CN109217353B - 一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法及系统，当柔性直流电网发生故障导致内部功率失衡直流电压异常时，通过控制新能源发电站所连接的柔直换流站输出低交流电压，可使新能源发电站进入低压穿越状态进而限制其输出的功率，配合其他换流站协调控制最终将柔性直流电网内部的功率维持在平衡状态。通过柔直换流站与新能源发电站的配合，有效的解决了柔直电网故障后新能源发电站持续对柔直电网注入功率，造成柔直电网内部功率不平衡的问题，避免了造成直流电压上升进一步可能导致直流电网停运的情况发生，实现了联合系统的故障穿越。

Description

一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统柔性直流输电领域，特别涉及一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法及系统。

背景技术

直流输电被认为是未来电力传输的发展方向，相对于交流传输系统，直流系统稳定性高，传输损耗小，特别是随着高压大容量功率器件的发展以及高压直流断路器的实现，直流电网已经具备了替代交流电网的技术基础，目前直流输电包含两种技术路线，一种是以晶闸管为基础的电流源型高压直流输电技术(LCC-HVDC)，另外一种是以基于模块化多电平级联换流器的电压源型高压直流输电技术(VSC-HVDC)，也称为柔性直流输电技术，VSC-HVDC技术相对于LCC-HVDC技术具有明显的技术优势，模块化多电平级联换流器能够实现四象限的运行，实现系统的黑启动、潮流反转和系统无功的提供/吸收，其输出波形直流高，因而滤波设备的成本以及体积相对于LCC-HVDC系统大大降低。

柔性直流输电由于不存在换相失败的问题，且电压谐波含量少，输出频率与电压稳定，能快速调节有功功率与无功功率，控制灵活性好，可在一定程度上替代传统直流输电进行大规模远距离送电，还可实现可再生能源、抽蓄等储能与负荷间的能量灵活交互，实现大规模清洁能源的接入、汇集与输送，具有广阔的应用前景。特别是其潮流反转而直流电压保持不变的特点，使其很容易构建成多端直流输电系统，组成柔性直流电网，实现多电源供电和多落点受电，从而为保证系统全局稳定性和潮流优化配置提供了良好的技术实现手段。

一种柔性直流电网与新能源发电联合系统，如图1所示，换流站1、换流站2、换流站3及换流站4分别与母线连接，换流站1、换流站2、换流站3对应连接不同的交流电网，换流站4与新能源发电站连接，其中相邻的两个换流站相互连接。在正常运行状态下，柔性直流电网流入和流出的功率相等，直流电压保持恒定。通常，由一个换流站直接控制直流电压或若干个换流站通过协调控制策略共同稳定直流电压。风电和光伏等新能源发电通过柔直换流站孤岛接入柔直电网时，柔直换流站无法直接控制新能源发电输出的功率，而主要负责对孤岛网络提供稳定的交流电压。这种情况下，根据各端容量配置情况，当柔直电网发生故障时可能会导致直流电网内部功率不平衡的情况出现。例如，定直流电压站出现换流站本体故障或所连交流系统故障导致其控制能力受限，而剩余其他换流站由于容量较小无法全部消纳新能源发电站注入直流电网的功率，流入流出功率不再平衡，直流电压上升，进一步可能导致直流电网过压停运。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法及系统，用于解决柔性直流电网故障时使柔性直流电网内部功率不平衡造成电网停运的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法，当电网故障时，用于与新能源发电站连接的换流站输出设定的电压且持续输出设定的时间，所述设定的电压为与新能源发电站连接的换流站输出的额定电压的K倍。

进一步地，所述电网故障指换流站本体故障或与换流站连接的交流系统的故障。

进一步地，K的取值范围为[0.2，0.8]。

进一步地，所述设定的时间范围为不大于600ms。

进一步地，用于与新能源换流站连接的发电站输出的电压恢复至额定值之前，若所述电网故障还未恢复，则降低所述新能源发电站的输出功率或切除部分发电机组。

本发明还提供了一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制系统，包括至少三个换流站，其中一个换流站用于连接新能源发电站，当电网故障时，用于与新能源发电站连接的换流站输出设定的电压且持续输出设定的时间，所述设定的电压为与发电站连接的换流站输出的额定电压的K倍。

进一步地，所述电网故障指换流站本体故障或与换流站连接的交流系统的故障。

进一步地，K的取值范围为[0.2，0.8]。

进一步地，所述设定的时间范围为不大于600ms。

进一步地，用于与换流站连接的新能源发电站输出的电压恢复至额定值之前，若电网故障还未恢复，则降低所述新能源发电站的输出功率或切除部分发电机组。

本发明的有益效果是：

本发明的柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法，当柔性直流电网发生故障导致内部功率失衡而引起直流电压异常时，将与发电站连接的换流站持续设定时间的输出设定的低交流电压，使新能源发电站进入低电压穿越状态，其输出功率被限制到较低的水平，配合其他换流站的协调控制，使直流电网功率维持在平衡状态，避免了直流电压出现上升现象导致直流电网停运，提高了直流电网的安全可靠运行。

本发明的柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制系统，包括至少三个换流站，其中一个换流站用于连接新能源发电站，柔性直流电网发生故障导致内部功率失衡而引起直流电压异常时，将与发电站连接的换流站持续设定时间的输出设定的低交流电压，使新能源发电站进入低电压穿越状态，其输出功率被限制到较低的水平，配合其他换流站的协调控制，使直流电网功率维持在平衡状态，避免了直流电压出现上升现象导致直流电网停运，提高了直流电网的安全可靠运行。

附图说明

图1为柔性直流电网与新能源发电联合系统示意图；

图2为柔性直流电网与新能源发电联合系统故障穿越控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

本发明的一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制系统的实施例：

本发明提供的柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制系统，包括换流站1、换流站2、换流站3、换流站4和一个新能源发电站，新能源发电站以孤岛方式接入通过换流站4接入柔直电网，换流站1负责控制柔直电网直流电压，换流站2和换流站3进行有功功率控制，换流站4对新能源发电站提供稳定的交流电压。作为其他实施方式，各换流站可采用直流电压-有功功率斜率控制模式。

正常运行状态下，由一个换流站直接控制直流电压或若干个换流站通过协调控制策略使柔性直流电网流入和流出的功率相等，共同稳定直流电压，使直流电压保持稳定，此时，与新能源发电站连接的换流站在柔直电网为正常运行状态时输出额定交流电压。

当柔直电网发生故障，如定直流电压控制的换流站1发生暂时性故障失去了直流电压控制能力，换流站2和换流站3立即对直流电压进行协调接管，但由于各端容量设计情况，换流站2和3无法全部消纳换流站4注入直流电网的功率，故障后直流电网内部功率出现不平衡，直流电压上升，进一步可能导致柔性直流电网停运。本实施例中的电网故障包括直流电压控制换流站本体故障或所连交流系统故障、功率换流站本体故障或所连交流系统故障等所有可能导致直流电网内部功率不平衡的故障，本实施例未对直流电网故障检测的方法进行限制，与新能源电站所连的柔直换流站4检测或判断故障的方法可以是接收到其他换流站发送的故障信息，还可以是判断直流电压上升到某一限值等。

当换流站4接收到故障信息或检测到故障后，具体的控制过程如图2所示，控制输出交流电压阶跃变为低交流电压，从而使新能源发电站进入低电压穿越状态，输出功率被限制到较低的水平；配合换流站2和3的直流电压协调控制，使直流电网内部功率维持在平衡状态。换流站4输出的低交流电压的幅值和持续时间需能使新能源电站进入低压穿越状态而又不故障脱网。根据低压穿越相关标准，该低交流电压幅值可以设置为额定值的0.2pu，持续时间可为600ms。低交流电压的时间达到600ms后需立即恢复输出的交流电压至额定值，避免新能源电站低压穿越失败彻底停运，若新能源发电站停运后若想再重新启动将会耗费大量的时间，严重影响系统的正常运行，在电压恢复额定之前，若柔直电网故障还未恢复，需通过调度系统、安稳系统或广域协调控制系统等上层控制系统，降低新能源发电输出功率指令或切除部分发电机组，避免交流电压恢复后柔直电网内部功率再次进入不平衡状态；若电压恢复额定之前柔直电网的故障已经消除，那么交流电压恢复额定后柔直电网的运行状态与功率水平会恢复到故障前的状态，如站1恢复直流电压控制，站2与站3恢复功率控制，站4也恢复新能源发电状态。

本实施例中的柔直电网与发电联合的故障穿越控制系统包括四个换流站，作为其他实施方式，也可以采用3个换流站、5个换流站等，具体的以系统所需要的换流站的数量为准。

上述实施例中，以定直流电压控制的换流站1发生故障为例，作为其他实施方式，当其他换流站发生故障时，只要导致柔性直流电网内部功率不平衡都可以采用本发明的故障穿越控制方法。

本发明在柔性直流电网发生故障导致内部功率失衡而引起直流电压异常时，将与发电站连接的换流站持续设定时间的输出低交流电压，使新能源发电站进入低电压穿越状态，其输出功率被限制到较低的水平，配合其他换流站的协调控制，使直流电网功率维持在平衡状态，避免了直流电压出现上升现象导致直流电网停运，提高了直流电网的安全可靠运行。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于以上所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法，其特征在于，当电网故障时，与新能源发电站连接的换流站输出设定的电压且持续输出设定的时间，持续输出设定的电压达到设定的时间后立即恢复输出的交流电压至换流站输出的额定电压值，若与换流站连接的新能源发电站输出的电压恢复至额定电压值之前，若所述电网故障还未恢复，则降低所述新能源发电站的输出功率或切除部分发电机组；所述设定的电压幅值和持续的时间能使新能源发电站进入低压穿越状态而又不故障脱网，所述设定的电压为与新能源发电站连接的换流站输出的额定电压的K倍。

2.根据权利要求1所述的柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法，其特征在于，所述电网故障指换流站本体故障或与换流站连接的交流系统的故障。

3.根据权利要求1所述的柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法，其特征在于，K的取值范围为[0.2，0.8]。

4.根据权利要求1所述的柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制方法，其特征在于，所述设定的时间范围为不大于600ms。

5.一种柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制系统，其特征在于，包括至少三个换流站，其中一个换流站用于连接发电站，当电网故障时，与新能源发电站连接的换流站输出设定的电压且持续输出设定的时间，持续输出设定的电压达到设定的时间后立即恢复输出的交流电压至换流站输出的额定电压值，若与换流站连接的新能源发电站输出的电压恢复至额定电压值之前，若所述电网故障还未恢复，则降低所述新能源发电站的输出功率或切除部分发电机组；所述设定的电压幅值和持续的时间能使新能源发电站进入低压穿越状态而又不故障脱网，所述设定的电压为与新能源发电站连接的换流站输出的额定电压的K倍。

6.根据权利要求5所述的柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制系统，其特征在于，所述电网故障指换流站本体故障或与换流站连接的交流系统的故障。

7.根据权利要求5所述的柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制系统，其特征在于，K的取值范围为[0.2，0.8]。

8.根据权利要求5所述的柔直电网与新能源发电站的故障穿越控制系统，其特征在于，所述设定的时间范围为不大于600ms。

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