[发明专利]一种提高海上风电多端柔直系统故障穿越能力的协调控制技术设计方案

权利要求书

1.一种提高海上风电多端柔直系统故障穿越能力的协调控制技术设计方案，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立VSC-MTDC系统的数学模型。建立多端网络系统由两个海上风电场和2个岸上交流电网系统的四个VSC组成，其直流侧通过直流网络并联连接。

2)设计VSC-MTDC系统的控制策略，应包括大型风电场侧换流站的控制策略和岸上交流电网侧的控制策略，其中各个换流站之间的控制方法存在不同。换流站的控制器主要用于实现对功率、电压等相关量的控制功能，然而多端系统的运行可靠性和整体性能主要取决于直流电压的稳定和控制。

3)提高故障穿越能力的方案设计。2)中设计的控制策略可以实现风电系统无故障和轻微故障时的稳定运行，但当系统出现严重故障时，一般的控制策略无法实现故障穿越，造成系统过电压。为解决这一问题，需要设计出海上风电VSC-MTDC系统协调控制策略。

2.根据权利要求1所述，设计一种能提高海上风电多端柔直系统故障穿越能力的协调控制策略方案。具体步骤如下：

1)VSC-MTDC系统的数学模型

该多端网络系统应由两个海上风电场和2个岸上交流电网系统的四个VSC组成，其直流侧通过直流网络并联连接。VSC-HVDC模型是组成本文多端直流输电系统的基本结构。当三相电压平衡时,VSC在同步旋转坐标系下的数学模型可以表示为:

式(1)中，u_sd、u_sq为电网电压的dq轴分量；u_cd、u_cq为VSC交流侧电压基波的dq轴分量；i_sd、i_sq为电网电流的dq轴分量；S_d、S_q为同步坐标系下的开关函数。经坐标变换后,三相交流量变换成直流量,便于电流的解耦控、有功与无功独立调节。本文采用如下dq坐标定义:

式中θ为电网电压矢量的相位角。

式(1)经过abc/dq0坐标变换可写为：

2)VSC-MTDC系统的控制策略

式(3)表明，d、q轴电流除了受控制量u_cd、u_cq的影响，还受电流交叉耦合项Li_q、Li_d以及电网电压u_sd、u_sq的影响。可推导出如图2所示的针对VSC交流侧有功功率P和无功功率Q的解耦控制器

式中：v_d、v_q分别是d轴和q轴上的电流环PI控制器的输出；i_dref、i_qref分别是依据式(3)将有功功率和无功功率控制的输出指令值直接转换成的内环电流参考指令值；Li_d和Li_q作为d、q轴电压耦合补偿项，使非线性方程实现解耦。这样的解耦控制方案可以实现对有功功率、无功功率独立调节且静态无差，能够保证系统具有较好的动态性能。

为实现有功功率的传输调度，在VSC-HVDC系统中必须选择一端口的VSC用于控制其直流侧电压，充当整个直流网络的有功功率平衡换流器。定直流电压和定无功功率控制侧的整体控制框图如图3所示。该控制方案与升压型PWM整流电路的控制方案相一致。直流电压检测值与直流电压基准值进行比较，其偏差经过PI调节后作为内环d轴电流参考指令值i_dref；无功功率参考指令转换为q轴电流参考指令值i_qref；换流站交流侧的三相电流，经坐标变换后与已得到的d、q轴电流参考值进行比较，其偏差进行PI调节后送入PWM发生器以驱动触发功率开关管，从而实现直流电压和无功功率的稳定控制。该解耦控制方案可以实现直流电压和无功功率独立调节且静态无差，使系统具备较好的动态特性。