[发明专利]一种海上风电经柔性直流送出的交流故障穿越方法及系统

说明书

本申请提供了一种海上风电经柔性直流送出的交流故障穿越方法及系统，包括：陆上受端换流站判断陆上交流系统发生故障的严重程度；若为轻微故障，仅通过耗能电阻消耗直流侧过剩功率；若为严重故障，所述陆上受端换流站向海上送端换流站发送陆上交流电压幅值和控制指令，海上受端换流站相应地降低海上交流系统电压以利用海上风力发电机的故障穿越能力，或提高交流系统频率以利用海上风力发电机的调频能力，降低海上风电场注入直流系统的功率；当直流电压上升到耗能电阻的动作阈值时，投入耗能电阻消耗直流侧过剩功率，降低直流电压。实现了海上风电经柔性直流送出的交流故障穿越，降低了系统对耗能电阻的性能要求和投资成本，提高了经济性。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，尤其涉及一种海上风电经柔性直流送出的交流故障穿越方法及系统。

背景技术

近年来，柔性直流输电技术(voltage source converter based high-voltagedirect current，VSC-HVDC)获得了快速发展。同时因为柔性直流能够对风电场输出功率进行快速灵活的控制，并且可以独立控制风电场并网点的母线电压和频率，以及实现有功功率和无功功率的解耦控制，随着海上风电装机容量的增加，运用柔性直流方式接入风电场功率，并输送至陆上电网，将具有良好的应用前景。

然而，海上风电经柔性直流送出存在故障穿越的问题，若陆上交流系统故障导致并网点交流电压跌落，陆上受端换流站输出功率下降，而海上送端换流站仍向直流系统输入故障前的功率，过剩功率会引起直流侧电压快速上升，危害直流设备安全和绝缘安全，可能造成直流线路跳开、风机脱网等后果。

当前国内外实际工程中，通过在陆上换流站直流侧安装耗能电阻的方式，消耗累积在直流侧的过剩功率，维持故障期间的功率平衡，该方法控制简单、快速、有效且具有较高的可靠性。但是该方法要求耗能电阻在短时间内消耗大量功率，因此对耗能电阻的电阻取值、散热装置有很高的要求，造成了较高的投资成本和较大的占地需求，经济性较低。

另外，国内外学者也提出了陆上电网故障期间利用海上侧换流站控制系统，降低海上交流系统的电压或者提升海上交流系统的频率，利用海上风力发电机自身具备的故障穿越能力和频率调节能力，使风电机组输出的功率减少，减少注入直流系统的功率。但这两种方法不能较大幅度地改变交流系统电压和频率，否则可能使得风电转子转速过高，造成风机脱网。因此，这两种方法仅能在一定范围内降低海上侧注入直流系统的功率，在三相接地等严重故障造成陆上换流站输出功率大幅下降时，直流侧仍然会因积累过剩功率而造成直流过电压。

发明内容

基于此，本发明提供一种海上风电经柔性直流送出的交流故障穿越方法及系统，在陆上电网发生故障后，根据故障严重程度选择相应的控制策略，实现了故障穿越功能，减少了严重故障时耗能电阻需要消耗的过剩功率，降低了对耗能电阻的性能要求和投资成本，提高了经济性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本申请公开了一种海上风电经柔性直流送出的交流故障穿越方法，包括：

当陆上交流系统发生故障时，陆上受端换流站判断陆上交流系统中交流故障的严重程度；

若判断所述交流故障为轻微故障，陆上受端换流站不向海上送端换流站发送控制指令，当直流电压上升到耗能电阻的动作阈值时投入耗能电阻，仅通过直流耗能电阻消耗直流侧过剩功率；

若判断所述交流故障为严重故障，则所述陆上受端换流站向所述海上送端换流站发送陆上交流电压幅值以及故障穿越控制策略的指令，所述海上送端换流站收到所述陆上交流电压幅值和指令后，投入降压法或升频法故障穿越控制策略，根据所述陆上交流电压幅值相应地降低海上交流系统电压以利用海上风力发电机的故障穿越能力，或提高交流系统频率以利用海上风力发电机的调频能力，降低海上风电场注入直流系统的功率；当直流电压上升到耗能电阻的动作阈值时投入耗能电阻，消耗直流侧过剩功率，降低直流电压。