[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

技術領域

本發明屬于電力系統輸配電技術領域，更具體地，涉及一種風電柔直并網的交直流故障穿越及能量耗散方法。

背景技術

21世紀以來，為了減少碳排放、降低燃煤發電比例，風電作為最具競爭力的清潔能源得到了廣泛應用。為減少“棄風”現象的發生，內陸風電基地可通過遠距離架空線路進行并網，將風能傳輸至負荷中心。采用模塊化多電平換流器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流輸電技術具有有功無功控制解耦、可連接無源電網等多方面的技術優勢，是實現大規模風電遠距離并網的有效方法，自提出以來在工業界得到了廣泛的應用。

隨著風電并網傳輸系統的電壓、容量等級越來越高，傳輸距離越來越遠，這使得采用架空線遠距離傳輸成為必然趨勢。直流架空線路故障率較高，且大都為瞬時性故障，采用開斷交流斷路器從而切斷直流故障電流的方法將大大增大系統中斷供電的時間以及恢復供電的時間，危及電力系統的安全穩定運行，并因中斷供電可能造成重大經濟損失與社會問題。

采用常規基于半橋型子模塊(half bridge sub-module，HBSM)的模塊化多電平換流器進行風電并網，需裝設大功率直流斷路器(direct circuit current breaker，DC CB)以切除直流故障。但直流斷路器造價昂貴且可靠性有待驗證。一些文獻提出了具有直流故障阻斷能力的子模塊拓撲，例如 (clamp double sub-module，CDSM)、(self-block sub-module，SBSM)等，但是阻斷故障電流的方法需要MMC閉鎖，延長了系統的恢復速度。由 HBSM和全橋子模塊(full bridge sub-module，FBSM)組成的混合型MMC 具備交直流解耦能力，可不閉鎖換流器穿越故障，從而降低了對直流斷路器的需求，并能夠持續為風機提供支撐。但現有文獻均關注混合型MMC 的本體研究，例如子模塊比例配置、直流故障穿越控制器的設計等，對于應用于風電并網的研究很少，特別是含風電的MMC-(high voltage direct current transmission，HVDC)系統的故障穿越。

另一方面，由于風電場在故障期間不斷輸出功率，為避免盈余功率灌注MMC，導致子模塊電容器過電壓以及電力電子元件損壞，必須采取措施消除過剩的風電。為了解決該問題，宋強等人提出了在子模塊增加耗散電阻的方案(李琦，宋強，劉文華，等.基于柔性直流輸電的風電場并網故障穿越協調控制策略[J].電網技術,2014,38(7):1739-1745.)，該方案增加了子模塊設計的復雜度，提高了制造成本；李道洋等人提出了基于通訊的風電場降輸出功率控制策略，該方法具有通訊延時，動作反應較慢(李道洋，姚為正，吳金龍，等.應用于海上風電場柔性直流接入系統的直流故障穿越協同控制策略[J].電網技術,2016,40(1):47-54.)。也有人提出在直流線路上并聯耗散電阻的方案，以便在故障期間吸收風功率，但其所需電阻阻值過大，且成本高、占地面積大。更進一步地，上述現有方案并未針對風電柔直并網系統的交直流故障穿越、故障能量耗散及子模塊內部過電壓進行綜合分析。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種風電柔直并網的交直流故障穿越及能量耗散方法，其目的在于使得正常運行以及交直流故障期間，可以確保交直流電流、電壓維持在安全范圍內。風機能夠維持正常運行，從而實現風電并網系統的交直流故障無閉鎖穿越及快速恢復，解決現有技術存在的交直流故障下風機脫網問題。

為實現本發明的上述目的，采用的具體技術方案如下：

一種風電柔直并網的交直流故障穿越及能量耗散方法，所述柔性直流網絡包括一個風電場、一個風電場側換流站WFMMC、一個網側換流站 GSMMC、一組耗散電阻裝置和一組斬波電阻裝置，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：