[发明专利]一种直流耗能装置的控制方法

说明书

本发明公开了一种直流耗能装置的控制方法，包括：当受端交流系统发生故障，从而导致直流系统电压标幺值U_pu升高至大于投入阈值U_Eab时，记录此时直流系统的盈余功率标幺值P_pu0，并解锁直流耗能装置；在直流耗能装置解锁期间，根据P_pu0确定基准信号D_p，然后基于D_p确定用于控制电力电子开关的占空比信号D；以占空比信号D为调制波，调制生成控制电力电子开关的开关信号，对直流耗能装置进行控制；当受端交流系统故障消失后，U_pu在恢复过程中下降到小于退出阈值U_DEab时，闭锁直流耗能装置。本发明仅采集直流电压作为唯一的输入信号，即可控制直流耗能装置自动投入和退出，将直流系统电压稳定在指定参考值的功能。

技术领域

本发明属于电力电子领域，特别涉及一种直流耗能装置的控制方法。

背景技术

柔性高压直流输电系统用于海上风电大规模集中送出时，具有送出容量大、传输距离远、没有无功损耗、系统控制灵活、适合海底电缆传输等诸多优势。在海上风电大规模集中送出系统中，如图1所示，风电直流送出系统包括依次连接的送端换流站、直流系统、受端换流站，受端换流站连接至陆上的交流电网，送端换流站连接至风力发电系统(即风电系统)中的无源交流系统。在风电直流送出系统中，受端换流站依照定直流电压运行，维持直流电压的稳定；送端换流站由于接入无源交流电网，只能运行在定交流电压模式，以维持风电场交流电压的幅值和频率稳定；风电直流送出系统中的直流系统的送出功率由风电场的发电功率决定。当受端换流站所连接的交流电网发生故障导致其交流电压偏低，受端换流站功率送出能力随之下降；而送端换流站的送入功率受风机惯性影响，无法迅速调节；此时能量在直流系统中积累，将会引起直流系统电压升高。过高的直流电压会导致直流系统无法正常运行，并且危害换流站、直流系统中直流输电线路上各设备的安全，因此必须配置一定的直流耗能装置，消耗直流系统中的盈余功率，以维持直流电压稳定。直流耗能装置可以帮助风电直流送出系统平稳穿越受端交流电网的故障；若故障为永久故障，也可为风电机组的有序退出争取足够的时间。

所述直流耗能装置原理示意图如附图2所示。直流耗能装置由耗能电阻和全控型电力电子开关组成，用于防止与受端换流站连接的交流电网故障所导致的直流系统的直流电压抬升，为海上风电直流送出系统的故障穿越提供保障。图2中，R为耗能电阻，R＝(U_N)²/P_N，其中，P_N为直流系统的额定功率，U_N为直流系统的额定电压；C为滤波电容，用于缓冲所述耗能电阻R快速投切带来的电压振荡，C的取值与直流系统特性和直流耗能装置的开关频率有关；T为电力电子开关，可由数百只全控型开关器件串联构成。

在目前的直流耗能装置技术方案中，关于直流耗能装置的控制方法，一般有两种方式：(1)根据直流系统的输入功率和输出功率计算盈余功率，以此为基础确定直流耗能装置中用于控制电力电子开关T的占空比信号，从而维持直流系统功率平衡，稳定直流系统的电压；(2)根据直流系统电压偏离其参考值的程度调节直流耗能装置中用于控制电力电子开关T的占空比信号，从而稳定直流系统的电压。这些方法在应用中表现出以下问题：(1)计算直流系统盈余功率需要采集直流系统电压、直流系统电流、受端交流电压、受端交流电流，甚至送端交流系统的信息，因而依赖的输入信号过多，采集和通讯过程复杂；(2)基于盈余功率的控制本身为开环控制，所述开环控制无法确定直流系统电压最终的稳态值，而考虑到直流系统中各设备的功率损耗不易计量，开环控制甚至无法长时间维持直流系统电压稳态；(3)基于直流系统电压的控制可以将直流系统电压稳定在指定参考值，但对于不同的盈余功率水平，控制电力电子开关T的占空比信号的最终稳态值差距悬殊，从而造成控制器参数不易调校，且不同工况下电压调整速度及超调水平差距较大。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种直流耗能装置的控制方法。