【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及海上风电高压直流输电，尤其是一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法。
技术介绍
1、在我国“双碳目标”的推动下，风电和光伏等新能源将在未来的能源消费和低碳转型中发挥关键作用。我国海上风资源丰富且稳定，近年来海上风电发展迅速，柔性直流输电(voltage-source-converter-based-high-voltage-direct-current，vsc-hvdc)技术也得到了快速发展。基于vsc-hvdc的海上风电并网系统因其控制方式灵活、无换相失败问题以及强大的故障穿越(fault-ride-through,frt)能力，得到了广泛应用。
2、然而，由于海上风电通过柔直送出系统使用大量电力电子装置，存在耐压/通流能力不足和动态响应速度快等问题。当岸上受端电网发生交流故障导致电压骤升或骤降时，系统会出现快速过压或过流现象，传统的电力系统防护技术已无法满足快速响应的要求。在受端交流故障发生时，受端换流站的输送功率会下降。如果送端风电场的功率未能及时减少，产生的盈余功率将给直流侧电容充电，导致直流系统过电压，严重时可能导致系统退出运行。
3、综上所述，现有的故障穿越方法在应对电网交流故障时存在以下主要问题：
4、直流母线电压不稳定：在交流故障期间，直流母线电压容易出现过电压现象，且恢复时间长。
5、电力电子器件压力大：传统方法导致桥臂电流断续，产生较大的di/dt，对电力电子器件造成较大的电压和电流应力。
6、系统可靠性低：长时间的过电压可
7、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法。旨在提高系统的稳定性和可靠性，同时降低系统的复杂程度。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，能提高供电系统的稳定性和可靠性并降低系统的复杂程度。
2、本专利技术采用以下技术方案。
3、一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，所述方法中，以模块化的多电平直流耗能装置形成双重对称控制机制，使两台多电平直流耗能装置对称布置且分别连接至正极线、负极线；耗能电阻rd集中户外布置，两端分别连接n个子模块；
4、所述直流耗能装置包括一个耗能电阻和若干内置开关管的子模块，所述方法通过控制子模块中这些开关管的通断状态，使得所提出的子模块具备交流故障穿越功能。
5、所述子模块中的开关管为绝缘栅双极型晶体管，每个子模块均包括2个绝缘栅双极型晶体管、4个二极管、1个电容以及3个电阻，其具体电路结构为：子模块包含绝缘栅双极型晶体管t1、绝缘栅双极型晶体管t2、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c、电阻r1、电阻r2和电阻r3；其中：绝缘栅双极型晶体管t1的源极与二极管d3的阳极相连，漏极与二极管d3的阴极相连；绝缘栅双极型晶体管t2的源极与二极管d4的阳极相连，漏极与二极管d4的阴极相连；二极管d1与电阻r1并联；电容c与电阻r2并联；二极管d2与电阻r3并联；绝缘栅双极型晶体管t1的漏极、二极管d3的阴极与二极管d1的阳极和电阻r1相连，二极管d1的阴极、电阻r1的另一端与电容c、电阻r2、绝缘栅双极型晶体管t2的漏极、二极管d4的阴极相连；绝缘栅双极型晶体管t2的源极、二极管d4的阳极与电阻r3、二极管d2的阴极相连；绝缘栅双极型晶体管t1的源极、二极管d3的阳极与电容c、电阻r2、电阻r3、二极管d2的阳极相连。
6、所述控制方法包括多电平直流耗能装置的投入方式和切除方式；
7、投入方式具体为：当主开关t1断开时，子模块投入，子模块端电压等于子模块直流电容c两端的电压；
8、切除方式具体为：当主开关t1闭合时，子模块切出，子模块端电压为0。
9、所述控制方法用于海上风电高压直流输电系统，海上风电高压直流输电系统与主电网相连形成供电系统；
10、所述多电平直流耗能装置在常规工况下具有以下运行模式；
11、零耗能模式：当海上风电高压直流输电系统无故障运行时，耗能装置吸收功率为零，所有子模块内绝缘栅双极型晶体管t1和t2关断，直流侧电压由子模块中的电容电压支撑。单个子模块电容电压为：
12、
13、全耗能模式：当主电网的电网侧交流电压跌落为零，受端换流站完全丧失功率送出能力时，多电平直流耗能装置吸收全部传输功率；
14、此时所有子模块内绝缘栅双极型晶体管t1导通，传输功率由耗能电阻吸收，其阻值满足：
15、
16、其中，rd为集中电阻阻值；pn系统额定传输功率；
17、动态功率调整模式：当主电网侧遭遇低电压异常情况时，多电平直流耗能装置需在零至额定功率的范围内吸收能量，
18、采取的策略是通过调整子模块的输出电压总和来间接调整耗能电阻两端的电压水平。一部分子模块内绝缘栅双极型晶体管t1导通，子模块输出电压为0；另外一部分子模块内绝缘栅双极型晶体管t1关断，t2导通，子模块输出电压为电容电压uc。此时耗能电阻吸收的功率如下式：
19、
20、其中，prd为耗能装置吸收功率；uo为子模块输出电压总和。
21、在交流侧电压跌落故障时，所述控制方法仅以多电平直流耗能装置来耗散供电系统中的盈余能量，以提升系统的可靠性并降低供电系统的复杂程度。
22、所述控制方法中，模块化的多电平直流耗能装置形成具备阻值连续可调的柔性直流负载特性的直流耗能拓扑结构，以减小其运行时对供电系统直流系统的影响；
23、多电平直流耗能装置以子模块中的各开关管分别形成主开关、辅开关，并以主开关、辅开关协同参与功率调制，以使得子模块内部的集成电阻功率维持在低水平，减小开关器件的损耗。
24、所有子模块主开关t1断开时，直流极线的电压udc在每个子模块上均匀分布，每个子模块的额定工作电压un＝udc/n为：
25、
26、其中，n为子模块串联总数；当所有子模块主开关t1闭合时，直流极线电压直接加在耗能电阻两端，耗能电阻吸收的功率等于系统输送功率。
27、当直流耗能装置进入耗能工作模式时，每一个子模块电容c的电压将被实时监测；当该子模块投入时，子模块电容充电，电压升高；子模块电容电压在ul至uh范围内波动，等效为电容电压维持恒定值。具体控制策略如下：
28、当uc＞ul时，开关t2闭合，电容c的电压下降；
29、当ul≤uc≤uh时，开关t2继续保持闭合，c的电压继续下降；
30、当uc＜uh时，开关t2断开，电容c电压升高，开始下一个循环。
31、所述方法包括子模块动态轮巡切换方法，用于在故障期间对直流母线电压的灵活控制，具体包括：
32、监测实时功率方法：在故障条件下，通过调整本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述方法中，以模块化的多电平直流耗能装置形成双重对称控制机制，使两台多电平直流耗能装置对称布置且分别连接至正极线、负极线；耗能电阻Rd集中户外布置，两端分别连接n个子模块；
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述子模块中的开关管为绝缘栅双极型晶体管，每个子模块均包括2个绝缘栅双极型晶体管、4个二极管、1个电容以及3个电阻，其具体电路结构为：子模块包含绝缘栅双极型晶体管T1、绝缘栅双极型晶体管T2、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容C、电阻R1、电阻R2和电阻R3；其中：绝缘栅双极型晶体管T1的源极与二极管D3的阳极相连，漏极与二极管D3的阴极相连；绝缘栅双极型晶体管T2的源极与二极管D4的阳极相连，漏极与二极管D4的阴极相连；二极管D1与电阻R1并联；电容C与电阻R2并联；二极管D2与电阻R3并联；绝缘栅双极型晶体管T1的漏极、二极管D3的阴极与二极管D1的阳极和电阻R1相连，二极管D1的阴极、电阻R1的另一端与电容C、电阻R2、
3.根据权利要求2所述的一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法包括多电平直流耗能装置的投入方式和切除方式；
4.根据权利要求3所述的一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法用于海上风电高压直流输电系统，海上风电高压直流输电系统与主电网相连形成供电系统；
5.根据权利要求4所述的一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：在交流侧电压跌落故障时，所述控制方法仅以多电平直流耗能装置来耗散供电系统中的盈余能量，以提升系统的可靠性并降低供电系统的复杂程度。
6.根据权利要求4所述的一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法中，模块化的多电平直流耗能装置形成具备阻值连续可调的柔性直流负载特性的直流耗能拓扑结构，以减小其运行时对供电系统直流系统的影响；
7.根据权利要求4所述的一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所有子模块主开关T1断开时，直流极线的电压Udc在每个子模块上均匀分布，每个子模块的额定工作电压Un＝Udc/N为：
8.根据权利要求7所述的一种模块化多电平耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：当直流耗能装置进入耗能工作模式时，每一个子模块电容C的电压将被实时监测；当该子模块投入时，子模块电容充电，电压升高；子模块电容电压在UL至UH范围内波动，等效为电容电压维持恒定值。具体控制策略如下：当UC＞UL时，开关T2闭合，电容C的电压下降；
9.根据权利要求8所述的一种模块化多电平耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述方法包括子模块动态轮巡切换方法，用于在故障期间对直流母线电压的灵活控制，具体包括：
10.根据权利要求9所述的一种模块化多电平耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法通过动态轮巡切换策略，通过均匀分配耗能电阻的投入和切出时间，优化并提高系统的能量释放效率，在动态轮巡切换策略，其特征在于设定多电平直流耗能的工作周期为T，在一个工作周期T内，所有的子模块平均投切一次，即在每个工作周期T内主开关T1平均开关一次；
...【技术特征摘要】
1.一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述方法中，以模块化的多电平直流耗能装置形成双重对称控制机制，使两台多电平直流耗能装置对称布置且分别连接至正极线、负极线；耗能电阻rd集中户外布置，两端分别连接n个子模块；
2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述子模块中的开关管为绝缘栅双极型晶体管，每个子模块均包括2个绝缘栅双极型晶体管、4个二极管、1个电容以及3个电阻，其具体电路结构为：子模块包含绝缘栅双极型晶体管t1、绝缘栅双极型晶体管t2、二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、电容c、电阻r1、电阻r2和电阻r3；其中：绝缘栅双极型晶体管t1的源极与二极管d3的阳极相连，漏极与二极管d3的阴极相连；绝缘栅双极型晶体管t2的源极与二极管d4的阳极相连，漏极与二极管d4的阴极相连；二极管d1与电阻r1并联；电容c与电阻r2并联；二极管d2与电阻r3并联；绝缘栅双极型晶体管t1的漏极、二极管d3的阴极与二极管d1的阳极和电阻r1相连，二极管d1的阴极、电阻r1的另一端与电容c、电阻r2、绝缘栅双极型晶体管t2的漏极、二极管d4的阴极相连；绝缘栅双极型晶体管t2的源极、二极管d4的阳极与电阻r3、二极管d2的阴极相连；绝缘栅双极型晶体管t1的源极、二极管d3的阳极与电容c、电阻r2、电阻r3、二极管d2的阳极相连。
3.根据权利要求2所述的一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法包括多电平直流耗能装置的投入方式和切除方式；
4.根据权利要求3所述的一种模块化多电平直流耗能装置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法用于海上风电高压直流输电系统，海上风电高压直流输电系统与主电网相连形成供电系统；...
【专利技术属性】
技术研发人员：晁武杰，戴立宇，邓超平，黄均纬，王金柯，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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