构网型风机经二极管整流直流送出系统故障穿越方法与流程

本发明属于新能源发电，具体涉及一种构网型风机经二极管整流直流送出系统故障穿越方法。

背景技术：

1、目前，海上风电正在朝着深远海方向发展，基于模块化多电平换流器(mmc)拓扑的柔性直流输电技术具有制造难度低，系统损耗低，波形质量高等优点，在远距离电能汇集和输送中有十分良好的应用前景。然而，在大容量海上风电场柔直输电系统中，采用mmc拓扑结构的海上换流站的体积和重量较大，其建设与运输成本很高，不利于海上风电的平价上网。与mmc拓扑结构相比，采用二极管拓扑能够显著降低设备的体积和重量，从而降低海上换流站建设成本。由于二极管拓扑无法控制海上交流电压，采用这种拓扑结构送出的风电机组需要采用构网型控制策略。

2、送端交流电网电压与直流输电系统直流电压共同决定了二极管换流器的输送功率，当受端交流电网故障时，盈余功率会导致直流母线电压升高，此时二极管输出的有功功率会降低，使盈余功率转而积累在海上交流电网，这种故障特性与基于mmc换流器的海上风电直流输电系统具有显著区别，需要结合构网型风机的控制策略进一步研究其故障穿越方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对构网型风机经二极管整流送出系统的在受端交流电网故障下的功率盈余问题，提供一种构网型风机经二极管整流直流送出系统故障穿越方法；通过受端mmc换流器与风电机组的协同控制，将系统的盈余功率转移至风机直流母线上，通过风机撬棒电路实现盈余功率的消纳，在无需额外增加直流输电系统耗能装置的条件下，实现系统的故障穿越。

2、为了实现上述发明目的，本方法采取如下技术方案：

3、一种构网型风机经二极管整流直流送出系统故障穿越方法，其特征在于，所述构网型风机经二极管整流直流送出系统包括：风力发电机、风机机侧换流器、风机撬棒电路、风机网侧换流器、风机升压变压器、送端联接变压器、送端二极管换流器、受端mmc换流器、受端联接变压器；

4、所述风力发电机经过风机机侧换流器，风机直流母线和风机网侧换流器接入海上交流电网，再通过风机升压变压器升压至海上交流母线的电压等级，风机撬棒电路并联在风机直流母线上；多个风机升压变压器在海上交流母线汇集后，通过送端联接变压器升压至与直流输电系统相匹配的电压等级，再通过送端二极管换流器整流为直流，输送至受端后通过受端mmc换流器逆变为交流，通过受端联接变压器与受端交流电网相连；

5、实现所述故障穿越方法所采用的控制系统包括：风机网侧换流器控制系统，风机机侧换流器控制系统，风机撬棒电路控制系统，受端mmc换流器控制系统；

6、所述风机网侧换流器控制系统，采用基于有功-频率耦合、无功-电压耦合的构网型控制策略，负责维持送端交流电网的稳定；在系统故障穿越阶段，当送端交流电网角频率升高时，能够降低风机网侧换流器输出的有功功率；

7、所述风机机侧换流器控制系统，在系统正常运行阶段，采用定直流母线电压和无功功率控制模式，负责维持风机直流母线电压稳定；在系统故障穿越阶段，切换至定有功功率和无功功率控制模式，其有功功率参考值由最大功率跟踪模块给定；

8、所述风机撬棒电路控制系统，根据风机直流母线电压调整自身投入状态，在故障穿越阶段间歇性投入运行，消耗系统中的盈余功率，维持风机直流母线电压在一定范围内波动；

9、所述受端mmc换流器控制系统，采用定直流母线电压和无功功率控制策略，根据送端交流电网角频率，调节直流输电系统直流母线电压，维持系统内有功功率平衡。

10、进一步地，所述风机机侧换流器控制系统的具体实现方式如下，在系统正常运行阶段，采用定直流母线电压和无功功率控制模式，具体实现方式如下：

11、isdref＝fpi7(s)(qsref-qs)

12、

13、isqref＝fpi5(s)(udcref-udc)

14、

15、其中：fpi5(s)为直流母线电压pi控制器的传递函数，kp5为比例系数，ki5为积分系数，fpi7(s)为无功功率pi控制器的传递函数，kp7为比例系数，ki7为积分系数，isdref,isqref对应为电流矢量isdqref的d轴，q轴分量，udcref为风机直流母线电压参考值，udc为风机直流母线电压，qsref为无功功率参考值，qs为无功功率；

16、在系统故障穿越阶段，切换至定有功功率和无功功率控制模式，其有功功率参考值由最大功率跟踪模块给定，具体实现方式如下：

17、isdref＝fpi7(s)(qsref-qs)

18、

19、isqref＝fpi6(s)(psref-ps)

20、

21、其中：fpi6(s)为有功功率pi控制器的传递函数，kp6为比例系数，ki6为积分系数，fpi7(s)为无功功率pi控制器的传递函数，kp7为比例系数，ki7为积分系数，isdref,isqref对应为电流矢量isdqref的d轴，q轴分量，psref为有功功率参考值，ps为有功功率，qsref为无功功率参考值，qs为无功功率。

22、本发明的有益效果是：

23、通过采用本发明的技术方案，采用受端mmc换流器与风电机组的协同控制策略，在受端交流电网发生故障时，能够将直流输电系统的盈余功率转移至风机直流母线上，通过风机撬棒电路实现盈余功率的消纳，无需额外增加直流输电系统耗能装置等措施，就可以实现构网型风机经二极管整流直流送出系统的故障穿越，具有显著的经济效益与良好的应用前景。

技术特征：

1.一种构网型风机经二极管整流直流送出系统故障穿越方法，其特征在于，所述构网型风机经二极管整流直流送出系统包括：风力发电机、风机机侧换流器、风机撬棒电路、风机网侧换流器、风机升压变压器、送端联接变压器、送端二极管换流器、受端mmc换流器、受端联接变压器；

2.根据权利要求1所述的构网型风机经二极管整流直流送出系统故障穿越方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种构网型风机经二极管整流直流送出系统故障穿越方法，针对构网型风机经二极管整流送出系统的在受端交流电网故障下的功率盈余问题，提出一种故障穿越方法，采用受端MMC换流器与风电机组的协同控制策略，在受端交流电网发生故障时，将直流输电系统的盈余功率转移至风机直流母线上，通过风机撬棒电路实现盈余功率的消纳，无需额外增加直流输电系统耗能装置等措施，就可以实现构网型风机经二极管整流直流送出系统的故障穿越，具有显著的经济效益与良好的应用前景。技术研发人员：王霄鹤,戚海峰,陈晴,杨林刚,杨文斌,谢瑞,陈玮,严铭,殷贵受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/18