[发明专利]一种海上风电柔性直流送出系统故障穿越方法

说明书

本发明公开了属于新能源发电并网技术领域的一种海上风电柔性直流送出系统故障穿越方法。所述方法考虑柔性直流输电系统与传统输电系统的区别，设计适合海上风电送出的柔性直流输电系统控制策略；分析直流耗能装置的工作原理，并指出工程上直流耗能装置设计功率大，投切时间长的原因；针对工程上直流耗能装置的缺点，提出直流耗能装置与风场侧换流器降压、风电场主动降载的故障穿越控制策略，并与只投入直流耗能装置进行故障穿越的方法进行比较。本发明克服了工程上所用直流耗能装置额定功率大，投切时间长的问题。

技术领域

本发明属于新能源发电并网技术领域，特别涉及一种海上风电柔性直流送出系统故障穿越方法。

背景技术

我国海上风电近年来发展迅速并逐步向深远海迈进，2019年底累计并网装机容量达593万kW，其中江苏并网容量达423万kW，居全国首位。柔性直流输电技术因具有有功功率和无功功率可独立调节，无需无功补偿等优势，被认为是深远海大规模海上风电并网的首选方式。当陆上电网发生故障时，因交流电压的跌落和换流器的电流限幅会使并网逆变器输出的有功功率快速下降，MMC-HVDC系统两端会出现不平衡功率导致直流电压快速上升，如不能快速限制不平衡功率，将会导致换流器闭锁。故有必要研究可靠的海上风电柔直并网交流侧故障穿越方法。

然而当交流侧发生故障时，网侧换流器输出功率能力降低，风电场输入功率不变，多余功率累积在直流输电线路上，导致直流电压上升。目前，交流侧故障穿越方法主要分为两类：改变故障时的控制策略来降低风电场输出功率和利用直流耗能装置来吸收不平衡功率。改变控制策略主要通过升频法或降压法实现输入功率的降低，但采用升频法，风电机组检测到频率的变化需要一定时间，故障穿越效果不佳；采用降压法，当发生严重故障时，交流电压接近为0，风电机组运行会受到影响，故在工程上没有得到广泛应用。工程上主要应用直流耗能装置来实现故障穿越，但耗能装置容量大，投入时间长，导致造价较高。因此为减小工程造价，有必要研究适合工程应用的海上风电柔直送出系统新型故障穿越方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种海上风电柔性直流送出系统故障穿越方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1、考虑柔性直流输电系统与传统输电系统的区别，设计适合海上风电送出的柔性直流输电系统控制策略；

步骤2、分析直流耗能装置的工作原理，并指出工程上直流耗能装置设计功率大，投切时间长的原因；

步骤3、提出直流耗能装置与风场侧换流器降压、风电场主动降载的故障穿越控制策略，并与只投入直流耗能装置进行故障穿越的方法进行比较。

所述步骤1中的适合海上风电送出的柔性直流输电系统控制策略，风场侧MMC可看做电压源，为风电场交流母线电压提供稳定的频率和幅值，吸收风电场传递的功率，从而保证风场的稳定运行；实际运行控制方式为直接电压控制，控制策略为：

式中：u_dref,u_qref分别为d、q轴参考电压，θ_passive为参考相位，电网电压定向于d轴，θ₀为初始相位，f₀为交流电压频率，U_WF为风电场交流母线电压，U_acref为其参考值，控制环中取标幺值为1，U_dc为柔直系统直流电压。

为保证MMC-HVDC的直流电压稳定和输出无功功率为0，当d轴与交流系统电压相量重合时，电网侧MMC电流内环表达式为：