大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法技术

大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法，它属于新能源交直流并网控制技术领域。本发明专利技术解决了采用现有方法不能有效实现大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越的问题。本发明专利技术方法的具体过程为：在故障期间，送端换流站通过两阶段降压控制来抑制直流电压波动和实现直流功率的自适应平衡，双馈风电机组通过修正暂态电流控制来抑制转子过电流和定子电流的直流分量；所述两阶段降压控制由阶梯式降压控制和电压下垂控制组成，所述修正暂态电流控制由电压型有功电流降低控制和前馈暂态定子电流控制组成。本发明专利技术可以应用于大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越。

【技术实现步骤摘要】
大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法
本专利技术属于新能源交直流并网控制
，具体涉及一种大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法。
技术介绍
近年来，风电的开发利用取得了快速发展，大规模风电的输电与并网问题成为重要的研究课题。DFIG凭借其高发电效率和低变换器容量等优点已成为风电市场的主流机型。基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)技术具有模块化程度高、波形质量好、占地面积小等优点，是大规模风电并网的有效方式。然而，双馈风电场和直流输电系统的故障穿越(FRT)能力对系统运行稳定性和设备运行安全性具有重大影响。因此有必要对连接双馈风电场的柔性直流输电系统FRT控制方法展开研究。电网故障后，系统的控制目标是防止直流过电压。主要实现方式有：通过交流系统暂态重构提升网侧换流站(GSMMC)的功率传输能力，或者通过直流系统暂态重构释放直流等效电容的多余储能，或者快速降低风电功率。其中，交流系统暂态重构通过在受端附加串联变压器和机械开关实现，而直流暂态重构通过附加卸荷电路实现。上述方案的不足是：机械开关的响应延时会降低交流系统暂态重构的快速性，且引入额外设备如开关、串联变压器及卸荷电阻，提高了占地面积和投资成本。快速降低风电功率的方案按照原理不同可分为：基于通信的快速减载控制、升频控制和降压控制。其中，基于通信的减载控制会产生响应延时，通信故障时会降低系统可靠性。升频控制和降压控制均由风电场侧换流站(WFMMC)实现。升频控制受限于风轮机对频率变化率的耐受能力，降低了减载效率，导致明显的直流过电压。降压控制的实现方式有两种：一是对风电场模拟短路并施加去磁控制。但由此产生的冲击电流和转子过电流是一个关键问题。此外，降压过低还会引发风电机组的失步；二是采用下垂降压控制，同时在风电机组中引入附加减载控制。但是此方案不能实现对风电机组的去磁，而直流分量注入会导致MMC-HVDC产生严重的直流电压振荡，危及直流系统的稳定运行。因此，采用现有的方法还不能有效实现大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决采用现有方法不能有效实现大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越的问题，而提出了一种大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法，该方法包括以下步骤：在故障期间，送端换流站通过两阶段降压控制来抑制直流电压波动和实现直流功率的自适应平衡，双馈风电机组通过修正暂态电流控制来抑制转子过电流和定子电流的直流分量；所述两阶段降压控制由阶梯式降压控制和电压下垂控制组成，所述修正暂态电流控制由电压型有功电流降低控制和前馈暂态定子电流控制组成。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法，在电网故障后可以快速降低风电功率，保证直流电压不越限；避免风电场发生同步不稳定和暂态过电流的现象，提升了直流换流站和风电机组运行的安全性；有效实现了大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越。而且，本专利技术可以将MMC-HVDC子模块电容的尺寸降低至原来的80％，避免了风电机组中撬棒电路的使用，进一步节约设备投资，提高经济效益。附图说明图1是双馈风电场接入MMC-HVDC系统的示意图；其中：WF代表等值双馈风电机组(DFIG)，SEMMC和REMMC分别代表送端和受端换流站，Zc和Zl分别代表集电网络和输电线路的等值阻抗，Vw代表风电机组定子端电压；Pw代表等值风机的输出有功功率，Vdch代表换流站直流电压；Vg代表GSMMC并网点交流电压，Pg和Qg分别为REMMC向电网传输的有功和无功功率。图2是本专利技术的控制方法示意图；其中：RSC代表风电机组的转子侧换流器，GSC代表风电机组的网侧换流器；Iw代表风电场输出电流；isd和isq分别为风电机组定子电流的d轴和q轴分量；Vnormal代表正常运行时风电场的并网电压；Vdref、Vqref分别为送端换流站控制电压参考值的d轴和q轴分量；LPF代表低通滤波器。图3是故障期间，本专利技术提出的TVDC和MTCC方法得到的MMC-HVDC直流电压响应曲线示意图；图4是故障期间，本专利技术提出的TVDC和MTCC方法得到的风电机组定子端电压响应曲线示意图；图5是故障期间，本专利技术提出的TVDC和MTCC方法得到的风电机组有功电流响应曲线示意图；为正常工作时转子d轴电流；图6是故障期间，本专利技术提出的SVDC方法得到的定子端电压d轴分量响应曲线示意图；图7是故障期间，本专利技术提出的SVDC方法得到的定子端电压q轴分量响应曲线示意图；图8是SVDC方法下各时刻电压的相量关系图；为t2～t3时段的定子端电压幅值相量，为t3～t4时段的定子端电压幅值相量，为正常运行时定子端电压相量；图9是故障期间，本专利技术提出的VDACC曲线的示意图；图10是故障期间，本专利技术提出的FTSCC方法的示意图；其中：Kr为谐振控制增益，z为阻尼比，ird为转子d轴电流，irq为转子q轴电流，s为复频率，ωslip为转差，σ为漏磁系数，PI+R代表比例积分谐振控制，dq/abc代表Park反变换，RPC代表无功功率控制。图11是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的REMMC输出有功功率Pg仿真对比图；图12是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的直流电压仿真对比图；图13是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电场频率fw仿真对比图；图14是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电场并网电压Vw仿真对比图；图15是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电场输出电流iw仿真对比图；图16是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电场输出功率Pw仿真对比图；图17是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电场并网电压d轴分量Vwd仿真对比图；图18是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电场并网电压q轴分量Vwq仿真对比图；图19是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电机组磁链d轴分量ψsd仿真对比图；图20是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电机组磁链q轴分量ψsq仿真对比图；图21是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电机组定子电流d轴分量Isd仿真对比图；图22是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电机组定子电流q轴分量Isq仿真对比图；图23是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电机组转子电流Ir仿真对比图；图24是故障期间，采用本专利技术方法与典型降压方法的风电机组所需要转子电压Vr仿真对比图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式所述的大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法，其特征在于，所述方法具体为：/n在故障期间，送端换流站通过两阶段降压控制来抑制直流电压波动和实现直流功率的自适应平衡，双馈风电机组通过修正暂态电流控制来抑制转子过电流和定子电流的直流分量；/n所述两阶段降压控制由阶梯式降压控制和电压下垂控制组成，所述修正暂态电流控制由电压型有功电流降低控制和前馈暂态定子电流控制组成。/n

【技术特征摘要】
1.大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法，其特征在于，所述方法具体为：
在故障期间，送端换流站通过两阶段降压控制来抑制直流电压波动和实现直流功率的自适应平衡，双馈风电机组通过修正暂态电流控制来抑制转子过电流和定子电流的直流分量；
所述两阶段降压控制由阶梯式降压控制和电压下垂控制组成，所述修正暂态电流控制由电压型有功电流降低控制和前馈暂态定子电流控制组成。


2.根据权利要求1所述的大规模双馈风电场经柔性直流外送的协同故障穿越方法，其特征在于，所述阶梯式降压控制的具体过程为：
在t1时刻，PCC发生三相短路故障，在t2时刻，直流电压Vdch到达保护动作阈值且定义发生第一次阶跃降压的时刻为t3，发生第二次阶跃降压的时刻为t4，各时段定子端电压Vs的d轴、q轴分量分别表示为






式中，t代表时刻，Vsd代表定子端电压Vs的d轴分量，Vsnormal代表正常工作时定子端电压，为t2～t3时段的定子端电压幅值的d轴分量，Vsdrop1为t2～t3时段的定子端电压幅值，为t3～t4时段的定子端电压幅值的d轴分量，Vsdrop2为t3～t4时段的定子端电压幅值，θ1代表t2～t3时段定子端电压的相角；
Vsq代表定子端电压Vs的q轴分量，为t2～t3时段的定子端电压幅值的q轴分量；
定子端电压相量表示为



式中，e为自然对数，j为虚数单位，ωs为同步角频率；
不同电压降落程度对应的定子磁链矢量ψs表示为：



式中，Ir代表转子电流，Rs和Ls分别为定子电阻和电感，Lm为发电机励磁电感，C1和C2分别代表t2和t3时刻定子自由磁链ψsn的初始值；
在t2～t3和t3～t4时段，ψs均由自由分量ψsn和强制分量ψsf组成；
转...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫星，朱蒙，关万琳，陈晓光，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，大连理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23