[發(fā)明專利]一種提高海上風電多端柔直系統(tǒng)故障穿越能力的協(xié)調(diào)控制技術(shù)設(shè)計方案

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110051073.3
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112909990A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)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(quán)）人: 國網(wǎng)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(shù)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

本發(fā)明提供一種提高海上風電多端柔直系統(tǒng)故障穿越能力的協(xié)調(diào)控制技術(shù)設(shè)計方案，其特征是包括以下步驟：1)建立VSC?MTDC系統(tǒng)的數(shù)學模型。該多端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應由兩個海上風電場和2個岸上交流電網(wǎng)系統(tǒng)的四個VSC組成，其直流側(cè)通過直流網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接。2)設(shè)計VSC?MTDC系統(tǒng)的控制策略，包括大型風電場側(cè)換流站的控制策略和岸上交流電網(wǎng)側(cè)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(xiàn)對功率、電壓等相關(guān)量的控制功能。3)基于海上風電多端柔直系統(tǒng)的換流站的基本結(jié)構(gòu)與控制策略，提出了直流側(cè)采用直流Chopper電路與網(wǎng)側(cè)換流站控制策略相結(jié)合的故障穿越綜合控制策略，該策略能保障系統(tǒng)在交流側(cè)發(fā)生故障時穩(wěn)定運行。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及海上風電場電氣匯集系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域，尤其是涉及大型海上風電場多端柔直系統(tǒng)控制方案及故障穿越控制技術(shù)設(shè)計方案。

背景技術(shù)

近年來，可再生能源快速發(fā)展，已成為世界能源轉(zhuǎn)型的核心。風能資源豐富、技術(shù)成熟，是目前最具規(guī)模化開發(fā)、商業(yè)化發(fā)展?jié)摿η熬暗目稍偕茉础Ｏ啾扔陉懮巷L電，海上風電具有資源條件穩(wěn)定、靠近電力負荷中心等優(yōu)勢，近年來成為世界各國風電發(fā)展的重要方向。根據(jù)相關(guān)研究，全球海上風電裝機容量到2030年將達到153GW，主要集中在中國和歐洲。根據(jù)世界氣候變化委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change，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(fā)電將扮演著一個極其重要的角色。

大容量大規(guī)模海上風電經(jīng)VSC-MTDC聯(lián)網(wǎng)具有一定的技術(shù)優(yōu)勢，該系統(tǒng)主要由海上風電場、海上換流站、海上直流輸電線路、岸上換流站以及交流電網(wǎng)組成。柔性直流輸電系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)有功無功獨立控制，有良好的故障隔離功能。但當交流系統(tǒng)不可避免的發(fā)生嚴重三相故障時，誘發(fā)直流側(cè)電壓升高，如果系統(tǒng)不具故障穿越能力將導致還是風電系統(tǒng)脫網(wǎng)，而此時停機后重啟將造成大量的經(jīng)濟損失，同時而大規(guī)模風電機組脫網(wǎng)將嚴重影響地區(qū)的功率分布以及頻率穩(wěn)定，因此如何改善交流電網(wǎng)故障時整個風電送出系統(tǒng)的特性具有重要應用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本申請人針對現(xiàn)有技術(shù)，進行研究與改進，提供一種提高海上風電多端柔直系統(tǒng)故障穿越能力的協(xié)調(diào)控制技術(shù)設(shè)計方案。

為了解決上述問題，本發(fā)明采用如下方案：

一種提高海上風電多端柔直系統(tǒng)故障穿越能力的協(xié)調(diào)控制技術(shù)設(shè)計方案，包括下述步驟：

1)相較與傳統(tǒng)的兩端直流輸電系統(tǒng)，多端高壓直流輸電系統(tǒng)運行更加的靈活，可靠性更高，建立VSC-MTDC系統(tǒng)的數(shù)學模型。該多端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應由兩個海上風電場和2個岸上交流電網(wǎng)系統(tǒng)的四個VSC組成，其直流側(cè)通過直流網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接。

2)設(shè)計VSC-MTDC系統(tǒng)的控制策略，應包括大型風電場側(cè)換流站的控制策略和岸上交流電網(wǎng)側(cè)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(xiàn)對功率、電壓等相關(guān)量的控制功能，然而多端系統(tǒng)的運行可靠性和整體性能主要取決于直流電壓的穩(wěn)定和控制。

3)提高故障穿越能力的方案設(shè)計。2)中設(shè)計的控制策略可以實現(xiàn)風電系統(tǒng)無故障和輕微故障時的穩(wěn)定運行，但當系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障時，一般的控制策略無法實現(xiàn)故障穿越，造成系統(tǒng)過電壓。為解決這一問題，需要設(shè)計出海上風電VSC-MTDC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略。

所述步驟1)中，建立VSC-MTDC系統(tǒng)的數(shù)學模型，內(nèi)容如下。

該多端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應由兩個海上風電場和2個岸上交流電網(wǎng)系統(tǒng)的四個VSC組成，其直流側(cè)通過直流網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)連接。VSC-HVDC模型是組成本文多端直流輸電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。當三相電壓平衡時,VSC在同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型可以表示為: