海上风电低频输电系统海上站站用电源故障保护方法与流程

本发明属于新能源发电领域，具体涉及一种海上风电低频输电系统海上站站用电源故障保护方法。

背景技术：

1、目前，海上风电场的建设逐渐由近距离、小容量向着深远海、大规模方向发展。当海上风电场离岸超过一定距离后，采用传统的工频交流输电方式存在着海缆等效电容消耗无功功率过大的问题。柔性低频输电方式由于输电频率显著低于工频输电方式，低频交流海缆充电功率小，可提升交流海缆的输电能力。同时，与柔性直流输电方式相比，柔性低频输电具备电流过零开断、易组网的优势，可利用风机直接输出低频电能，无须海上换流平台。因此，海上风电柔性低频交流输电方式兼具工频交流输电与柔性直流输电的优点，在中远距离海上风电送出场景具有优势。

2、在海上风电低频输电系统的海上升压站，输电系统主回路频率均为低频，而海上站站用电系统需要工频电源供电，因此需要站用电变频器将从变压器第三绕组引出的低频电源变频为工频电源。与传统工频输电系统不同，海上低频变压器的高压和中压绕组侧分别为m3c换流器和风机网侧换流器，均为电力电子设备，在故障阶段体现为电流源特性，而不是电压源特性。因此，当海上站站用电回路发生短路故障时，仅通过增大变压器的阻抗，难以充分限制第三绕组站用电回路的短路电流。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决海上风电低频输电系统海上站站用电电源故障电流难以得到有效抑制的问题，提供一种海上风电低频输电系统海上站站用电源故障保护方法，通过对m3c和风机网侧换流器的控制策略进行优化，实现对于海上站站用电源回路短路电流的有效抑制，保护站用电系统安全。

2、为了实现上述发明目的，本方法采取如下技术方案：

3、一种海上风电低频输电系统海上站站用电源故障保护方法，实现所述方法的m3c换流阀控制系统包括：低频交流电压控制模块、低频电流控制模块、低频内部环流控制模块、工频控制模块、桥臂电压计算模块、m3c调制模块；实现所述方法的风机网侧换流器控制系统包括：风机直流母线电压和无功功率控制模块、风机输出电流控制模块、风机网侧换流器调制模块；

4、所述低频交流电压控制模块，对低频d、q轴电压ugdq1通过低频交流电压pi控制器进行控制，使其分别跟随给定的d、q轴电压参考值ugd1ref及ugq1ref，低频交流电压pi控制器的输出经过限幅环节后，分别作为d、q轴电流的参考值ivd1ref和ivq1ref；其中，限幅环节的限幅值根据海上站站用电源回路电流计算；

5、所述低频电流控制模块，对低频d、q轴电流ivdq1采用低频电流pi控制器进行控制，使其跟随d、q轴电流的参考值ivd1ref和ivq1ref，低频电流pi控制器的输出经过限幅环节后，作为低频输出电压；

6、所述低频内部环流控制模块，将低频内部环流icαβ1作为控制器的反馈值，无需对其进行旋转坐标变换，在静止坐标系下即可实现控制，低频内部环流控制器的输出作为低频内部环流电压ucαβ1；

7、所述工频控制模块，对m3c电容电压平均值uc，和工频无功功率qg2进行控制，使其分别跟随给定的电压参考值ucref及工频无功功率参考值qg2ref，并对工频内部环流icαβ2进行抑制，工频控制模块的输出为工频输出电压uvdq2、工频内部环流电压ucαβ2；

8、所述桥臂电压计算模块，利用低频输出电压uvdq1、低频内部环流电压ucαβ1、工频输出电压uvdq2、工频内部环流电压ucαβ2，计算得到m3c换频阀九个桥臂的参考电压；

9、所述m3c调制模块，根据m3c换频阀九个桥臂的参考电压生成调制指令，实现对m3c换频阀的控制；

10、所述风机直流母线电压和无功功率控制模块，对风机直流母线电压udc和输出无功功率qw1通过直流母线电压和无功功率pi控制器进行控制，使其分别跟随给定的风机直流母线电压参考值udcref及输出无功功率参考值qw1ref，直流母线电压和无功功率pi控制器的输出经过限幅环节后，分别作为d、q轴电流的参考值iwd1ref和iwq1ref；其中，限幅环节的限幅值根据海上站站用电源回路电流计算；

11、所述风机输出电流控制模块，对风机网侧换流器d、q轴电流iwdq1采用风机输出电流pi控制器进行控制，使其跟随d、q轴电流的参考值iwd1ref和iwq1ref，风机输出电流pi控制器的输出经过限幅环节后，作为风机网侧变流器参考电压；

12、所述风机网侧换流器调制模块，根据风机网侧变流器参考电压生成调制指令，实现对风机网侧变流器控制。

13、进一步地，所述低频交流电压控制模块，具体实现方式如下：

14、

15、其中：fpi1(s)为低频交流电压pi控制器的传递函数，kp1为比例系数，ki1为积分系数，ivd1ref,ivq1ref对应为电流矢量ivdq1ref的d轴，q轴分量，ivd1refx,ivq1refx为计算过程的中间变量，ivdmax,ivqmax为d轴，q轴低频交流电流的实际限幅值，ivdmax1,ivqmax1为d轴，q轴低频交流电流的第一备选限幅值，ivdmax2,ivqmax2为d轴，q轴低频交流电流的第二备选限幅值，i3rd为海上站站用电源回路电流最大瞬时值，i3rdmax为海上站站用电源回路电流保护阈值。

16、进一步地，所述风机直流母线电压和无功功率控制模块，具体实现方式如下：

17、

18、其中：fpi2(s)为风机直流母线电压和无功功率pi控制器的传递函数，kp2为比例系数，ki2为积分系数，iwd1ref,iwq1ref对应为iwdq1ref的d轴，q轴分量，iwd1refx,iwq1refx为计算过程的中间变量，iwdmax,iwqmax为d轴，q轴风机输出电流的实际限幅值，iwdmax1,iwqmax1为d轴，q轴风机输出电流的第一备选限幅值，iwdmax2,iwqmax2为d轴，q轴风机输出电流的第二备选限幅值，i3rd为海上站站用电源回路电流最大瞬时值，i3rdmax为海上站站用电源回路电流保护阈值。

19、本发明的有益效果是：

20、本发明从m3c和风机网侧换流器改进控制策略的角度，对m3c和风机网侧换流器的控制策略进行优化，通过采用本发明的技术方案，能够在无需显著增大变压器阻抗的条件下，实现对于海上站站用电源回路短路电流的有效抑制，保护站用电系统安全。

技术特征：

1.一种海上风电低频输电系统海上站站用电源故障保护方法，其特征在于，实现所述方法的m3c换流阀控制系统包括：低频交流电压控制模块、低频电流控制模块、低频内部环流控制模块、工频控制模块、桥臂电压计算模块、m3c调制模块；实现所述方法的风机网侧换流器控制系统包括：风机直流母线电压和无功功率控制模块、风机输出电流控制模块、风机网侧换流器调制模块；

2.根据权利要求1所述的海上风电低频输电系统海上站站用电源故障保护方法，其特征在于：所述低频交流电压控制模块，具体实现方式如下：

3.根据权利要求1所述的海上风电低频输电系统海上站站用电源故障保护方法，其特征在于：所述风机直流母线电压和无功功率控制模块，具体实现方式如下：

技术总结本发明公开了一种海上风电低频输电系统海上站站用电源故障保护方法。海上低频变压器的高压和中压绕组侧分别为M3C换流器和风机网侧换流器，均为电力电子设备，在故障阶段体现为电流源特性，仅通过增大变压器的阻抗，第三绕组站用电电源的故障电流难以得到有效抑制。本发明通过对M3C和风机网侧换流器的控制策略进行优化，实现对于海上站站用电源回路短路电流的有效抑制，保护站用电系统安全。技术研发人员：王霄鹤,林斌,杨林刚,陈晴,杨文斌,郦洪柯,王宗琦,陈期,黄松阁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