一种模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种模块化多电平矩阵变换器(modularmultilevelmatrixconverter,M3C)的故障穿越控制方法及系统。所述控制方法通过改变M3C低频侧交流电压指令迫使风电场根据自身低电压穿越方法减少输出功率从而调节M3C两侧功率平衡，M3C工频侧采取有功平衡优先、剩余输出无功的控制方法以支撑网侧跌落电压，且根据系统对有功无功功率的需求分为有功无功兼顾、有功优先、无功优先三种场景的控制方案。本发明专利技术提出的控制方法不用附加任何硬件，充分利用M3C自身的控制能力，可以有效提高海上风电分频输电系统中模块化多电平矩阵变换器的故障穿越能力。障穿越能力。障穿越能力。

A fault ride through control method and system for modular multilevel matrix converter

【技术实现步骤摘要】
一种模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及分频输电
，尤其涉及一种模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着海上风电分频输电技术的发展，模块化多电平矩阵式换流器(modular multilevel matrix converter,M3C)作为海上风电输电系统的重要装置之一受到广泛关注。
[0003]海上风电分频输电系统通常连接海上低频风电场和陆上工频电网，当陆上工频电网侧的线路突然发生故障导致电网侧电压跌落时，若无故障穿越控制措施，风电场仍然正常输出功率，M3C输入有功功率不变而输出有功能力受最大并网电流限制，随电网电压跌落幅度增加，并网电流将增大直至达到电流限制值，从而威胁到M3C的正常运行。当M3C由于过流保护动作而被迫停止工作时，更会造成影响范围的进一步扩大。M3C在系统中作为变频的重要装置之一，其若发生故障，将会对电网和其他设备的安全稳定运行造成严重影响。
[0004]当工频电网故障时，可以增加卸荷电路消耗多余的有功功率，或者将风电场和M3C看作一个调控整体由调度中心调节风电场出力，保证电网故障条件下M3C在其功率调节能力内的功率平衡。前者装备大容量的卸荷电路会增加系统额外的成本；后者对通信的实时性和可靠性要求较高，通信延迟或故障将不利于快速调节风电场出力、维持M3C两侧功率平衡。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种适用于海上风电分频输电系统中模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制方法及系统，无需额外卸荷电路和通信，且风电机组可维持常规故障穿越方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]一种模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
[0008]步骤1，检测当前电网电压幅值，并根据所述电压幅值确定电网状态；
[0009]步骤2，确定系统对有功功率和无功功率的需求；
[0010]步骤3，根据所述电网状态和所述需求，切换M3C低频侧电压指令和工频侧无功电流。
[0011]可选的，所述步骤3包括：根据所述需求确定低频侧电压指令。
[0012]可选的，所述步骤3包括：
[0013]步骤3
‑
1：当电网电压U
gd
跌落时，低频侧电压指令U
sd_ref
切换为
[0014][0015]其中，U
gd
为跌落后的电网电压标幺值，k为裕度系数，为M3C子模块电容实际的平均电压标幺值，为M3C子模块电容最大可承受的平均电压标幺值；
[0016]步骤3
‑
2：当电网电压U
gd
跌落时，工频侧无功电流参考值切换为
[0017][0018]其中，i
gmax
为M3C允许最大电流值，i
gd_ref
为M3C工频侧有功电流参考值。
[0019]可选的，系统对有功功率和无功功率的需求分为有功无功兼顾、有功优先和无功优先三种场景。
[0020]可选的，在所述有功无功兼顾场景下，低频侧电压随着工频侧电压等幅跌落，此时，低频侧电压指令中裕度系数k＝0。
[0021]可选的，在所述有功优先场景下，令低频侧电压跌落小于工频侧，根据电压跌落瞬间令低频侧电压维持稳态值1pu，可计算得到此时裕度系数
[0022]可选的，在所述无功优先场景下，令低频侧电压跌落大于工频侧，根据电压跌落瞬间令低频侧电压直接跌落到0.2pu，可计算得到此时裕度系数
[0023]可选的，若电压幅值跌落至90％以下时即判定电网处于故障状态。
[0024]可选的，所述控制方法通过改变M3C低频侧交流电压指令迫使风电场根据自身低电压穿越方法减少输出功率从而调节M3C两侧功率平衡，M3C工频侧采取有功平衡优先、剩余输出无功的控制方法以支撑网侧跌落电压。
[0025]一种模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制系统，所述控制系统包括：
[0026]电压检测模块，用于检测当前电网电压幅值，并根据所述电压幅值确定电网状态；
[0027]需求确定模块，用于确定系统对有功功率和无功功率的需求；
[0028]控制模块，用于根据所述电网状态和所述需求，切换M3C低频侧电压指令和工频侧无功电流。
[0029]采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述故障穿越控制方法不用附加任何硬件，充分利用M3C自身的控制能力，可以有效提高海上风电分频输电系统中模块化多电平矩阵变换器的故障穿越能力。
附图说明
[0030]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0031]图1是本专利技术中风电场分频输电系统结构图；
[0032]图2是本专利技术中M3C低频侧故障穿越控制方法框图；
[0033]图3是本专利技术中M3C工频侧故障穿越控制方法框图；
[0034]图4是本专利技术中一种适用于海上风电分频输电系统中模块化多电平矩阵变换器故障穿越控制方法的控制流程图；
[0035]图5是本专利技术实施例中在电网故障时系统的电压波形图；
[0036]图6是本专利技术实施例中在电网故障时系统的有功、无功功率波形图；
[0037]图7是本专利技术实施例中在电网故障时系统的电流波形图；
[0038]图8是本专利技术实施例中在电网故障时M3C的子模块平均电容电压波形图；
具体实施方式
[0039]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0040]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。
[0041]总体的，本专利技术公开了一种适用于海上风电分频输电系统中模块化多电平矩阵变换器故障穿越控制方法，所述风场分频输电系统结构如图1所示，海上风电场输出功率经过低频海缆输送到M3C低频侧，M3C工频侧与50Hz电网相连。
[0042]图2为M3C低频侧故障穿越控制方法框图。当电网电压U
gd
跌落时，低频侧电压指令U
sd_ref
切换为
[0043][0044]其中，U
gd
为跌落后的电网电压标幺值，k为裕度系数，为M3C子模块电容实际的平均电压标幺值，为M3C子模块电容最大可承受的平均电压标幺值。
[0045]如式(1)，令低频侧电压跟随工频侧电压跌落，迫使风电场出力减少，同时利用M3C子模块平均电容电压可上升本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：步骤1，检测当前电网电压幅值，并根据所述电压幅值确定电网状态；步骤2，确定系统对有功功率和无功功率的需求；步骤3，根据所述电网状态和所述需求，切换M3C低频侧电压指令和工频侧无功电流。2.如权利要求1所述的一种模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：根据所述需求确定低频侧电压指令。3.如权利要求1所述的一种模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3
‑
1：当电网电压U
gd
跌落时，低频侧电压指令U
sd_ref
切换为其中，U
gd
为跌落后的电网电压标幺值，k为裕度系数，为M3C子模块电容实际的平均电压标幺值，为M3C子模块电容最大可承受的平均电压标幺值；步骤3
‑
2：当电网电压U
gd
跌落时，工频侧无功电流参考值切换为其中，i
gmax
为M3C允许最大电流值，i
gd_ref
为M3C工频侧有功电流参考值。4.如权利要求3所述的一种模块化多电平矩阵变换器的故障穿越控制方法，其特征在于，系统对有功功率和无功功率的需求分为有功无功兼顾、有功优先和无功优先三种场景。5.如权利要求4所述的一种模块化多...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙玉巍，王童，付超，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：