[發明專利]一種提高海上風電柔性多端匯集系統復雜故障穿越能力的協調控制技術設計方案

在審

• 申請號: 202011037871.2
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112736960A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 尹忠東;盧筱莉
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;北京科力源能源技術有限公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/36;H02J3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出一種提高海上風電柔性多端匯集系統復雜故障穿越能力的協調控制技術設計方案，該方案包括1)穩態仿真驗證控制策略，確定了本發明中提到基本控制策略，使得多端網絡在穩態時正常安全運行。2)通過分別對主站電網、從站電網以及風電場實施故障來驗證本方案的可行性，驗證單處故障時，系統能穩定運行。3)實施復雜多重故障對綜合復雜故障穿越協調控制策略進行驗證并分析，通過同時對主站電網、從站電網以及風電場實施故障，形成復雜故障的環境。導致直流母線電壓跌落，系統將在主從調度控制下切換成復雜故障穿越協調控制策略，同時將會通過對混合直流ETO控制卸荷電路的投切運行，來使冗余功率得以泄放，達到穩定平衡直流母線電壓的目的。

技術領域

本發明主要涉及的技術領域是大型海上風電場電氣多端匯集系統設計領域，其中包括多端柔性直流匯集系統的模型建立與控制技術設計方案，以及針對系統處于復雜多重故障時穿越能力的協調控制技術設計。

背景技術

在全球能源清潔化的背景下，海上風電具有資源條件穩定、靠近電力負荷中心等優勢，近年來成為世界各國風電發展的重要方向。根據相關研究，全球海上風電裝機主要集中在中國和歐洲。根據世界氣候變化委員會(Intergovernmental Panel on ClimateChange，IPCC)的報告，到2050年，世界上80％的能源供應來自于可再生能源，其中風力發電將扮演著一個極其重要的角色。隨著海上風電的快速發展，尤其是建設大型海上風電基地的迫切需求，大規模海上風電的送出與并網成為亟需研究和解決的問題。當交流電網中發生復雜多重故障時，多端網絡系統直流母線電壓升高，會導致大規模風電系統脫網，嚴重影響地區的功率分布以及頻率穩定。因此如何提高海上風電柔性多端匯集系統復雜故障穿越能力、設計相關的控制技術具有重要實際應用價值。

目前有關風電柔性多端直流送出系統故障穿越的研究主要是針對系統發生單處故障的情況，并沒有考慮到海上風電多端柔直系統在多重故障時穿越能力問題；有些研究針對風電系統提出系統故障安全域，并根據泄能電阻的設計原則給出了適用于不同風電運行工況的投切控制策略，但是沒考慮多端時系統的控制策略；有些是針對高壓直流輸電系統的直流短路故障時系統故障穿越控制策略的設計，但也未結合海上風電多端系統。本發明將給出的關于提高海上風電柔性多端匯集系統復雜故障穿越能力的協調控制技術設計是一種比較綜合的控制方案。

發明內容

本申請人針對現有技術，進行研究與改進，提供一種提高海上風電柔性多端匯集系統復雜故障穿越能力的協調控制技術設計方案。

為了解決上述問題，本發明采用如下方案：

一種提高海上風電柔性多端匯集系統復雜故障穿越能力的協調控制技術設計方案，包括下述步驟：

1)建立柔性多端匯集系統的數學模型。基于分析模型的簡化，建立包含2個SCE(送端換流站) 和2個REC(受端換流站)的四端柔性匯集送出系統，直流側通過直流母線聯接，送端換流站聯接風電場，受端換流站聯接交流電網。

2)設計柔性多端匯集系統換流站的控制策略。所設計的控制策略應包含風電場送端換流站和岸上交流電網受端換流站的綜合控制策略。根據各個換流站控制目標的不同，應分別對相應的控制做出分析和設計，其中風電場送端換流站主要實現對功率和電壓的穩定控制，電網側受端換流站則需要根據需求進行對功率、電壓、頻率等相關量的控制。直流母線穩壓控制是柔性多端匯集系統運行可靠性和整體性的主要決定因素。

3)設計出提高該系統復雜故障穿越能力的協調控制方案。一般的控制策略能實現系統在無故障和單處輕微故障時的穿越問題，但無法實現嚴重多重故障的穿越問題，所以針對于該多端系統同時不同處發生多種故障的情況，為解決這一問題需要設計出一種能實現風電多端系統復雜故障穿越的控制，從而實現系統的穩定運行。

所述步驟1)中，建立柔性多端匯集系統換流站的數學模型，內容如下。