混合型海上风电双极柔直系统送端电网过电压抑制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种混合型海上风电双极柔直系统送端电网过电压抑制方法。针对送端负极换流器采用二极管整流器的混合型海上风电双极柔直输电系统，本发明专利技术通过送端正极MMC换流器、受端负极MMC换流器和受端正极MMC换流器的协同控制，实现送端电网故障下系统过电压抑制。与已有方案相比，采用本发明专利技术提出的控制方法，能够在送端电网故障下有限抑制过电压水平，保障系统的安全稳定运行，具有良好的应用前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
混合型海上风电双极柔直系统送端电网过电压抑制方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种混合型海上风电双极柔直输电系统送端电网过电压抑制方法。

技术介绍

[0002]随着柔性直流输电系统的电压等级和输电容量逐渐增大，双极柔性直流输电系统凭借其高灵活性和可靠性的特点，得到了越来越多的关注。在大容量海上风电场双极柔直输电系统中，采用MMC拓扑结构的海上换流站的体积和重量较大，其建设与运输成本很高，不利于海上风电的平价上网。此外，当海上风场柔性直流输电系统送端交流电网发生故障时，其运行性能将会受到严重影响。其中，由于故障导致的过电压问题，不仅会威胁整个系统的安全稳定运行，还会对设备和线路的过电压和绝缘水平提出很高的要求，大大增加了工程建设成本。因此，对于海上风场柔性直流输电系统故障过电压抑制策略的研究具有重要意义。
[0003]对于同容量和电压等级的交直流变换装置，采用二极管方案的体积是MMC方案的50％以下。因此，在双极柔性直流输电系统中，采用二极管整流装置替换部分MMC整流装置可以显著降低海上换流平台的重量和成本。针对以上问题，一种可行的设计方案如下：送端正极采用MMC换流器，维持送端交流电网的稳定，送端负极采用二极管整流装置，协助完成功率传输，这种方案能够在保障系统的安全稳定运行的条件下，优化工程建设成本。
[0004]对于MMC
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二极管混合型双极柔直输电系统，当送端电网发生故障时，采用传统控制策略会导致送端电网产生严重的过电压；此外，由于故障相二极管无法达到导通阈值，送端电网故障还会导致负极二极管换流器输出功率降低，进而引发正极MMC的直流母线过电压问题，严重影响系统的稳定运行。目前，对于采用二极管的混合型海上风电场
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双极直流输电系统送端电网过电压抑制方法还鲜有研究，亟需提出一种混合型海上风电
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双极柔直输电系统送端电网过电压抑制方法，保障系统的安全稳定运行。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服混合型海上风电双极柔直输电系统在送端电网故障下存在的过电压问题，提供一种混合型海上风电双极柔直系统送端电网过电压抑制方法，通过送端正极MMC换流器、受端负极MMC换流器和受端正极MMC换流器的协同控制，实现送端电网故障下系统的过电压抑制，及正、负极之间功率的平衡分配。为了实现上述专利技术目的，本方法采取如下技术方案：
[0006]一种混合型海上风电双极柔直系统送端电网过电压抑制方法，混合型海上风电双极柔直输电系统的拓扑包括：送端正极MMC换流器、送端负极二极管换流器、受端正极MMC换流器和受端负极MMC换流器；其特征在于：
[0007]实现所述方法所采用的控制系统包括：送端正极MMC换流器控制系统，受端正极MMC换流器控制系统，受端负极MMC换流器控制系统；
[0008]所述送端正极MMC换流器控制系统，采用送端交流电网电压控制外环、电流控制内环，其中，送端交流电网正序电压的参考值根据负序电压的幅值计算得到；当输电系统正常运行时，正序电压的参考值为额定值，当送端交流电网发生故障时，根据负序电压的幅值调整正序电压参考值，从而抑制故障过程中的交流过电压，当故障线路切除后，正序电压参考值恢复至额定值；此外，送端正极MMC换流器控制系统还包含送端正极负序电流控制模块，采用谐振控制器实现对于故障过程中负序电流的抑制；
[0009]所述受端正极MMC换流器控制系统，采用正极直流母线电压和无功功率控制外环、电流控制内环，负责维持正极直流母线电压稳定，并对受端交流电网提供必要的无功功率支撑；
[0010]所述受端负极MMC换流器控制系统，采用负极直流母线电压和无功功率控制外环、电流控制内环；负极直流母线电压参考值根据正极与负极MMC换流器的有功功率给定，控制目标为保持负极MMC换流器有功功率与正极MMC换流器相等；当送端交流电网故障发生时，故障相电压将会低于二极管导通阈值，此时，负极MMC直流母线电压参考值将会降低，实现输出功率在正、负极之间的平衡分配。
[0011]进一步的：在送端正极MMC换流器控制系统中，根据以下方法计算送端交流电网电压参考值d、q轴分量U
gdref
和U
gqref
：
[0012][0013]其中，|U
g
‑
|为电网负序电压幅值，U
gdn
为d轴额定电压。
[0014]进一步的：在受端负极MMC换流器控制系统中，根据以下方法计算负极直流母线电压参考值U
dc2ref
：
[0015]U
dc2ref
＝U
dcn2
‑
F
PIP
(s)(P
g1
‑
P
g2
)
[0016][0017]其中，U
dcn2
为负极直流母线额定值，F
PIP
(s)为PI控制器的传递函数，k
pp
为比例系数，k
ip
为积分系数，P
g1
为受端正极MMC有功功率，P
g2
为受端负极MMC有功功率。
[0018]本专利技术的有益效果是：通过采用本专利技术的技术方案，能够实现混合型海上风电双极柔直系统正、负极之间功率的协调控制，在送端电网发生故障时有效抑制系统的过电压，保障系统的安全稳定运行。
附图说明
[0019]图1为本专利技术混合型海上风电双极柔直输电系统的一个典型拓扑图。
[0020]图2为采用本专利技术混合型海上风电双极柔直输电系统送端电网过电压抑制方法时，系统在故障发生阶段及故障线路切除后的运行流程图。
[0021]图3为本专利技术受端正极和负极MMC换流器控制方法的一个具体示例系统原理图。其中，1
‑
受端正极直流母线电压和无功功率控制模块、2
‑
受端正极电流控制模块、3
‑
受端正极Park反变换模块、4
‑
受端正极内部环流控制模块、5
‑
受端正极桥臂电压计算模块、6
‑
受端负极直流母线电压参考值计算模块、7
‑
受端负极直流母线电压和无功功率控制模块、8
‑
受端
负极电流控制模块、9
‑
受端负极Park反变换模块、10
‑
受端负极内部环流控制模块、11
‑
受端负极桥臂电压计算模块。
[0022]图4为本专利技术送端正极MMC换流器控制方法的一个具体示例系统原理图。
[0023]其中，12
‑
送端正极电压参考值计算模块、13
‑
送端正极电压控制模块、14
‑
送端正极正序电流控制模块、15
‑
送端正极负序电流控制模块、16
‑
送端正极Park反变换模块、17本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.混合型海上风电双极柔直系统送端电网过电压抑制方法，混合型海上风电双极柔直输电系统的拓扑包括：送端正极MMC换流器、送端负极二极管换流器、受端正极MMC换流器和受端负极MMC换流器；其特征在于：实现所述方法所采用的控制系统包括：送端正极MMC换流器控制系统，受端正极MMC换流器控制系统，受端负极MMC换流器控制系统；所述送端正极MMC换流器控制系统，采用送端交流电网电压控制外环、电流控制内环，其中，送端交流电网正序电压的参考值根据负序电压的幅值计算得到；当输电系统正常运行时，正序电压的参考值为额定值，当送端交流电网发生故障时，根据负序电压的幅值调整正序电压参考值，从而抑制故障过程中的交流过电压，当故障线路切除后，正序电压参考值恢复至额定值；此外，送端正极MMC换流器控制系统还包含送端正极负序电流控制模块，采用谐振控制器实现对于故障过程中负序电流的抑制；所述受端正极MMC换流器控制系统，采用正极直流母线电压和无功功率控制外环、电流控制内环，负责维持正极直流母线电压稳定，并对受端交流电网提供必要的无功功率支撑；所述受端负极MMC换流器控制系统，采用负极直流母线电压和无功功率控制外环、电流控制内环；负极直流母线电压参考值根据正极与负极MMC换流器的有功功率给定，控制目标为保持负极MMC换流器有功功率与正极MMC换流器相等；当送端交流电网故障发生时，故障相电压将会低于二极管导通阈值，此时，负极MMC直流母线电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王霄鹤，陈玮，郦洪柯，杨文斌，王克，李景一，徐晗，殷贵，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：