海上风电柔直系统主动能量控制与交流耗能装置协调方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了海上风电柔直系统主动能量回收与交流耗能装置协调方法，属于电力系统输配电领域。本发明专利技术在交流电网发生故障后，首先抬升直流电压，并在岸上换流站电容能量达到预警值后，控制海上换流站电容能量抬升至预设最大值。若故障清除在交流断路器开断之前，则依次控制直流电压、岸上和海上换流站的电容能量下降至额定值；否则，投入交流耗能装置，将岸上换流站切换为能量

【技术实现步骤摘要】
海上风电柔直系统主动能量控制与交流耗能装置协调方法


[0001]本专利技术属于电力系统输配电领域，更具体地，涉及海上风电柔直系统主动能量控制与交流耗能装置协调方法。

技术介绍

[0002]柔性直流输电技术(MMC
‑
HVDC)已成为大规模远距离海上风电主要并网方案之一。海上风电柔直并网系统主要包括：海上风电场、海上换流站、岸上换流站和岸上交流主网。在岸上交流电网发生交流故障后，岸上换流站输送到岸上交流主网的功率减小。但由于海上风电场持续向柔直系统输入满额功率，这会引起直流系统出现大量盈余功率，造成直流系统出现严重过电压，危及系统安全运行。
[0003]为解决柔直系统存在的盈余功率问题，工程中的常见方案为在岸上换流站的直流侧装设直流耗能装置。故障发生后，直流电压上升，触发直流耗能装置将风电场输送的功率以热量形式进行耗散。由于直流电压上升速度较快，故障发生后直流耗能装置会迅速投入进行能量耗散，这一定程度上造成了能量的浪费。且由于可控型开关器件众多，直流耗能装置成本造价高昂。尤其对于目前广泛采用的电磁兼容性能好、耗散功率实时可控的级联式直流耗能装置，其控制逻辑复杂，涉及子模块的排序与均压算法。而相比于直流耗能装置，交流耗能装置拓扑更简单，成本低廉，更无需复杂的投切控制，可进一步提高柔直系统运行的工程经济性。但目前交流耗能装置在海上风电柔直并网系统中的应用很少，协调控制策略并不成熟。

技术实现思路

[0004]针对盈余功率浪费和直流耗能装置经济性问题，本专利技术提供了海上风电柔直系统主动能量回收与交流耗能装置协调方法，其目的在于：1)利用柔直系统的能量裕度对交流故障期间的直流系统中的盈余功率进行回收，减小电能以热量形式耗散产生的浪费；2)用交流耗能装置替代直流耗能装置，降低海上柔直并网系统的工程造价，提高运行经济性；3)提供交流耗能装置与海上柔直并网系统协调运行的技术方案。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种海上风电柔直系统主动能量控制与交流耗能装置协调方法，包括：
[0006]i)当检测到岸上交流电网发生故障后，岸上换流站利用直流电压控制将直流系统电压主动抬升至电压预设值V
dc_set
；同时，令能量控制的参考值等于实际值。当检测到岸上换流站的电容能量达到预警值W
C_th
后，向海上换流站发送命令，触发海上换流站主动能量回收机制：海上换流站按照预设算法利用能量控制将电容能量抬升至预设最大值W
C_max
，并维持电容能量恒定；
[0007]ii)若在交流断路器开断之前故障被清除，则岸上换流站利用主动能量控制维持当前的电容能量恒定不变。同时，岸上换流站控制直流电压下降至额定值；之后，控制岸上换流站电容能量下降至额定值；再之后，由岸上换流站向海上换流站发送指令，令海上换流
站控制其电容能量下降至额定值，结束柔直系统的主动能量回收过程。
[0008]iii)若故障清除是由交流断路器开断导致，则投入交流耗能装置，同时将岸上换流站切换为能量
‑
交流电压控制模式，并控制岸上换流站电容能量维持在预设最大值W
C_max
。在交流断路器重合闸成功后，退出交流耗能装置，岸上换流站切换回能量控制模式。之后，柔直系统控制直流电压、岸上换流站电容能量、海上换流站电容能量依次下降到额定值，结束柔直系统的主动能量回收和交流耗能装置投切过程。
[0009]进一步地，所述换流站主动能量控制包括内环控制和外环控制，具体为：对于所述岸上换流站，有两种控制模式：i)在能量控制模式下，交流电流控制的外环为电容能量控制器和无功功率控制器；ii)在能量
‑
交流电压控制模式下，交流电流控制的外环为能量
‑
电压控制器和无功功率控制器；岸上换流站的直流电流控制的外环为直流电压控制器。对于所述海上换流站，交流电流控制的外环为交流电压控制器，直流电流控制的外环为电容能量控制器。
[0010]进一步地，在所述海上站能量回收预设算法中，当海上换流站接收到岸上换流站的预警命令后，主动控制其电容能量以额定直流功率为斜率进行线性上升，以能够吸收所有风电场功率。
[0011]进一步地，所述交流耗能装置装设岸上交流侧，结构上每一相都由可控晶闸管阀和耗能电阻组成。其中，晶闸管阀用于控制投切交流耗能装置，耗能电阻用于耗散盈余功率。
[0012]进一步地，所述能量
‑
电压控制器为根据岸上换流站电容能量与交流侧电压的动态方程设计的无差拍控制器。其中，电容能量与电压之间的动态方程具体为：
[0013][0014]式中，V
S
为交流侧电压幅值，P
ac
和P
dc
为交、直流侧功率，R为交流耗能装置单相耗能电阻，W
MMC1
为岸上换流站MMC1电容能量。
[0015]进一步地，所述岸上换流站与海上换流站之间的信号与命令的传送方式为站间通讯方式，包括但不限于光纤通讯和谐波注入通讯方法。
[0016]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
[0017](1)本专利技术构建的海上风电柔直系统主动能量回收与交流耗能装置协调方法，可利用柔直系统的能量裕度对岸上交流故障期间风场产生的盈余功率进行回收，最大限度地推迟耗能装置的投入，减小电能以热量形式的浪费。同时采用交流耗能装置，可以替代目前工程中广泛采用的直流耗能装置，在实现相同效能的基础上，还可大大降低海上柔直并网系统的工程造价，提高运行经济性。
[0018](2)本专利技术提出的能量
‑
电压控制可以使岸上换流器自主生成交流电压，为交流耗能装置提供其运行所需要的电压源。同时，该控制还可以通过调控交流电压幅值实现对岸上换流站电容能量的控制，能够克服由于交流断路器开断时间过长或过短造成的岸上换流站电容能量在故障期间的过充或欠充的问题，更加合理有效地利用柔直系统的能量裕度。
[0019](3)本专利技术提出的能量
‑
电压控制器为无差拍控制器，具有较控制器PI参数，控制
逻辑简单、易实现。
附图说明
[0020]图1为一种含交流耗能装置的典型海上风电柔直并网系统的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术实施例提供的一种海上风电柔直系统主动能量回收与交流耗能装置协调方法流程图；
[0022]图3为本专利技术提供的海上风电柔直系统岸上换流站控制框图；
[0023]图4为本专利技术提供的岸上换流站能量
‑
电压控制模式下的能量
‑
电压控制器控制框图；
[0024]图5为本专利技术提供的海上风电柔直系统海上换流站控制框图；
[0025]图6为本专利技术提供的海上风电柔直系统在岸上交流侧发生两相(BC相)金属性接地故障下的仿真结果图，(a)为岸上换流站电容能量及参考值，(b)为海上换流站电容能量及参考值，(c本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.海上风电柔直系统主动能量控制与交流耗能装置协调方法，该海上风电柔直系统包括海上换流站、岸上换流站、岸上交流耗能装置，其特征在于，该方法包括以下步骤：i)当检测到岸上交流电网发生故障后，岸上换流站利用直流电压控制将直流电压主动抬升至电压预设值V
dc_set
；同时，令能量控制的参考值等于实际值；当检测到岸上换流站的电容能量达到预警值W
C_th
后，向海上换流站发送命令，触发海上换流站主动能量回收机制：海上换流站按照预设算法利用能量控制将电容能量抬升至预设最大值W
C_max
，并维持电容能量恒定；ii)若在交流断路器开断之前故障被清除，则岸上换流站利用主动能量控制维持当前的电容能量恒定不变；同时，岸上换流站控制直流电压下降至额定值，电容能量下降至额定值；由岸上换流站向海上换流站发送指令，令海上换流站控制其电容能量下降至额定值，结束柔直系统的主动能量回收过程；iii)若故障清除是由交流断路器开断导致，则投入岸上交流耗能装置，同时将岸上换流站切换为能量
‑
交流电压控制模式，并控制岸上换流站电容能量维持在预设最大值W
C_max
；在交流断路器重合闸成功后，退出岸上交流耗能装置，岸上换流站切换回能量控制模式；柔直系统控制直流电压、岸上换流站电容能量、海上换流站电容能量依次下降到额定值，结束柔直系统的主动能量回收和交流耗能装置投切过程。2.根据权利要求1所述的海上风电柔直系统主动能量控制与交流耗能装置协调方法，其特征在于，所述能量控制包括内环控制和外环控制，所述内环控制包括交流电流控制和直流电流控制；所述外环控制具体为：对于所述岸上换流站，在能量控制模式下，交流电流控制外环为能量控制器和无功功率控制器；在能量
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖军，张浩博，王华军，向往，叶磊，文劲宇，鲁晓军，李梦柏，崔磊，黎明，卢爱菊，严文海，朱正，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：