[發明專利]一種適用于風電MMC-MTDC系統的協調故障穿越方法

有效

• 申請號: 202010079516.5
• 申請日: 2020-02-04
• 公開（公告）號: CN111162562B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 賈科;秦繼朔;畢天姝;鄭黎明;方煜;楊哲
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/36
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

本發明公開了一種適用于風電MMC?MTDC系統的協調故障穿越方法，包括，根據MMC?MTDC各節點輸入和輸出功率，推導出基于風場側MMC換流器WFMMC和風機側VSC換流器WTVSC的協調故障穿越控制參數；根據所推導出的協調故障穿越控制參數，從功率角度推導受端換流器GSMMC交流出口處發生短路故障時的穩態短路電流表達式；最后根據所推導出的穩態短路電流表達式，為MMC換流器子模塊規格的選用和換流器交流側保護的整定提供參考，從而實現風電MMC?MTDC系統的協調故障穿越。

技術領域

本發明涉及電力系統領域，特別是涉及一種適用于風電MMC-MTDC系統的協調故障穿越方法。

背景技術

開發和利用風能為代表的新能源對社會經濟發展、環境保護和應對能源短缺現狀等具有重要意義。近年來，風電的開發和利用取得了較大的進展，大規模風電場通過高壓直流輸電(HVDC)模式并網引起廣泛關注。基于模塊化多電平換流器(MMC)的高壓直流輸電技術結合了電壓源換流(VSC)技術與脈沖寬度調制技術，具有模塊化程度高、波形質量好、占地面積小等優點，是大規模風電并網的有效方式。與海上風電場相比，陸上風能資源較為分散，由此衍生出了基于直流輸電網的多端風電柔直送出系統(MMC-MTDC)。

目前，對于MMC-MTDC與風場協調配合低穿的研究較少，僅通過傳統的風場側MMC換流器降壓來實現故障穿越，實質上并沒有消除故障期間的不平衡功率，而是將不平衡功率向風場側轉移。這會使得風機背靠背系統承受較大壓力，Chopper電路頻繁、長時間開通，可能導致電路燒毀，因此有必要研究新的風電MMC-MTDC系統協調故障穿越策略。另外，隨著以張北柔性直流輸電示范性工程為代表的多端柔直工程的開展，直流輸電網各節點通常作功率等效，即在規劃過程中就已考慮到各節點可能的輸入與輸出功率。在此基礎上，為了給MMC換流器子模塊規格的選用和換流器交流側保護的整定提供參考，需預先估計各節點交流側短路時的穩態短路電流，因此有必要研究風電MMC-MTDC系統的穩態短路電流表達式。

發明內容

根據本發明的一個方面，提出一種適用于風電MMC-MTDC系統的協調故障穿越方法，所述風電MMC-MTDC系統包括：交流電網，3座風力發電廠1#、2#、3#，1個GSMMC換流站，3個WFMMC換流站1#WFMMC、2#WFMMC和3#WFMMC；

所述交流電網的交流輸電電壓等級為220kV，直流輸電電壓等級為±500kV，MMC半橋子模塊數為76；

所述3座風力發電廠1#、2#、3#各自的風場中，永磁風機數量分別為102臺、92臺、82臺，每單臺風機額定容量為5.2MW；l₀₁為1#WFMMC與GSMMC之間輸電線路長度，l₀₂為2#WFMMC與GSMMC之間輸電線路長度，l₁₃為1#WFMMC與3#WFMMC之間輸電線路長度，l₂₃為2#WFMMC與3#WFMMC之間輸電線路長度直流輸電線路長度，l₀₁、l₀₂、l₁₃、l₂₃分別為100km、120km、80km、60km；所述協調故障穿越方法包括以下步驟：

步驟1：根據MMC-MTDC各節點輸入和輸出功率，推導出基于風場側MMC換流器WFMMC和風機側VSC換流器WTVSC的協調故障穿越控制參數，具體是，當受端換流器GSMMC交流出口處發生短路故障時，通過WFMMC降壓控制降低WFMMC的交流輸入電壓，從而降低輸入功率，以降低直流輸電網上不平衡功率；同時，設計與WFMMC降壓控制相協調的風機側VSC換流器WTVSC降載控制，以消除不平衡功率；

所述WFMMC降壓控制采用V/f控制方式，控制輸入換流器的電壓幅值和頻率為恒定值，所述WFMMC降壓控制過程包括：

故障期間將降低換流器控制回路中的交流電壓參考值，其取值表示為式(1)所示：