[发明专利]海上风电柔直系统耗能装置经济性提升评估方法

权利要求书

1.海上风电柔直系统耗能装置经济性提升评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：输入海上风电柔直系统的特征参数，并进行数据预处理；

步骤二：计算海上风电柔直系统的能量裕度；

在步骤二中，海上风电柔直系统的能量裕度包括换流阀能量裕度、直流耗能阀能量裕度和直流海缆能量裕度；

换流阀能量裕度计算包括如下子步骤：设置p＝1，

子步骤一：选择换流阀子模块电容电压的耐压倍数K_Cmaxp，则该耐压倍数下换流阀的能量裕度ΔW_maxKp的计算方法为：

上式(4)中：表示考虑冗余时换流阀6个桥臂子模块的总数，表示换流阀子模块电容耐压倍数取K_Cmaxp时子模块存储的能量；

子步骤二：设置p＝p+1，当p不等于N_C时，跳转到子步骤一；反之，则结束计算流程；

经过上述计算，得到换流阀子模块电容的全部N_C个耐压倍数下换流阀的能量裕度序列

直流耗能阀能量裕度的计算包括如下子步骤：设置q＝1，

子步骤一：选择直流耗能阀子模块电容电压的耐压倍数K_Rmaxq，则该耐压倍数下直流耗能阀的能量裕度ΔW_RmaxKq的计算方法为：

上式(5)中：表示考虑冗余时直流耗能阀桥臂子模块的总数，表示直流耗能阀子模块电容耐压倍数取K_Rmaxq时子模块存储的能量；

子步骤二：设置q＝q+1，当q不等于N_R时，跳转到子步骤一，反之，则结束计算流程；

经过上述计算，得到直流耗能阀子模块电容的全部N_R个耐压倍数下直流耗能阀的能量裕度序列

直流海缆能量裕度ΔW_camx的计算方法为，根据允许的最大直流电压值u_dcmax，计算直流海缆的能量裕度：

步骤三：校核海上风电柔直系统的能量裕度可行性；

在步骤三中，校核海上风电柔直系统的能量裕度可行性包括如下子步骤：

子步骤一：直流海缆的直流电压取最大值u_dcmax，设置p＝1；

子步骤二：从换流阀的子模块电容耐压倍数的序列中选择一个子模块过电容电压的过电压倍数K_Cmaxp；

子步骤三：根据换流阀稳态数学模型的代数方程组，利用牛顿-拉夫逊法求解换流阀的调制比和桥臂电流的数值；

子步骤四：校核换流阀的调制比和桥臂电流是否满足换流阀对调制比和桥臂电流的约束条件；

子步骤五：如果调制比和桥臂电流均满足约束条件，则认定该子模块电容过电压倍数K_Cmaxp可行，用K_Cmaxp计算出来的相应的换流阀能量裕度可行；反之，则认为该子模块电容过电压倍数K_Cmaxp不可行，从换流阀子模块电容耐压倍数序列中删除该耐压倍数K_Cmaxp，从换流阀能量裕度序列中删除对应的能量裕度ΔW_maxKp；

子步骤六：设置p＝p+1，当p不等于N_C时，跳转到子步骤二；反之，则结束计算流程；

经过上述计算流程后，得到可行的换流阀子模块电容耐压倍数序列K_Cmaxp，p＝1，……N_COK，N_COK为可行的换流阀子模块电容的耐压倍数序列中耐压倍数的总个数、为正整数、且大于或等于1，对应的耐压倍数下的最大允许运行时间序列T_Cmaxp，其中p＝1，……N_COK，以及耐压倍数下的换流阀能量裕度序列

步骤四：计算并行投入策略下耗能装置经济性提升指标；

在步骤四中，并行投入策略表示利用海上风电柔直系统的能量裕度和直流耗能阀的耗能电阻同时吸收盈余功率，计算并行投入策略下耗能装置经济性提升指标包括如下子步骤，首先设置编号i＝1：

子步骤一：从受端交流电网的交流故障集中选择第i个交流故障，且该次交流故障持续时间为t_i；

子步骤二：估算该次故障中不采取耗能措施情况下所累积的盈余能量W_Fimax，计算方法为：

其中，根据受端交流电网的交流故障类型设置故障系数K_F的值，对于单相接地短路故障，K_F＝1；对于两相短路故障，K_F＝2；对于三相短路故障，K_F＝3；

子步骤三：从可行的换流阀子模块电容耐压倍数序列中选择合适的耐压倍数K_Cmax，满足其对应的最大允许运行时间T_Cmax不超过t_i，且在可选的最大允许运行时间序列中最接近t_i；从直流耗能阀子模块电容耐压倍数序列中选择合适的耐压倍数K_Rmax，满足其对应的最大允许运行时间T_Rmax不超过t_i，且在可选的最大允许运行时间序列中最接近t_i；计算相应的耐压倍数K_Cmax下换流阀的能量裕度ΔW_maxK和相应的耐压倍数K_Rmax下直流耗能阀的能量裕度ΔW_RmaxK；

子步骤四：计算直流耗能阀被分担的最大盈余功率P_Cmax，计算方法为：

满足P_Cmaxmax(T_Cmax,T_Rmax)≤W_Fimax (8)

其中，max(T_Cmax,T_Rmax)表示取T_Cmax和T_Rmax中的较大值；

子步骤五：设置直流耗能阀被分担的盈余功率对应的经济性提升指标k_P，以及直流耗能阀被分担盈余功率的持续时间对应的经济性提升指标k_t，进而计算本次故障中耗能装置经济性提升指标E_i，计算方法为：

E_i＝k_PP_Cmax+k_tmax(T_Cmax,T_Rmax) (9)

子步骤六：设置i＝i+1，确认i是否达到最大值N_F；若i未达到最大值N_F，重复子步骤一至子步骤五，从受端交流电网的交流故障集中选择下一次交流故障、计算该次交流故障中直流耗能阀在并行投入策略下的经济性提升指标；

若i达到最大值N_F，则进入子步骤七；

子步骤七：计算耗能装置在并行投入策略下经受端交流电网的交流故障集扫描计算后的累计经济性提升指标E_并行，计算公式如下：

步骤五：计算串行投入策略下耗能装置经济性提升指标；

在步骤五中，串行投入策略表示先利用海上风电柔直系统的能量裕度吸收盈余功率，待能量裕度耗尽以后再利用直流耗能阀的耗能电阻吸收盈余功率，首先设置串行投入策略下耗能装置节省的投运次数为N，节省的投运时间为t，并设置初始值N＝0，t＝0，编号j＝1，计算串行投入策略下耗能装置经济性提升指标包括如下子步骤：

子步骤一：从受端交流电网的交流故障集中选择第j个交流故障，且该次交流故障持续时间为t_j；

子步骤二：估算该次故障中不采取耗能措施情况下所累积的盈余能量W_Fjmax，计算方法为：

其中，根据受端交流电网的交流故障类型设置故障系数K_F的值，对于单相接地短路故障，K_F＝1；对于两相短路或者两相接地短路故障，K_F＝2；对于三相短路故障，K_F＝3；

子步骤三：从可行的换流阀子模块电容耐压倍数序列中选择换流阀子模块电容的最大耐压倍数及相应的最大允许运行时间T_Cmax，计算相应耐压倍数下换流阀的能量裕度；从直流耗能阀子模块电容耐压倍数序列中选择直流耗能阀子模块电容的最大耐压倍数，计算相应耐压倍数下直流耗能阀能量裕度；将换流阀的能量裕度、直流耗能阀的能量裕度与直流海缆的能量裕度相加，得到海上风电柔直系统的最大能量裕度；

子步骤四：判断海上风电柔直系统的最大能量裕度与W_Fjmax的相对大小关系；当海上风电柔直系统的最大能量裕度大于或者等于W_Fjmax时，本次交流故障不需要投入耗能装置，更新耗能装置节省的投运次数和投运时间的数据，计算方法为：

当海上风电柔直系统的最大能量裕度小于W_Fjmax时，本次交流故障需要投入耗能装置，更新耗能装置节省的投运次数和投运时间的数据，计算方法为：

子步骤五：设置j＝j+1，确认j是否达到最大值N_F；若j未达到最大值N_F，重复子步骤一至子步骤四，从受端交流电网的交流故障事故集中选择下一次交流故障、计算该次交流故障中直流耗能阀在串行投入策略下所节省的投运次数和节省的投运时间；

若j达到最大值N_F，则进入下一子步骤；

子步骤六：设置耗能装置被节省的投运次数对应的经济性提升指标k_N，耗能装置被节省的投运时间对应的经济性提升指标k_T，计算耗能装置在串行投入策略下经受端交流电网的交流故障集扫描计算后的累计经济性提升指标E_串行，计算方法为：

E_串行＝k_NN+k_Tt (14)。