[发明专利]一种风电场经VSC-HVDC并网的故障穿越控制方法

说明书

本发明公开了一种风电场经VSC‑HVDC并网的故障穿越控制方法，首先，建立VSC的数学模型，分析电网发生故障时系统的运行特性，包括发生故障时两侧换流器传输有功功率的变化情况以及直流母线电压的变化情况；然后在VSC‑HVDC系统中设计模块化耗能电阻的拓扑结构；最后，在模块化耗能电阻的基础上结合风电机组设计协调控制方法，实现故障穿越。本发明针对传统基于直流耗能电阻的故障穿越方法的不足，设计改进的模块化耗能电路，基于此模块化耗能电路设计结合风电机组的协调控制策略，实现风电场经VSC‑HVDC并网的故障穿越控制。

技术领域

本发明属于智能电网领域，特别是一种风电场经VSC-HVDC并网的故障穿越控制方法。

背景技术

近年来随着风电技术的发展，风电机组的单机容量逐步提升，风电场的规模也日益扩大，风电接入后与传统电网之间的相互影响作用越来越明显。对于风电低渗透率的电力系统，风电机组在电网电压发生跌落时会立即脱网，这种情况下并不会系统造成较严重地影响，但是对于风电渗透率较高的电力系统，大规模风机的自动脱网会对电网造成很大的冲击。严重威胁系统的电压稳定和频率稳定，这种负面效益会阻碍风电产业的大规模发展。因此，在当前参与并网的风电机组容量在电网中所占比重不断提高的背景下，新的电网安全运行规则和风电并网规范都要求并网型风电机组必须具备一定的低电压穿越能力，即在电网电压跌落时，风电机组可持续并网运行一定的时间，并能够向电网提供无功功率的支撑。

低电压穿越是指当风电机组接入电网的电压发生跌落时，风电机组能够保持和电力系统的连接，并可根据电网电压跌落程度向电网提供一定的无功功率支撑，使电网能够顺利恢复至正常的运行状态，由此风电机组完成了在电网低电压时间内的穿越运行。对于并网风机来说，低电压穿越是在电网出现电压跌落时的一种特定运行功能要求。目前，国内外的电力相关部门都制定了详细的风电机组并网规范，并根据各国情况对低电压穿越运行提出了不同要求。

对于传统的风机运行模式，当电网出现故障时则立即实施相关的保护措施使风电机组与电网解列，并不考虑电网故障的严重程度和持续时间，这种处理方式能够最大程度的保证风电机组的安全，在风电渗透率较低的电力系统中是可行的。然而对于风电所占比重较高的电力系统，若在电网电压跌落时仍采用这种风电机组脱网运行的模式，则会加大整个电网的恢复难度，甚至造成电网故障的加剧，最终导致电网电压崩溃，发生机组更大规模的脱网事故。由此可见，随着风电装机容量占电力系统占装机容量的百分比不断增大，风电机组的脱网解列对电网安全稳定运行造成的影响也越来越大。此外，由电网电压跌落造成的风电机组大规模脱网不仅会威胁电网的安全稳定性，也会对机组自身造成极大危害。当电网电压跌落时，风电机组会出现机械功率和电磁功率的不平衡，这种情况造成的过电流和过电压问题会严重影响发电机组相关部件的损坏。电压跌落是电网实际运行中常见的一种电网扰动情况，因此具备故障穿越能力无论对电网还是对风电机组自身的安全稳定运行都是非常重要的。

双馈风力发电机(DFIG)是目前地主流风机类型，双馈风力发电机组凭借其技术成熟，发电成本相对较低地优势广受市场青睐。对于双馈风电场经柔性直流输电系统并网的情况，在受端电网PCC(point of common coupling)处发生电压跌落故障时，造成的主要问题是故障期间系统传输的有功不平衡带来的直流过电压，影响直流系统的安全稳定运行。而目前所使用的方法是投入卸荷电路耗能电阻吸收有功，但是这种方法所需电阻容量很大，而且给系统带来的占地和散热问题很突出，缺乏实用性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风电场经VSC-HVDC并网的故障穿越控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种风电场经VSC-HVDC并网的故障穿越控制方法，包括以下步骤：

步骤一、建立VSC的数学模型，分析电网发生故障时系统的运行特性，包括发生故障时两侧换流器传输有功功率的变化情况以及直流母线电压的变化情况；

步骤二、在VSC-HVDC系统中设计模块化耗能电阻的拓扑结构；