[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

说明书

本发明提供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，其特征是包括以下步骤：1)建立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。2)设计VSC‑MTDC系统的控制策略，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。3)基于海上风电多端柔直系统的换流站的基本结构与控制策略，提出了直流侧采用直流Chopper电路与网侧换流站控制策略相结合的故障穿越综合控制策略，该策略能保障系统在交流侧发生故障时稳定运行。

技术领域

本发明涉及海上风电场电气汇集系统设计领域，尤其是涉及大型海上风电场多端柔直系统控制方案及故障穿越控制技术设计方案。

背景技术

近年来，可再生能源快速发展，已成为世界能源转型的核心。风能资源丰富、技术成熟，是目前最具规模化开发、商业化发展潜力前景的可再生能源。相比于陆上风电，海上风电具有资源条件稳定、靠近电力负荷中心等优势，近年来成为世界各国风电发展的重要方向。根据相关研究，全球海上风电装机容量到2030年将达到153GW，主要集中在中国和欧洲。根据世界气候变化委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)的报告，到2050年，世界上80％的能源供应来自于可再生能源，其中风力发电将扮演着一个极其重要的角色。

大容量大规模海上风电经VSC-MTDC联网具有一定的技术优势，该系统主要由海上风电场、海上换流站、海上直流输电线路、岸上换流站以及交流电网组成。柔性直流输电系统能够实现有功无功独立控制，有良好的故障隔离功能。但当交流系统不可避免的发生严重三相故障时，诱发直流侧电压升高，如果系统不具故障穿越能力将导致还是风电系统脱网，而此时停机后重启将造成大量的经济损失，同时而大规模风电机组脱网将严重影响地区的功率分布以及频率稳定，因此如何改善交流电网故障时整个风电送出系统的特性具有重要应用价值。

发明内容

本申请人针对现有技术，进行研究与改进，提供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。

为了解决上述问题，本发明采用如下方案：

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，包括下述步骤：

1)相较与传统的两端直流输电系统，多端高压直流输电系统运行更加的灵活，可靠性更高，建立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。

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。

所述步骤1)中，建立VSC-MTDC系统的数学模型，内容如下。

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: