海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法和系统，当直流母线出现短路故障时，首先检测直流母线两端的电流差，并比较直流母线两端的电流差与一个设定电流值的大小：当直流母线两端的电流差小于设定电流值时，根据直流母线两端的电流差来相应调节两个换流站的直流电压给定值；当直流母线两端的电流差大于或者等于设定电流值时，控制两个换流站的直流电压给定值为零。通过不同的故障程度来对两个换流站的直流电压进行相应地控制，所以，该故障穿越方法适合于海上风电场通过柔性直流接入电网的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法和系统，属于海上风电场柔性直流输电系统领域。
技术介绍
柔性直流输电系统具有输电距离远、不需要额外配备滤波装置等优势，成为了离岸距离较远海上风电场并网时的首选方案。然而传统柔性直流输电系统由于半桥式子模块的存在，没有办法有效的抑制故障电流，严重影响了系统安全性能。为了从根本上提升柔性直流输电系统的直流故障穿越能力，德国学者Rainer Marquardt在2010年提出采用全桥或箝位双子模块替代半桥子模块组成柔性直流换流阀的方案，能够在直流故障发生后通过闭锁的方式抑制短路电流上升。如图1所示，海上风电场柔性直流输电系统包括用于风力发电的海上风电场，以及海上换流站和陆上换流站，海上风电场的电能输出端输出连接海上换流站，用于将发出的交流电生成直流电，海上换流站通过直流母线连接陆上换流站。并且，海上换流站和陆上换流站均为MMC换流站。在海上风电场通过柔性直流输电系统并网的场合，海上柔直换流站承担着为海上风电场提供交流电压及频率支撑的功能，一旦闭锁将造成严重的停电事故。另一方面，柔性直流输电系统作为海上风电场与电网间功率运输的桥梁，在轻微直流故障发生时应能维持部分功率传输，并同时对海上风电场进行协同控制，保证整个系统的功率平衡。因此，目前常规的直流短路故障穿越方法无法适用于海上风电场。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法，用以解决现有的直流短路故障穿越方法无法适用于海上风电场的问题。本专利技术同时提供一种海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越系统。为实现上述目的，本专利技术的方案包括一种海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法，包括以下步骤：(1)当直流母线出现短路故障时，检测直流母线两端的电流差；(2)比较所述直流母线两端的电流差与一个设定电流值的大小；(3)当直流母线两端的电流差小于所述设定电流值时，根据直流母线两端的电流差来相应调节这两个MMC换流站的直流电压给定值，其中，直流母线两端的电流差与直流电压给定值成反比；当直流母线两端的电流差大于或者等于所述设定电流值时，控制这两个MMC换流站的直流电压给定值为零。当直流母线两端的电流差小于所述设定电流值时，所述直流母线两端的电流差与MMC换流站的直流电压给定值之间的关系为：Udc_ref＝Uref-kIe，其中，Uref为MMC换流站在正常运行下的直流电压给定值，Udc_ref为出现直流短路故障时需要调节的MMC换流站直流电压给定值，k为设定的比例系数，Ie为直流母线两端的电流差。当控制这两个MMC换流站的直流电压给定值为零之后，控制降低海上风电场的输出功率为0，并且下降速率大于一个设定速率值。所述设定速率值为Pe2/(NC(Uc2-Uc02))，其中，Pe为额定有功功率，N为海上换流站中的子模块总数，C为海上换流站子模块电容值，Uc为海上换流站子模块电压保护值，Uc0为海上换流站子模块电压额定值。海上换流站为定交流电压控制，并且，陆上换流站在直流输电系统正常运行时，采用定直流电压控制，当出现直流短路故障时，陆上换流站切换为定子模块电压均值控制。一种海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越系统，包括：检测模块，用于当直流母线出现短路故障时，检测直流母线两端的电流差；比较模块，用于比较所述直流母线两端的电流差与一个设定电流值的大小；故障穿越模块，用于当直流母线两端的电流差小于所述设定电流值时，根据直流母线两端的电流差来相应调节这两个MMC换流站的直流电压给定值，其中，直流母线两端的电流差与直流电压给定值成反比；当直流母线两端的电流差大于或者等于所述设定电流值时，控制这两个MMC换流站的直流电压给定值为零。当直流母线两端的电流差小于所述设定电流值时，所述直流母线两端的电流差与MMC换流站的直流电压给定值之间的关系为：Udc_ref＝Uref-kIe，其中，Uref为MMC换流站在正常运行下的直流电压给定值，Udc_ref为出现直流短路故障时需要调节的MMC换流站直流电压给定值，k为设定的比例系数，Ie为直流母线两端的电流差。当控制这两个MMC换流站的直流电压给定值为零之后，控制降低海上风电场的输出功率为0，并且下降速率大于一个设定速率值。所述设定速率值为Pe2/(NC(Uc2-Uc02))，其中，Pe为额定有功功率，N为海上换流站中的子模块总数，C为海上换流站子模块电容值，Uc为海上换流站子模块电压保护值，Uc0为海上换流站子模块电压额定值。海上换流站为定交流电压控制，并且，陆上换流站在直流输电系统正常运行时，采用定直流电压控制，当出现直流短路故障时，陆上换流站切换为定子模块电压均值控制。本专利技术提供的直流短路故障穿越方法适用于海上风电场，海上换流站以及陆上换流站中均这设置有全桥子模块，利用全桥子模块输出负电压的能力维持输出的交流电压不变，可在直流故障期间维持并网状态，为海上风电场提供不间断的交流电压、频率支撑。并且，当发生直流短路故障时，根据直流故障的严重程度来相应调节海上换流站和陆上换流站的直流电压给定值，这种方式能够灵活调节直流电压，将直流电压与直流故障程度相关联，通过降低直流电压来减小溃入直流故障点的能量，抑制故障电流，而且并没有直接闭锁换流站，所以此时的控制策略以维持部分功率输送能力为主，通过维持部分功率输送能力以实现避免严重的停电事故，所以，该故障穿越方法适合于海上风电场通过柔性直流接入电网的场合。而且，当直流故障程度较为严重时，说明由海上风电场传过来的有功已经全部在故障点耗散，陆上换流站不仅接收不到有功功率，还需要向故障点溃入有功功率，所以此时的控制策略以抑制直流故障电流为主，需要将直流电压降为0。综上，本专利技术提供的直流故障穿越方法适用于海上风电场，将海上风电场的最大输送能力与海上换流站和陆上换流站的直流电压挂钩，在故障不严重时，维持部分功率传输，做到轻微故障期间始终并网运行，当故障较为严重时，抑制直流故障电流，将直流电压降为零。这种方式保证了海上风电场柔性直流输电系统的安全运行，不但能够保证在轻微故障时维持部分功率传输，而且还能够保证在严重故障时有效抑制直流故障电流。附图说明图1是海上风电场柔性直流输电系统的整体结构示意图；图2是全桥子模块MMC换流站的结构原理图；图3是直流故障抑制控制器的控制原理示意图；图4是海上换流站和陆上换流站控制原理示意图；图5是交流电压控制原理图；图6是直流电压控制与子模块电压控制原理图；图7是无功功率控制原理图；图8是内环电流控制原理图；图9是海上风电场送出功率限幅原理图；图10-a是轻微故障下采用本专利技术提供的穿越方法时的陆上换流站的各个参数的仿真图；图10-b是轻微故障下未采用本专利技术提供的穿越方法时的陆上换流站的各个参数的仿真图；图11-a是严重故障下采用本专利技术提供的穿越方法时的陆上换流站的各个参数的仿真图；图11-b是严重故障下未采用本专利技术提供的穿越方法时的陆上换流站的各个参数的仿真图；图12-a是严重故障下采用本专利技术提供的穿越方法时的海上换流站的各个参数的仿真图；图12-b是严重故障下未采用本专利技术提供的穿越方法时的海上换流站的各个参数的仿真图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。故障穿越方法实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)当直流母线出现短路故障时，检测直流母线两端的电流差；(2)比较所述直流母线两端的电流差与一个设定电流值的大小；(3)当直流母线两端的电流差小于所述设定电流值时，根据直流母线两端的电流差来相应调节这两个MMC换流站的直流电压给定值，其中，直流母线两端的电流差与直流电压给定值成反比；当直流母线两端的电流差大于或者等于所述设定电流值时，控制这两个MMC换流站的直流电压给定值为零。

【技术特征摘要】
1.一种海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)当直流母线出现短路故障时，检测直流母线两端的电流差；(2)比较所述直流母线两端的电流差与一个设定电流值的大小；(3)当直流母线两端的电流差小于所述设定电流值时，根据直流母线两端的电流差来相应调节这两个MMC换流站的直流电压给定值，其中，直流母线两端的电流差与直流电压给定值成反比；当直流母线两端的电流差大于或者等于所述设定电流值时，控制这两个MMC换流站的直流电压给定值为零。2.根据权利要求1所述的海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法，其特征在于，当直流母线两端的电流差小于所述设定电流值时，所述直流母线两端的电流差与MMC换流站的直流电压给定值之间的关系为：Udc_ref＝Uref-kIe，其中，Uref为MMC换流站在正常运行下的直流电压给定值，Udc_ref为出现直流短路故障时需要调节的MMC换流站直流电压给定值，k为设定的比例系数，Ie为直流母线两端的电流差。3.根据权利要求1所述的海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法，其特征在于，当控制这两个MMC换流站的直流电压给定值为零之后，控制降低海上风电场的输出功率为0，并且下降速率大于一个设定速率值。4.根据权利要求3所述的海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法，其特征在于，所述设定速率值为Pe2/(NC(Uc2-Uc02))，其中，Pe为额定有功功率，N为海上换流站中的子模块总数，C为海上换流站子模块电容值，Uc为海上换流站子模块电压保护值，Uc0为海上换流站子模块电压额定值。5.根据权利要求1所述的海上风电场直流输电系统直流短路故障穿越方法，其特征在于，海上换流站为定交流电压控制，并且，陆上换流站在直流输电系统正常运行时，采用定直流电压控制，当出现直流短路故障时，陆上换流站切换为定子模块电压均值控制。6.一种海...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道洋，吴金龙，王先为，张军，行登江，杨美娟，张浩，姚为正，
申请(专利权)人：西安许继电力电子技术有限公司，许继电气股份有限公司，许继集团有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61