新能源孤岛电网送出系统的暂时性闭锁清除直流故障方法技术方案

本申请公开了一种新能源孤岛电网送出系统的暂时性闭锁清除直流故障方法，在受端检测到直流电流首次到零时，通过暂时性闭锁切除故障电流，并配合交流耗能装置实现送端孤岛能量平衡实现了系统直流架空线故障自清除，相比现有技术，降低了全桥子模块比例，节省了工程投资，并且可以防止直流电流在零附近反复波动，缩短直流电流熄弧时间；在检测到直流故障时，送端均将故障极的外环控制器切换为定子模块电容电压控制，单极运行时，送端还根据子模块电压大小选择是否过投入交流耗能装置，以降低故障极子模块电容过压风险，改善了现有技术存在的输出负压策略需要较高比例的全桥子模块，造价较高，子模块过压跳闸风险以及直流电流熄弧时间长的技术问题。弧时间长的技术问题。弧时间长的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
新能源孤岛电网送出系统的暂时性闭锁清除直流故障方法


[0001]本申请涉及电网
，尤其涉及一种新能源孤岛电网送出系统的暂时性闭锁清除直流故障方法。

技术介绍

[0002]新能源基地大多建设在偏远地区，当地负荷水平低、网架结构薄弱，新能源孤岛稳定外送需求明显。柔性直流输电具有灵活、可控、高效等特点，作为新能源送外的重要电力输送手段之一。对于送端而言，柔性直流换流器能够为新能源电场提供稳定的交流电压，可孤岛运行，并足够的快速动态无功补偿、降低新能源机组脱网的风险、提高新能源利用率。对于受端而言，柔性直流不存在换相失败问题且能提供动态无功补偿，能够有效解决多直流馈入交流电网稳定性、抵御电网严重故障等问题具有重要意义。
[0003]然而，考虑到特高压柔性直流应用于陆上大规模可再生能源开发与远距离外送的新场景，输电容量大、距离远、运行方式复杂。需要指出，在输电距离和输电容量进一步提升时，将会对系统及设备的运行特性产生从“量变”到“质变”的影响，目前尚未有成熟的直流工程设计经验，其中直流故障穿越是关键技术，面临的技术难度大，挑战大。其中一个比较突出的问题是：更远距离、更大容量的架空线路，会降低熄弧速度，甚至导致无法在设定的去游离时间内完成熄弧，影响系统的稳定性。现有技术在采用新能源孤岛电网经柔性直流架空线送出系统的直流故障自清除技术中，送受端均采用输出负压策略，换流阀全程不闭锁，实现直流线路故障自清除。但是需要指出，该方法输出负压策略需要较高比例的全桥子模块，造价较高，并且送端换流阀中的子模块电容电压已接近器件极限，存在子模块过压跳闸风险。

技术实现思路

[0004]本申请提供了新能源孤岛电网送出系统的暂时性闭锁清除直流故障方法，用于改善现有技术存在输出负压策略需要较高比例的全桥子模块，造价较高，存在子模块过压跳闸风险以及直流电流熄弧时间长的技术问题。
[0005]有鉴于此，本申请第一方面提供了一种新能源孤岛电网送出系统的暂时性闭锁清除直流故障方法，包括：
[0006]S1、构建新能源孤岛电网送出系统，所述新能源孤岛电网送出系统包括新能源电场、送端换流站、受端换流站、直流架空线和交流耗能装置，新能源电场通过三相交流线共同连接至送端换流站，交流耗能装置设置在新能源电场与送端换流站之间，送端换流站通过直流架空线与受端换流站连接，送端换流站和直流架空线以及受端换流站构成直流系统；
[0007]S2、配置送端换流站和受端换流站的控制策略，其中，所有送端换流站均采用双闭环的定交流电压和频率控制策略，受端换流站中有且只有一个采用定直流电压控制策略，其余受端换流站采用定有功功率控制策略；
[0008]S3、送端换流站各极实时检测流出本极的直流电流，受端换流站各极实时检测流入本极的直流电流；
[0009]S4、送端换流站各极若检测到流出本极的直流电流增大，则本极通过直流电流控制器自动降低直流电压偏置量，减小直流侧投入的子模块个数，直接对直流电压进行控制，输出负向直流电压，主动清除直流故障；
[0010]S5、受端换流站各极若检测到流入本极的直流电流降低并反向增加，则本极通过直流电流控制器自动降低直流电压偏置量，减小直流侧投入的子模块个数，直接对直流电压进行控制，输出负向直流电压，主动清除直流故障；若受端换流站检测到直流电流首次到零时，产生暂时性闭锁信号，在该暂时性闭锁信号有效期间内将该受端换流站进行暂时性闭锁并对内环控制器以及直流电流裕度控制器进行重置处理；
[0011]S6、各送端换流站和受端换流站实时检测直流电压和电流，并根据直流电压和电流检测是否发生直流故障，若是，则同时执行步骤S7和S8；
[0012]S7、各送端换流站和受端换流站的控制系统进入去游离逻辑，各送端换流站和受端换流站均将故障极的直流电流控制器输入的直流电流参考值置零，进行零直流电流控制，并且送端换流站和送端换流站均将故障极的外环控制器输出的有功电流指令置零；
[0013]S8、判断直流系统是否为双极运行，若是，则执行步骤S9，若否，则执行S10；
[0014]S9、送端换流站均将故障极的外环控制器切换为定子模块电容电压控制，并将故障极功率转移至非故障极，若还有送端换流站仍有功率盈余，则投入第一目标数量组交流耗能装置，以平衡送端换流站能量；
[0015]S10、送端换流站均将故障极的外环控制器切换为定子模块电容电压控制，投入第二目标数量组交流耗能装置以平衡送端换流站能量，同时送端换流站实时监视子模块电容电压，并根据子模块电容电压选择是否过投入交流耗能装置；
[0016]S11、当达到去游离时间后，各送端换流站及受端换流站均将故障极的直流电流控制器输入的直流电流参考值斜率恢复，各受端换流站均将故障极由定子模块电压控制切回由外环控制器控制，恢复直流电压；
[0017]S12、当各送端换流站和受端换流站检测到直流电压恢复到预置值后，送端换流站逐组切除交流耗能装置，恢复直流电流，实现在直流故障的重启动。
[0018]可选的，所述暂时性闭锁信号的持续时间为100ms。
[0019]可选的，所述第一目标数量组的计算过程为：
[0020]P
送端正常极剩余容量
＝P
额定功率
‑
P
送端正常极
；
[0021]N
交流耗能组数
＝(P
送端双极功率
‑
P
送端故障极
‑
P
送端正常极剩余容量
)/P
每组交流耗能容量
；
[0022]式中，P
送端正常极剩余容量
为送端换流站的正常极剩余容量，P
额定功率
为送端换流站的额定功率，P
送端正常极
为送端换流站的正常极有功功率，N
交流耗能装置组数
为需投入交流耗能装置的第一目标数量组，P
送端双极功率
为送端换流站的双极运行有功功率，P
送端故障极
为送端换流站的故障极有功功率，P
每组交流耗能装置容量
为每组交流耗能装置的容量。
[0023]可选的，步骤S10，具体包括：
[0024]送端换流站均将故障极的外环控制器切换为定子模块电容电压控制；
[0025]在检测到直流故障后，立即投入第二目标数量组的交流耗能装置以平衡送端换流站能量，同时送端换流站实时监视子模块电容电压，控制各送端换流站其他组的交流耗能
装置根据子模块电容电压进行投切。
[0026]可选的，所述第二目标数量组的计算过程为：
[0027]N
交流耗能组数
＝P
送端故障极
/P
每组交流耗能容量
；
[0028]式中，N
交流耗能组数
为需投入交流耗能装置的第二目标数量组，P
送端故障极
为送端换流站的故障极有功功率，P
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源孤岛电网送出系统的暂时性闭锁清除直流故障方法，其特征在于，包括：S1、构建新能源孤岛电网送出系统，所述新能源孤岛电网送出系统包括新能源电场、送端换流站、受端换流站、直流架空线和交流耗能装置，新能源电场通过三相交流线共同连接至送端换流站，交流耗能装置设置在新能源电场与送端换流站之间，送端换流站通过直流架空线与受端换流站连接，送端换流站和直流架空线以及受端换流站构成直流系统；S2、配置送端换流站和受端换流站的控制策略，其中，所有送端换流站均采用双闭环的定交流电压和频率控制策略，受端换流站中有且只有一个采用定直流电压控制策略，其余受端换流站采用定有功功率控制策略；S3、送端换流站各极实时检测流出本极的直流电流，受端换流站各极实时检测流入本极的直流电流；S4、送端换流站各极若检测到流出本极的直流电流增大，则本极通过直流电流控制器自动降低直流电压偏置量，减小直流侧投入的子模块个数，直接对直流电压进行控制，输出负向直流电压，主动清除直流故障；S5、受端换流站各极若检测到流入本极的直流电流降低并反向增加，则本极通过直流电流控制器自动降低直流电压偏置量，减小直流侧投入的子模块个数，直接对直流电压进行控制，输出负向直流电压，主动清除直流故障；若受端换流站检测到直流电流首次到零时，产生暂时性闭锁信号，在该暂时性闭锁信号有效期间内将该受端换流站进行暂时性闭锁并对内环控制器以及直流电流裕度控制器进行重置处理；S6、各送端换流站和受端换流站实时检测直流电压和电流，并根据直流电压和电流检测是否发生直流故障，若是，则同时执行步骤S7和S8；S7、各送端换流站和受端换流站的控制系统进入去游离逻辑，各送端换流站和受端换流站均将故障极的直流电流控制器输入的直流电流参考值置零，进行零直流电流控制，并且送端换流站和送端换流站均将故障极的外环控制器输出的有功电流指令置零；S8、判断直流系统是否为双极运行，若是，则执行步骤S9，若否，则执行S10；S9、送端换流站均将故障极的外环控制器切换为定子模块电容电压控制，并将故障极功率转移至非故障极，若还有送端换流站仍有功率盈余，则投入第一目标数量组交流耗能装置，以平衡送端换流站能量；S10、送端换流站均将故障极的外环控制器切换为定子模块电容电压控制，投入第二目标数量组交流耗能装置以平衡送端换流站能量，同时送端换流站实时监视子模块电容电压，并根据子模块电容电压选择是否过投入交流耗能装置；S11、当达到去游离时间后，各送端换流站及受端换流站均将故障极的直流电流控制器输入的直流电流参考值斜率恢复，各受端换流站均将故障极由定子模块电压控制切回由外环控制器控制，恢复直流电压；S12、当各送端换流站和受端换流站检测到直流电压恢复到预置值后，送端换流站逐组切除交流耗能装置，恢复直流电流，实现在直流故障的重启动。2.根据权利要求1所述的新能源孤岛电网送出系统的暂时性闭锁清除直流故障方法，其特征在于，所述暂时性闭锁信号的持续时间为100ms。3.根据权利要求1所述的新能源孤岛电网送出系统的暂时性闭锁清除直流故障方法，其特征在于，所述第一目标数量组的计算过程为：
P
送端正常极剩余容量
＝P
额定功率
‑
P<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂源，曹琬珏，黄伟煌，周月宾，赵晓斌，饶宏，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：