一种新能源柔直送出系统架空线故障清除方法及系统技术方案

本发明专利技术属于特高压柔性直流输电相关技术领域，具体涉及一种新能源柔直送出系统架空线故障清除方法及系统。本发明专利技术在送端换流器处引入直流侧双闭环控制策略，在故障发生而送端还未检测出该故障前，跟踪子模块电压变化，相当于在故障发生和控制策略触发的时间差内设置了缓冲控制，能够保证远端故障对送端子模块电压和直流电流产生影响的第一时间就及时进行调节控制，因此能解决由于超远距离架空线路远端故障时引起的送端交流电压与模块电压跌落的问题，也能及时降低近端故障发展迅速引起的桥臂过流水平；并且在送端检测到故障后直流侧控制直接切换为电流闭环控制，不再受子模块电压的影响，因此能够对直流电流进行快速抑制，以保证故障清除的快速性。以保证故障清除的快速性。以保证故障清除的快速性。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源柔直送出系统架空线故障清除方法及系统


[0001]本专利技术属于特高压柔性直流输电相关
，具体涉及一种新能源柔直送出系统架空线故障清除方法及系统。

技术介绍

[0002]我国地域辽阔，能源资源与能源需求“逆向分布”突出，包括煤炭和清洁能源(水电、风能和太阳能)在内的80％以上的能源资源分布在西部、北部地区，70％以上的电力消费则集中在东部、中部地区，风能和太阳能资源富集区距离负荷中心长达上千甚至数千千米。在以新能源为主体的新型电力系统建设大背景下，我国势必要大规模开发西北部地区的水电、风电和光伏资源，大规模能源的开发和全国范围内的资源优化配置决定了中国需要建设远距离的输电通道。相比于传统交流输电技术在远距离输电时面临的经济性问题，高压直流，尤其是特高压直流输电技术具有输电距离远、输电效率高、控制方式灵活快速、不存在系统稳定性问题、可限制短路电流等明显的技术优势。因此，发展高压大容量直流输电技术，实现能源资源的大范围优化配置，是我国电网发展建设的重点方向。
[0003]国内已投运的特高压直流输电(high voltage direct current，UHVDC)工程普遍采用基于电网换相换流器(line commutate converter，LCC)串联的方式，具有输电容量大、运行稳定性好、系统损耗小、建设成本低等优势，在远距离大容量输电方面具有不可替代的作用。随着柔性直流输电技术的发展，模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的电压及容量已逐步接近LCC的水平，由于其具有灵活可控、不依赖交流电网等特性，尤其在清洁能源送出、接入弱交流系统或解决常规直流多馈入系统的换相失败问题等领域具有常规直流输电技术无法比拟的技术优势；为了降低工程造价，工程上多采用半桥子模块拓扑的MMC，由于其自身结构特点，半桥子模块式MMC不具备隔离直流故障的能力，无法实现直流故障穿越，为了保证MMC的安全运行，需加装直流断路器或将部分子模块拓扑更换为具有隔离直流故障能力的子模块拓扑。
[0004]针对有源系统下的特高压柔性直流架空线故障清除方法，已有相关文献进行研究，即通过在柔直换流阀中配置一定数量的全桥子模块，并通过控制快速调节直流电流进行降压，以实现故障电流的自清除；但对于图1所示的大规模新能源孤岛送出系统，一旦发生特高压柔性直流架空线故障，其控制策略一方面就需要考虑超远距离架空线路的特殊性；另一方面需要考虑故障期间新能源孤岛系统的交流电压稳定性；现有技术中通过控制快速调节直流电流进行故障电流清除的方式在架空线路远端故障时，由于送受端距离较远，送端换流器对于故障的感知能力较弱，故障检测时间较长，在送端检测到故障前的这段时间内，送端换流器的故障特性表现为子模块放电同时引起桥臂过流，随着子模块的持续放电，子模块电压逐渐降低，当调制波达到饱和后，桥臂输出的电压水平不足以维持交流电压的恒定，则送端交流电压将持续跌落，导致检测出故障之前送端受故障影响较大，故障清除不及时；而架空线路近端故障时，故障发展迅速，送端换流器直流端口电压瞬间降为零，故障回路阻抗较小，子模块放电导致桥臂电流迅速抬升，这对检测故障时间的要求极为苛
刻，否则就可能会引发换流阀过流闭锁，同样会影响柔性直流架空线路的正常功率传输。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种新能源柔直送出系统架空线故障清除方法及系统，用于解决现有技术中柔性直流架空线路的远端和近端故障无法及时清除，影响架空线的正常功率传输的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种新能源柔直送出系统架空线故障清除方法，在柔直送出系统的送端处和受端处实时检测系统架空线故障，根据检测结果在送端换流器和受端换流器处按照不同的控制策略，确定对应的电压调制波，根据所述电压调制波生成触发脉冲并分别输出至对应的送端换流器和受端换流器的子模块，以对故障电流进行清除；
[0007]送端换流器处的控制策略包括交流侧控制和直流侧控制；若送端处未检测到系统架空线故障，所述直流侧控制为双闭环控制；其中直流侧外环控制为子模块电压控制，输出的控制量根据送端换流器子模块电压参考值与反馈值之间的差值确定；直流侧内环控制为直流电流控制，输出的控制量根据送端换流器直流侧直流电流参考值与反馈值之间的差值确定，并将直流侧内环控制输出的控制量叠加第一直流电压指令值后，作为送端换流器对应的电压调制波的直流分量；所述第一直流电压指令值通过柔直送出系统稳态运行时的送端换流器直流侧电压设置；
[0008]所述直流侧内环控制中的送端换流器直流侧直流电流参考值根据直流侧外环控制输出的控制量确定；
[0009]所述送端换流器指的是柔直送出系统中与发电系统相连接的MMC换流器，所述受端换流器指的是与交流电网相连接的MMC换流器；所述送端换流器和受端换流器均为包括有全桥子模块的MMC换流器。
[0010]上述技术方案的有益效果为：在送端换流器处引入直流侧双闭环控制策略，在远端故障发生而送端还未检测出该故障前，跟踪子模块电压变化，相当于在故障发生和控制策略触发的时间差内设置了缓冲控制，能够保证远端故障对送端子模块电压和直流电流产生影响的第一时间就及时进行调节控制，因此能够解决由于超远距离架空线路远端故障时引起的送端交流电压与模块电压跌落的问题，也可以及时降低近端故障发展迅速引起的桥臂过流水平。
[0011]进一步地，若送端处检测到系统架空线故障，则将所述直流侧控制的外环控制禁能，内环控制中的送端换流器直流侧直流电流参考值切换为零；检测到故障已经清除后再将外环控制器重新使能，且将内环控制器中的送端换流器直流侧直流电流参考值切换为根据直流侧外环控制输出的控制量确定的参考值。
[0012]上述技术方案的有益效果为：只有在未检测到故障时送端换流器处才持续进行与子模块电压变化相关的直流侧控制策略，在送端检测到故障后，送端换流器处的直流侧控制直接切换为电流闭环控制，不再受子模块电压的影响，避免故障后期故障电流的抑制情况基本取决于子模块电压外环的控制结果导致的故障电流清除时间变长，因此能够对直流电流进行快速抑制，以保证故障清除的快速性。
[0013]进一步地，受端换流器处的控制策略包括交流侧控制：若受端处未检测到系统架
空线故障，则所述交流侧控制为双闭环控制，其中交流侧外环控制为直流电压控制，交流侧内环控制为交流电流控制，将交流侧内环控制输出的控制量作为受端换流器对应的电压调制波的交流分量；交流侧外环控制输出的控制量根据受端换流器交流侧直流电压无功分量参考值与反馈值之间的差值确定；交流侧内环控制输出的控制量根据受端换流器交流侧交流电流参考值与反馈值之间的差值确定；
[0014]将第二直流电压指令值作为受端换流器对应的电压调制波的直流分量；所述第二直流电压指令值通过柔直送出系统稳态运行时的受端换流器直流侧电压设置；
[0015]若受端处检测到直流架空线故障，则将交流侧外环控制从直流电压控制切换为子模块电压外环控制，所述子模块电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源柔直送出系统架空线故障清除方法，其特征在于，在柔直送出系统的送端处和受端处实时检测系统架空线故障，根据检测结果在送端换流器和受端换流器处按照不同的控制策略，确定对应的电压调制波，根据所述电压调制波生成触发脉冲并分别输出至对应的送端换流器和受端换流器的子模块，以对故障电流进行清除；送端换流器处的控制策略包括交流侧控制和直流侧控制；若送端处未检测到系统架空线故障，所述直流侧控制为双闭环控制；其中直流侧外环控制为子模块电压控制，输出的控制量根据送端换流器子模块电压参考值与反馈值之间的差值确定；直流侧内环控制为直流电流控制，输出的控制量根据送端换流器直流侧直流电流参考值与反馈值之间的差值确定，并将直流侧内环控制输出的控制量叠加第一直流电压指令值后，作为送端换流器对应的电压调制波的直流分量；所述第一直流电压指令值通过柔直送出系统稳态运行时的送端换流器直流侧电压设置；所述直流侧内环控制中的送端换流器直流侧直流电流参考值根据直流侧外环控制输出的控制量确定；所述送端换流器指的是柔直送出系统中与发电系统相连接的MMC换流器，所述受端换流器指的是与交流电网相连接的MMC换流器；所述送端换流器和受端换流器均为包括有全桥子模块的MMC换流器。2.根据权利要求1所述的新能源柔直送出系统架空线故障清除方法，其特征在于，若送端处检测到系统架空线故障，则将所述直流侧控制的外环控制禁能，内环控制中的送端换流器直流侧直流电流参考值切换为零；检测到故障已经清除后再将外环控制器重新使能，且将内环控制器中的送端换流器直流侧直流电流参考值切换为根据直流侧外环控制输出的控制量确定的参考值。3.根据权利要求1所述的新能源柔直送出系统架空线故障清除方法，其特征在于，受端换流器处的控制策略包括交流侧控制：若受端处未检测到系统架空线故障，则所述交流侧控制为双闭环控制，其中交流侧外环控制为直流电压控制，交流侧内环控制为交流电流控制，将交流侧内环控制输出的控制量作为受端换流器对应的电压调制波的交流分量；交流侧外环控制输出的控制量根据受端换流器交流侧直流电压无功分量参考值与反馈值之间的差值确定；交流侧内环控制输出的控制量根据受端换流器交流侧交流电流参考值与反馈值之间的差值确定；将第二直流电压指令值作为受端换流器对应的电压调制波的直流分量；所述第二直流电压指令值通过柔直送出系统稳态运行时的受端换流器直流侧电压设置；若受端处检测到直流架空线故障，则将交流侧外环控制从直流电压控制切换为子模块电压外环控制，所述子模块电压外环控制输出的控制量根据受端换流器子模块电压参考值与反馈值之间的差值确定；将电压调制波的直流分量切换为直流电流闭环控制输出的控制量；所述直流电流闭环控制输出的控制量根据受端换流器直流侧直流电流参考值与反馈值之间的差值确定。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的新能源柔直送出系统架空线故障清除方法，其特征在于，在所述柔直送出系统的送端处配置交流耗能装置，并在送端处检测到系统架空线故障后投入所述交流耗能装置，在故障清除后切除所述耗能装置。5.根据权利要求1
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3任一项所述的新能源柔直送出系统架空线故障清除方法，其特征
在于，送端换流器处的交流侧控制为交流电压双闭环控制；其中所述交流电压双闭环控制的外环控制为交流电压有功/无功幅值闭环控制，根据送端换流器交流侧交流电压有功分量参考值与反馈值之间的差值以及送端换流器交流侧交流电压无功分量参考值与反馈值之间的差值确定所述交流电压有功/无功幅值闭环控制输出的控制量；所述交流电压双闭环控制的内环控制为交流电流有功/无功闭环控制，根据送端换流器交流侧交流电流有功分量参考值与反馈值之间的差值以及交流侧交流电流无功分量参考值与反馈值之间的差值确定所述交流电流有功/无功幅值闭环控制输出的控制量，且以交流电压双闭环控制最终输出的控制量作为对应送端换流器对应的电压调制波的交流分量；所述交流电压双闭环控制最终输出的控制量根据所述交流电流有功/无功幅值闭环控制输出的控制量确定；所述送端换流器交流侧交流电流有功分量参考值和送端换流器交流侧交流电流无功分量参考值根据交流电压有功/无功幅值闭环控制输出的控制量确定。6.一种新能源柔直送出系统架空线故障清除系统，其特征在于，包括采集器和...

【专利技术属性】
技术研发人员：马焕，杨美娟，王先为，宋晓梅，平明丽，刘路路，田颀，
申请(专利权)人：许继电气股份有限公司许继集团有限公司，
类型：发明
国别省市：