先控制柔性直流输电的风电场侧换流站减小其交流侧馈入的有功功率，再由双馈风电机组对机电两侧的不平衡功率进行协调控制。目前通过柔性直流输电的风电场侧换流站控制减少风电场侧馈入功率的方法主要包括3类：一类是利用风电场侧换流站控制实现风电场交流电压频率的提升，即升频法；一类是利用风电场换流站控制实现风电场交流电压的降低，即降压法；另一方面则是在直流侧附加泄能电阻电路，以吸收不平衡功率。其中，附加泄能电阻电路会导致散热问题严重；双馈风电机组对机端电压较为敏感，降压法可能会触发双馈风电机组的故障穿越控制，因此升频法对于双馈风电机组经柔直并网系统的故障穿越具有更好的适用性。

目前，针对双馈风电场经柔直并网系统故障穿越的升频法，研究人员进行了一系列研究，但是研究的重点主要集中于提高升频法的响应速度。部分研究人员对所需提升的频率大小进行一定的探索，但是仅从避免直流电压越限方面来确定频率的控制定值，并未考虑双馈风电机组对于机端电压频率升高的适应性。双馈风电机组对机端电压十分敏感，电压频率的变化通过发电机定子反应和双馈风电机组转子侧换流器影响转子电流的大小，双馈风电场经柔直并网系统的升频控制可能造成双馈风电机组转子电流升高，威胁双馈风电机组转子侧换流器安全。此外，为了使得双馈风电机组能够直接参与系统频率调节，目前一般采用附加虚拟惯量控制环节对双馈风电机组有功功率控制指令值进行修正，此时双馈风电机组转子转速与机端电压频率呈现强相关关系，升频控制可能造成双馈风电机组转子超速，威胁双馈风电机组的转子机械安全。