[發明專利]海上風電柔直系統耗能裝置經濟性提升評估方法

有效

• 申請號: 202111403029.0
• 申請日: 2021-11-24
• 公開（公告）號: CN114336733B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 羅代軍;魯曉軍;胡宗邱;李夢柏;鄧海峰;金能;孫文才;陳功;陳飛宇
• 申請（專利權）人: 中國三峽建工(集團)有限公司;長江勘測規劃設計研究有限責任公司
• 主分類號: H02J3/38
• 分類號: H02J3/38;H02J3/32;H02J3/36;H02H7/26
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 陳家安

本發明公開了海上風電柔直系統耗能裝置經濟性提升評估方法。它包括如下步驟：步驟一：輸入海上風電柔直系統的特征參數，并進行數據預處理；步驟二：計算海上風電柔直系統的能量裕度；步驟三：校核海上風電柔直系統的能量裕度可行性；步驟四：計算并行投入策略下耗能裝置經濟性提升指標；步驟五：計算串行投入策略下耗能裝置經濟性提升指標。本發明具有在受端交流電網發生交流故障時定量評估海上風電柔直系統最大能量裕度，定量對比分析利用能量裕度吸能和電阻耗能的并行投入策略和串行投入策略對耗能裝置經濟性提升的情況，以確定采用何種投入策略的優點。

技術領域

本發明涉及電力系統輸電技術領域，特別是涉及經柔性直流輸電并網的海上風電工程領域，更具體地說它是一種經柔性直流并網的海上風電系統直流耗能裝置的經濟性提升評估方法。

背景技術

目前遠海海上風電并網均采用基于高壓柔性直流輸電(VSC-HVDC)的技術。模塊化多電平換流器(MMC)是一種更適用于高電壓等級和大傳輸容量的應用場景的柔性直流輸電換流器，因此在遠海風電的大規模并網中有廣闊的應用前景。我國江蘇如東海上風電柔性直流輸電項目就采用了MMC的換流器拓撲。

受端交流系統故障是海上風電柔性直流輸電系統設計和運行階段必須考慮的風險因素。當受端交流電網發生交流故障時，岸上換流站的送出交流功率受阻。而海上風電場依然源源不斷地傳輸風電功率至受端，導致陸上換流站交流側和直流側功率出現差額，差額功率不斷對MMC的眾多子模塊電容充電。在常規電流矢量控制下，陸上換流站將失去對直流電壓的控制能力，導致直流過電壓。

為了抑制受端交流故障引起的直流過電壓，工程上目前常采用的方法是在系統中配置一定容量的耗能裝置來耗散差額功率，包括交流耗能和直流耗能裝置。對于海上風電而言，在海上配置交流耗能裝置會增大海上平臺的面積和承重需求，增大工程建造投資，且海上平臺運維條件苛刻，對系統可靠性的要求極高。因此，經柔直并網的海上風電一般在岸上換流站的直流側安裝直流耗能裝置，進而耗散岸上交流電網故障期間系統的盈余功率，避免直流過電壓。

如東海上風電項目在岸上站直流側安裝了直流耗能閥。當直流電壓超過直流耗能裝置的動作閾值時，通過調節直流耗能閥投入的子模塊數量，控制耗能電阻兩端的直流電壓，調節耗能功率，進而避免換流站直流側過電壓。

為了提升直流耗能閥的運行經濟性，可以充分挖掘換流閥的能量裕度，在交流故障期間可以利用換流閥的能量裕度暫時吸收系統的盈余功率。發明專利202010858844.5《海上風電經柔直并網系統交流故障下的主動能量控制方法》公開了一種應對交流故障的主動能量控制方法。該方法中耗能裝置和岸上換流站的主動能量控制一起投入，從而分擔耗能裝置的耗散功率。

然而，不僅換流閥有一定的能量裕度，直流耗能閥中也有大量的子模塊電容，以及直流海纜的直流電容等儲能元件均具備一定的能量裕度，因此需要將這部分能量裕度也利用起來。此外，利用電容進行系統盈余功率，不僅可以和耗能裝置并行策略，也可以采用先利用電容吸收系統盈余功率、再投入耗能裝置的串行控制策略。如何定量分析海上風電柔直系統的最大能量裕度，以及對比評估利用能量裕度吸能和電阻耗能的并行控制策略和串行控制策略對耗能裝置經濟性的提升情況，均有待進一步研究。

因此，開發一種在受端交流電網發生交流故障時定量評估海上風電柔直系統最大能量裕度，定量對比分析利用能量裕度吸能和電阻耗能的并行投入策略和串行投入策略對耗能裝置經濟性提升的情況，以確定采用何種投入策略的評估方法很有必要。

發明內容

本發明的目的是提供一種海上風電柔直系統耗能裝置經濟性提升評估方法，根據柔性直流換流閥和直流耗能閥的工程參數，結合受端電網交流故障數據的統計特性，計算換流閥采用不同的主動能量控制策略下直流耗能閥的投入時間、耗散功率和耗散能量等數據，并最終折算為經濟性提升的指標，從而在受端交流電網發生交流故障時定量評估海上風電柔直系統最大能量裕度，定量對比分析利用能量裕度吸能和電阻耗能的并行投入策略和串行投入策略對耗能裝置經濟性提升的情況，以確定采用何種投入策略。