[发明专利]一种风电柔直并网的交直流故障穿越及能量耗散方法

权利要求书

1.一种风电柔直并网的交直流故障穿越及能量耗散方法，该柔性直流网络包括风电场、风电场侧换流站WFMMC、网侧换流站GSMMC、耗散电阻装置和斩波电阻装置；其中：

风电场输出与风电场侧换流站WFMMC之间通过交流三相母线连接，风电场侧换流站WFMMC与网侧换流站GSMMC之间采用一回直流输电线路连接；所述耗散电阻装置并联在WFMMC的交流侧，所述斩波电阻装置并联在风电场内部全功率变频器的直流联络线正负极之间；

该方法包括以下步骤：

(1)通过全功率变频器FPC，使风力发电机出口频率稳定，风电发电机采用桨距角控制实现最大功率跟踪，全功率变频器FPC机侧采用定功率控制，全功率变频器FPC电网侧采用定直流电压控制，从而输出稳定的风电功率；

所述风电场侧WFMMC和电网侧GSMMC均为具有直流故障穿越能力的混合型MMC，风电场侧WFMMC采用定交流电压控制，电网侧GSMMC采用定直流电压控制；

(2)每个换流站通过检测其直流端口电压，判断柔性直流网络是否发生故障，是则转步骤(3)，否则继续进行检测；

(3)判断短路故障类型，作出不同处置；交流短路故障则转步骤(4)(此时电网侧GSMMC和风电场侧WFMMC检测直流电压上升高于设定值时)，直流短路故障则转步骤(5)(此时电网侧GSMMC和风电场侧WFMMC检测直流电压跌落低于设定值时)；

所述交流故障指网侧换流站GSMMC外接大电网线路故障；所述直流故障指风电场侧换流站WFMMC和电网侧GSMMC之间的直流线路故障；所述故障指短路故障；

(4)将电网侧GSMMC设定为定直流电流控制，通过调整电网侧GSMMC的直流调制比Mdc，实现限幅限制直流电压，从而保证直流线路过压不超过线路耐受能力；当耗散电阻装置检测WFMMC直流侧电压大于阈值时投入，用于消耗故障期间风电能量；

故障消除后，直流电压参考值(或指令值)采用斜降函数使风电场侧WFMMC和电网侧GSMMC之间线路直流电压逐渐下降，从而实现直流电压跟踪稳定；斩波电阻装置检测全功率变频器的直流电压，大于阈值时投入，限定风机功率输出；转步骤(2)；

(5)将电网侧GSMMC和风电场侧WFMMC均设为零直流电流控制，通过降低其直流调制比Mdc，降低直流电压，以实现不闭锁运行；当耗散电阻装置检测WFMMC直流侧电压低于设定阈值时投入，用于消耗故障期间风电能量；

故障消除后，电网侧GSMMC恢复为定直流电压控制，其参考电压值采用斜升函数使直流电压跟踪稳定；风电场侧WFMMC恢复为子模块平均电压控制，风电功率重新进行输送；

所述斩波电阻装置通过检测全功率变频器的直流电压，在故障消除后，限定风机功率输出，保证风电功率的安全送出，转步骤(2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，风电场侧WFMMC的交流外环采用定交流电压幅值和频率控制，外环输出交流电流参考值到其内环，通过PI控制使交流电流跟踪上升稳定至额定值；风电场侧WFMMC的直流外环采用子模块平均电容电压控制，输出直流电压参考值到直流内环，通过PI控制产生直流调制比Mdc，从而输出直流电压。

3.根据权利要求1所述的风电场侧WFMMC控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，耗散电阻装置检测WFMMC直流侧电压大于1.15pu时投入，用于消耗过量功率；所述步骤(5)中，耗散电阻检测到直流电压低于0.9pu时投入，用来吸收剩余的风电能量，从而保护MMC子模块安全和风机安全；在故障清除后，耗散电阻装置切断。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换流站均包含A、B、C三相，每相由上、下两个桥臂组成，每个桥臂均由半桥型子模块和全桥型子模块等比例混合组成；正常工作时，GSMMC用于确定直流电压，WFMMC用于确定并网点交流电压；。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述网侧GSMMC控制的交流外环参考值为换流器所有子模块电容电压平均值，网侧GSMMC内环对交流电流进行控制；网侧GSMMC直流外环采用定直流电压控制，用于稳定整个系统的直流电压。

6.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述耗散电阻装置采用快速晶闸管控制耗散电阻实现投切；设置风电场侧直流电压上下波动阈值在阈值高于上限值或低于下限值时所述耗散电阻装置均投入，防止故障期间的风电功率损坏换流器中的电力电子器件。