[發明專利]大規模風電接入的柔性直流輸電故障電流協同抑制方法

有效

• 申請號: 202010437823.6
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111769530B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 江守其;李國慶;辛業春;王威儒;王振浩
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: H02H9/02
• 分類號: H02H9/02;H02M1/32;H02J3/36
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

1.一種大規模風電接入的柔性直流輸電故障電流協同抑制方法，其特征在于：在故障發生時提前于故障識別、依靠換流站主動限流控制和集成限流功能的耗散電阻間的協同配合，實現對直流故障電流和流過橋臂換流閥電流的有效抑制；包括下列步驟：

步驟(1)：設計主動限流控制啟動判據中電壓閾值U_dcth和電流變化率閾值ε，并實時監測系統運行狀態，包括風電場輸出功率、換流站提供的無功功率、直流電壓及電流；

步驟(2)：直流故障發生后，故障點電壓將瞬間跌落，其子模塊電容快速向故障點放電，產生過電流，在滿足主動限流控制啟動判據后，換流站立即切換至主動限流控制模式；

步驟(3)：根據直流電壓初始值U_dc0、調制比M、風電場并網母線電壓的安全閾值U_sth及其故障前輸出功率P_WF，結合如下公式計算換流站主動限流控制時各相投入子模塊數量的最小比例k；

式中：ω_s為系統角頻率；K為換流變壓器變比；U_sth為風電場并網母線電壓的安全閾值；α和L_x分別為換流變壓器閥側與故障極MMC之間的電壓相位差和等效電感；L₀為橋臂電抗器；

步驟(4)：在最近電平逼近調制過程中，將子模塊投入個數參考值N_ref由N切換至kN來減少同一時刻處于放電狀態的電容數量，其中k≤1，從而將直流側電壓降為kU_dc0，抑制直流故障電流上升率及峰值；

步驟(5)：觸發導通橋臂耗能支路的開關T_h，將全部耗散電阻投入運行，為交流側饋入電流提供新的流通路徑，具體流通路徑有兩條：一條是通過橋臂電感、子模塊與其他兩相構成回路；另一條是通過橋臂電感、耗散電阻以及晶閘管與其他兩相構成回路，通過分流降低流過換流閥的故障電流，防止其閉鎖；所述的耗散電阻是在三相上下橋臂對稱配置的，在換流站各相上、下橋臂電感兩端均設置一個耗能支路，由耗散電阻R_s和開關T_h組成，并將各相兩開關T_h之間的引出線相連，以構造交流電流的流通路徑，其中耗散電阻R_s采用傳統參數設計方法，并采取分組投切的控制策略，開關T_h承受的是單相橋臂電壓中交流分量的峰值，由多個開關單元構成；該方法具有限流功能，可以在故障期間轉移交流側饋入橋臂的電流，從而降低換流閥的電流應力，具有保護換流閥的作用；

步驟(6)：直流斷路器隔離故障后，當直流電壓和電流不再滿足啟動判據或檢測到直流故障被完全隔離時，換流站立即從主動限流控制模式切換至正常控制模式，恢復子模塊的正常投切，并撤除開關T_h的觸發脈沖，使其在電流過零點時自然關斷，恢復正常運行狀態。

2.根據權利要求1所述的大規模風電接入的柔性直流輸電故障電流協同抑制方法，其特征在于：步驟(1)、步驟(2)中所述的主動限流控制啟動判據是：直流電壓低于所設定的電壓閾值U_dcth，且直流電流變化率大于所設定的電流閾值ε，可在無需接收保護指令的情況下實現正常運行狀態和主動限流控制的快速切換。

3.根據權利要求1所述的大規模風電接入的柔性直流輸電故障電流協同抑制方法，其特征在于：步驟(3)中所述的換流站主動限流控制時各相投入子模塊數量最小比例k的選取原則是：以風電場穩定運行的電壓約束為判據，設計故障期間子模塊投入的最小比例，實現在不影響風電場安全運行的同時抑制直流故障電流。

4.根據權利要求1所述的大規模風電接入的柔性直流輸電故障電流協同抑制方法，其特征在于：通過主動限流控制和耗散電阻的協調配合，可在限制直流故障電流的同時進一步降低流過橋臂換流閥的電流，同時降低對直流斷路器開斷速度、容量及其制造成本的需求。