[發明專利]一種風電柔直并網的交直流故障穿越及能量耗散方法

有效

• 申請號: 201711399632.X
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN107994613B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 向往;曹帥;林衛星;文勁宇;楊之翰;俞恩科;姚良忠;汪洋;李世強;胡文侃;楊波;李琰;陶以彬;曹遠志;王志冰;劉艷章
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;國網浙江省電力有限公司;中國電力科學研究院有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02H7/26;H02H9/04;H02J9/06
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張建偉;曹葆青

1.一種風電柔直并網的交直流故障穿越及能量耗散方法，該柔性直流網絡包括風電場、風電場側換流站WFMMC、網側換流站GSMMC、耗散電阻裝置和斬波電阻裝置；其中：

風電場輸出與風電場側換流站WFMMC之間通過交流三相母線連接，風電場側換流站WFMMC與網側換流站GSMMC之間采用一回直流輸電線路連接；所述耗散電阻裝置并聯在WFMMC的交流側，所述斬波電阻裝置并聯在風電場內部全功率變頻器的直流聯絡線正負極之間；

該方法包括以下步驟：

(1)通過全功率變頻器FPC，使風力發電機出口頻率穩定，風電發電機采用槳距角控制實現最大功率跟蹤，全功率變頻器FPC機側采用定功率控制，全功率變頻器FPC電網側采用定直流電壓控制，從而輸出穩定的風電功率；

所述風電場側WFMMC和電網側GSMMC均為具有直流故障穿越能力的混合型MMC，風電場側WFMMC采用定交流電壓控制，電網側GSMMC采用定直流電壓控制；

(2)每個換流站通過檢測其直流端口電壓，判斷柔性直流網絡是否發生故障，是則轉步驟(3)，否則繼續進行檢測；

(3)判斷短路故障類型，作出不同處置；交流短路故障則轉步驟(4)(此時電網側GSMMC和風電場側WFMMC檢測直流電壓上升高于設定值時)，直流短路故障則轉步驟(5)(此時電網側GSMMC和風電場側WFMMC檢測直流電壓跌落低于設定值時)；

所述交流故障指網側換流站GSMMC外接大電網線路故障；所述直流故障指風電場側換流站WFMMC和電網側GSMMC之間的直流線路故障；所述故障指短路故障；

(4)將電網側GSMMC設定為定直流電流控制，通過調整電網側GSMMC的直流調制比Mdc，實現限幅限制直流電壓，從而保證直流線路過壓不超過線路耐受能力；當耗散電阻裝置檢測WFMMC直流側電壓大于閾值時投入，用于消耗故障期間風電能量；

故障消除后，直流電壓參考值(或指令值)采用斜降函數使風電場側WFMMC和電網側GSMMC之間線路直流電壓逐漸下降，從而實現直流電壓跟蹤穩定；斬波電阻裝置檢測全功率變頻器的直流電壓，大于閾值時投入，限定風機功率輸出；轉步驟(2)；

(5)將電網側GSMMC和風電場側WFMMC均設為零直流電流控制，通過降低其直流調制比Mdc，降低直流電壓，以實現不閉鎖運行；當耗散電阻裝置檢測WFMMC直流側電壓低于設定閾值時投入，用于消耗故障期間風電能量；

故障消除后，電網側GSMMC恢復為定直流電壓控制，其參考電壓值采用斜升函數使直流電壓跟蹤穩定；風電場側WFMMC恢復為子模塊平均電壓控制，風電功率重新進行輸送；

所述斬波電阻裝置通過檢測全功率變頻器的直流電壓，在故障消除后，限定風機功率輸出，保證風電功率的安全送出，轉步驟(2)。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，風電場側WFMMC的交流外環采用定交流電壓幅值和頻率控制，外環輸出交流電流參考值到其內環，通過PI控制使交流電流跟蹤上升穩定至額定值；風電場側WFMMC的直流外環采用子模塊平均電容電壓控制，輸出直流電壓參考值到直流內環，通過PI控制產生直流調制比Mdc，從而輸出直流電壓。

3.根據權利要求1所述的風電場側WFMMC控制方法，其特征在于，所述步驟(4)中，耗散電阻裝置檢測WFMMC直流側電壓大于1.15pu時投入，用于消耗過量功率；所述步驟(5)中，耗散電阻檢測到直流電壓低于0.9pu時投入，用來吸收剩余的風電能量，從而保護MMC子模塊安全和風機安全；在故障清除后，耗散電阻裝置切斷。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述換流站均包含A、B、C三相，每相由上、下兩個橋臂組成，每個橋臂均由半橋型子模塊和全橋型子模塊等比例混合組成；正常工作時，GSMMC用于確定直流電壓，WFMMC用于確定并網點交流電壓；。

5.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述網側GSMMC控制的交流外環參考值為換流器所有子模塊電容電壓平均值，網側GSMMC內環對交流電流進行控制；網側GSMMC直流外環采用定直流電壓控制，用于穩定整個系統的直流電壓。

6.根據權利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述耗散電阻裝置采用快速晶閘管控制耗散電阻實現投切；設置風電場側直流電壓上下波動閾值在閾值高于上限值或低于下限值時所述耗散電阻裝置均投入，防止故障期間的風電功率損壞換流器中的電力電子器件。