一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法，以严重故障判据为MMC紧急闭锁的判断条件。根据系统的运行和故障特性，设计了针对引起桥臂过流的严重故障判据YP，该严重判据同时由两种不同原理且相互补充的判据YP1和YP2组成。其中，YP1为基于桥臂电流变化率的严重故障判据，YP2为基于桥臂盈余电流的严重故障判据。两种判据任意触发一个，YP启动，MMC快速闭锁。本发明专利技术所提的用于降低海上风电柔直送出系统桥臂电流方案，主要通过对严重故障的提前判断来降低故障电流持续发展时间，在此基础上有效的降低桥臂的电流应力，以此来提升海上风电系统的安全裕度。

A method of reducing current stress of bridge arm for offshore wind power soft direct transmission system

【技术实现步骤摘要】
一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法
本专利技术属于新能源及电力工程
，具体涉及一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法。
技术介绍
随着能源问题的日益加剧，开发利用新型清洁能源已经成为世界上的热点问题。随着科学技术的不断进步，海上风力发电容量在不断扩大，海上风电场的开发对于解决能源危机有着重要的意义。海上风电并网运行成为了大规模利用风能的最有效方式，直流输电适用于大容量、远距离的电能传输。随着传输距离需求越来越远、传输容量需求越来越大，直流输电将在海上风电场的开发利用中起到重要作用。相对于常规的高压直流输电、两电平和三电平的电压源型换流器(VSC-HVDC)，基于模块化多电平换流器(MMC)的海上风电柔性直流接入系统更加适合长距离、大规模海上风电接入系统。随着陆上柔性直流输电工程的不断投运，MMC技术也逐步成熟，但是由于海上换流站具有维护成本高、周期长以及难度大等的特点。海上换流站的设计始终是大容量海上风电柔性直流输电送出系统中的关键技术，目前还存在很多难题。其中，柔性直流输电MMC的安全性与稳定性决定了整个柔直送出系统的可靠性。由于全控型电力电子器件自身特性的限制，柔直MMC电流应力水平相对较高且安全裕度较低始终困扰着柔直系统的安全运行。在海上风电柔直送出系统中，电流应力问题更加严峻。目前，国内并没有用于海上风电柔性直流接入电力系统的海上平台的工程实例，从一次成套设计以及提高器件电流水等角度进行MMC电流应力水平抑制的效果有限，且经济性与工程实用性较差。>
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法，能够有效降低桥臂的电流应力水平且不会对于海上风电柔直送出系统正常运行产生影响。为达到上述目的，本专利技术所述一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法，以严重故障判据YP作为MMC快速闭锁的判断依据，系统发生严重故障后，当严重故障判据YP触发启动后MMC闭锁；所述的严重故障判据YP由两种不同原理的判据A和判据B组成，若任意触发判据A和判据B中的任意一个判据，严重故障判据YP触发启动；所述判据A为基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1，所述判据B为基于桥臂盈余电流的严重故障判据YP2。进一步的，当桥臂电流周期变化量△It2超过桥臂电流变化率保护定值DDI，连续采样周期内计数值超过计数定值ND，且计数器的使能信号为SN1＝1时，基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1触发，输出信号为1，否则基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1触发输出信号为0；计数器的使能信号为SN1以MMC的运行状态作为使能信号，当MMC处于解锁状态时，SN1＝1，计数器启动；当MMC处于闭锁状态时，SN1＝0，计数器不启动。进一步的，基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1的输出信号计算包括以下步骤：步骤1、根据公式(1)计算电流周期变化量△It2：其中，It2为每个采样周期的电流峰值，It1为上个采样周期的电流峰值，T为阀控系统采样周期；步骤2、将电流周期变化量△It2与保护定值DDI进行比较，将比较结果CP1作为计数器的清零信号：当ΔIt2＜DDI时，CP1＝1，计数器始终处于清零状态，计数结果Nt为零，小于ND，因此计数器输出结果YP1为零；ΔIt2≥DDI时，CP1＝0，当计数器使能信号SN1为1时，计数器开始计数，以每个采样周期为计数周期，当计数结果Nt大于ND，计数器输出结果YP1为1；使能信号SN1为0时，计数器不启动计数功能，计数结果为零，计数器输出结果YP1为0。进一步的，当桥臂盈余电流Iny大于等于桥臂盈余电流保护定值Iset4时，基于桥臂盈余电流的严重故障判据YP2触发输出信号为1，否则YP2触发输出信号为0；桥臂盈余电流Iny定义为：Iny＝∑Iup-∑Idown；其中，Iup为每相上桥臂电流，Idown为每相下桥臂电流。进一步的，桥臂电流变化率保护定值DDI为3000A/ms～6000A/ms。进一步的，桥臂电流盈余电流保护定值Iset4为500A～800A。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益的技术效果：1.本专利技术针对引起MMC严重过流的故障进行判据设计，通过对严重故障的快速判断来降低故障电流持续发展时间，在此基础上有效的降低桥臂的电流应力，可以有效的降低桥臂电流应力，以此来提升海上风电系统的安全裕度。2.本专利技术采用桥臂电流变化率和桥臂盈余电流两种判据作为互补，可以完整准确的进行故障辨识；能够有效的降低MMC电流应力，提高设备和系统的安全性，便于MMC的设计。在部分故障如阀侧两项短路接地等故障下，现有保护策略以及电流变化率保护无法满足电气应力安全需求；如直流侧两项短路接地采用现有桥臂保护策略及桥臂盈余电流保护，MMC电流应力无法满足安全需求。3.针对原有的桥臂过流保护进行完善，在实施过程中不用增加任何一次设备以及测量设备，即不增加任何成本，实现过程简单，在实际的换流站运行中有较好的经济性。进一步的，桥臂电流变化率保护定值DDI为3000A/ms～6000A/ms；桥臂电流盈余电流保护定值Iset4为500A～800A；基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1和基于桥臂盈余电流的严重故障判据YP2均为结构性故障判据，这两个判据整定的桥臂电流变化率保护定值DDI和在非严重故障以及故障穿越等运行方式下桥臂电流变化率相差较大，桥臂电流盈余电流保护定值Iset4和在非严重故障以及故障穿越等运行方式下的桥臂盈余电流相差很大，所以在非严重故障以及故障穿越等运行方式下，两种判据均不会触发，保证系统正常运行。附图说明图1所示为海上风电柔直送出系统的典型拓扑；图2所示为故障下海上风电柔直送出系统中桥臂电流发展趋势；图3所示为基于桥臂电流变化率的严重故障判据；图4所示为基于桥臂盈余电流的严重故障判据；图5所示为基于严重故障判据的桥臂电流应力降低方案。具体实施方式为了使本专利技术的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术。该方案是在对海上风柔直送出系统全面深入分析之后设计出来的，采用该方案可以有效降低桥臂的电流应力水平，且不会对正常运行产生影响，工程实际中操作容易、实现过程简单、不会造成一次系统以及海上平台面积的增加，工程实现的技术成本非常低，具有较好经济性。一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法，在MMC阀控系统的桥臂过流基本保护策略中增加一个严重故障判据，当故障发生后，通过严重判据功能得出该故障属于引起MMC过电流严重的故障时，判据使能信号YP为1，其他情况下使能信号YP都为0。当严重判据功能信号YP输出为1时，直接触发MMC闭锁保护；当YP输出为0时，该功能不启动。本方案不会造成一次系统以及海上平台面积的增加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法，其特征在于，以严重故障判据YP作为MMC快速闭锁的判断依据，系统发生严重故障后，当严重故障判据YP触发启动后MMC闭锁；/n所述的严重故障判据YP由两种不同原理的判据A和判据B组成，若触发判据A和判据B中的任意一个判据，严重故障判据YP触发启动；/n所述判据A为基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1，所述判据B为基于桥臂盈余电流的严重故障判据YP2。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法，其特征在于，以严重故障判据YP作为MMC快速闭锁的判断依据，系统发生严重故障后，当严重故障判据YP触发启动后MMC闭锁；
所述的严重故障判据YP由两种不同原理的判据A和判据B组成，若触发判据A和判据B中的任意一个判据，严重故障判据YP触发启动；
所述判据A为基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1，所述判据B为基于桥臂盈余电流的严重故障判据YP2。


2.根据权利要求1所述的一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法，其特征在于，当桥臂电流周期变化量△It2超过桥臂电流变化率保护定值DDI，连续采样周期内计数值超过计数定值ND，且计数器的使能信号为SN1＝1时，基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1触发，输出信号为1，否则基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1触发输出信号为0；
计数器的使能信号为SN1以MMC的运行状态作为使能信号，当MMC处于解锁状态时，SN1＝1，计数器启动；当MMC处于闭锁状态时，SN1＝0，计数器不启动。


3.根据权利要求1所述的一种用于海上风电柔直送出系统的桥臂电流应力降低方法，其特征在于，所述基于桥臂电流变化率的严重故障判据YP1的输出信号计算包括以下步骤：
步骤1、根据公式(1)计算电流周期变化量△It2：



其中，It2为每个采样周期的电流峰值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军，林卫星，
申请(专利权)人：特变电工西安柔性输配电有限公司，特变电工新疆新能源股份有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61