[發明專利]一種提高海上風電多端柔直系統故障穿越能力的協調控制技術設計方案

在審

• 申請號: 202110051073.3
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112909990A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 張明耀;高義新;劉俊旭;曲世凱;董樂;杜耀恒;廉偉;劉亭亭;徐楨;宋峰;劉杰;張學清;謝博;郭松宇;劉樹華;胡國偉;孫立浩
• 申請（專利權）人: 國網山東省電力公司煙臺供電公司;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;H02J3/48;H02J3/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種提高海上風電多端柔直系統故障穿越能力的協調控制技術設計方案，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立VSC-MTDC系統的數學模型。建立多端網絡系統由兩個海上風電場和2個岸上交流電網系統的四個VSC組成，其直流側通過直流網絡并聯連接。

2)設計VSC-MTDC系統的控制策略，應包括大型風電場側換流站的控制策略和岸上交流電網側的控制策略，其中各個換流站之間的控制方法存在不同。換流站的控制器主要用于實現對功率、電壓等相關量的控制功能，然而多端系統的運行可靠性和整體性能主要取決于直流電壓的穩定和控制。

3)提高故障穿越能力的方案設計。2)中設計的控制策略可以實現風電系統無故障和輕微故障時的穩定運行，但當系統出現嚴重故障時，一般的控制策略無法實現故障穿越，造成系統過電壓。為解決這一問題，需要設計出海上風電VSC-MTDC系統協調控制策略。

2.根據權利要求1所述，設計一種能提高海上風電多端柔直系統故障穿越能力的協調控制策略方案。具體步驟如下：

1)VSC-MTDC系統的數學模型

該多端網絡系統應由兩個海上風電場和2個岸上交流電網系統的四個VSC組成，其直流側通過直流網絡并聯連接。VSC-HVDC模型是組成本文多端直流輸電系統的基本結構。當三相電壓平衡時,VSC在同步旋轉坐標系下的數學模型可以表示為:

式(1)中，u_sd、u_sq為電網電壓的dq軸分量；u_cd、u_cq為VSC交流側電壓基波的dq軸分量；i_sd、i_sq為電網電流的dq軸分量；S_d、S_q為同步坐標系下的開關函數。經坐標變換后,三相交流量變換成直流量,便于電流的解耦控、有功與無功獨立調節。本文采用如下dq坐標定義:

式中θ為電網電壓矢量的相位角。

式(1)經過abc/dq0坐標變換可寫為：

2)VSC-MTDC系統的控制策略

式(3)表明，d、q軸電流除了受控制量u_cd、u_cq的影響，還受電流交叉耦合項Li_q、Li_d以及電網電壓u_sd、u_sq的影響。可推導出如圖2所示的針對VSC交流側有功功率P和無功功率Q的解耦控制器

式中：v_d、v_q分別是d軸和q軸上的電流環PI控制器的輸出；i_dref、i_qref分別是依據式(3)將有功功率和無功功率控制的輸出指令值直接轉換成的內環電流參考指令值；Li_d和Li_q作為d、q軸電壓耦合補償項，使非線性方程實現解耦。這樣的解耦控制方案可以實現對有功功率、無功功率獨立調節且靜態無差，能夠保證系統具有較好的動態性能。

為實現有功功率的傳輸調度，在VSC-HVDC系統中必須選擇一端口的VSC用于控制其直流側電壓，充當整個直流網絡的有功功率平衡換流器。定直流電壓和定無功功率控制側的整體控制框圖如圖3所示。該控制方案與升壓型PWM整流電路的控制方案相一致。直流電壓檢測值與直流電壓基準值進行比較，其偏差經過PI調節后作為內環d軸電流參考指令值i_dref；無功功率參考指令轉換為q軸電流參考指令值i_qref；換流站交流側的三相電流，經坐標變換后與已得到的d、q軸電流參考值進行比較，其偏差進行PI調節后送入PWM發生器以驅動觸發功率開關管，從而實現直流電壓和無功功率的穩定控制。該解耦控制方案可以實現直流電壓和無功功率獨立調節且靜態無差，使系統具備較好的動態特性。