CN113178895A - 海上风电交流故障穿越协同控制方法、装置及存储介质 - Google Patents

海上风电交流故障穿越协同控制方法、装置及存储介质 Download PDF

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CN113178895A CN202110657360.9A CN202110657360A CN113178895A CN 113178895 A CN113178895 A CN 113178895A CN 202110657360 A CN202110657360 A CN 202110657360A CN 113178895 A CN113178895 A CN 113178895A
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Abstract

本发明公开了一种海上风电交流故障穿越协同控制方法、装置及存储介质，控制方法包括：当陆上受端换流站交流母线电压发生波动时，依据电压波动值计算得到无功功率调节值；将无功功率调节值与陆上受端换流站无功功率额定值之和作为陆上受端换流站无功功率整定值；当陆上受端换流站交流母线电压降低到设定值时，将陆上交流系统电压波动值作用到海上送端换流站交流母线低压限压环节，得到海上送端换流站交流母线低压限压输出值；将海上送端换流站交流母线低压限压输出值与海上送端换流站交流母线电压额定值比较取小，作为海上送端换流站交流母线电压整定值。在陆上受端换流站交流系统故障时，可迅速响应调整系统功率平衡。

Description

海上风电交流故障穿越协同控制方法、装置及存储介质
技术领域
本发明属于新能源输电领域，具体涉及一种海上风电交流故障穿越协同控制方法、装置及存储介质。
背景技术
与陆上风电相比，海上风电具有风能资源稳定、不占用土地、消纳条件良好等独特优势。目前，海上风电送出的并网方式主要分为高压交流输电和高压直流输电两大类，其中高压直流输电均采用基于电压源换流器的柔性直流输电技术。柔性直流输电技术将风电场内部交流系统与外部大电网有效地隔离开，这样海上风电的强随机性、高间歇性和大波动性对主网的负面影响就减轻到最小程度，极大地提升了海上风电并网安全稳定性。
然而，海上风电经柔性直流输电并网仍然存在着直流系统低电压穿越问题，当陆上受端交流系统故障，交流母线电压骤降，受端换流站输出功率降低，而海上风电仍然保持原有固定输出功率，必然导致柔性直流输电系统直流电压增高，损害直流器件，可能会引起风电机组脱网，严重危害电力系统安全稳定。
现有的控制策略有采取耗能电阻装置、风电机组降功率运行、或者柔性直流输电系统快速调节能力调整海上送端换流站交流母线电压幅值等。耗能电阻虽然在快速消耗过剩功率，但是对其电阻参数要求较高，经济性不高，风电机组降功率运行也能在一定程度上平衡功率，但是响应速度太慢，柔性直流系统控制交流电压响应速度快，但是其本质是利用海上风电机组低电压穿越能力，对于严重故障作用不大，极易引起风电机组脱网。
发明内容
本发明的目的在于提供一种海上风电交流故障穿越协同控制方法、装置及存储介质，以解决现有技术中，耗能电阻虽然在快速消耗过剩功率，但是对其电阻参数要求较高，经济性不高的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海上风电交流故障穿越协同控制方法，包括如下步骤：
当陆上受端换流站交流母线电压发生波动降低时，依据电压波动值ΔU计算得到无功功率调节值Q；
将无功功率调节值Q与陆上受端换流站无功功率额定值QMMCN_I之和作为陆上受端换流站无功功率整定值QMMCref_I；
当陆上受端换流站交流母线电压降低到设定值时，将陆上交流系统电压波动值ΔU作用到海上送端换流站交流母线低压限压环节，得到海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R；
将海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R与海上送端换流站交流母线电压额定值UACN_R比较取小，作为海上送端换流站交流母线电压整定值UACref_R，输出该电压整定值UACref_R进行海上送端换流站交流母线电压控制。
具体的，所述无功功率调节值Q的计算方式如下：
Figure BDA0003113668390000021
ΔU为陆上受端换流站交流母线电压波动值；SSCmin为交流系统最小短路容量。
具体的，所述陆上交流系统电压波动值ΔU为陆上受端换流站交流母线电压实际值UAC_I相对于陆上受端换流站交流母线电压额定值UACN_I的变化量。
具体的，海上送端换流站交流母线电压低压限压输出值UACN1_R的计算方式如下：
UACN1_R＝1-KUACN_R
式中，UACN_R为海上送端换流站交流母线电压额定值；K为陆上受端换流站交流母线电压由UAC_I_1变化至UAC_I_2区间段的曲线斜率；
Figure BDA0003113668390000031
式中，ΔU为陆上交流系统电压波动值；UACN_I为陆上受端换流站交流母线电压额定值。
具体的，在陆上受端换流站和海上送端换流站之间的直流侧设置有耗能电阻装置。
具体的，所述海上送端换流站交流母线电压整定值UACref_R降低到允许的整定值最低值UACN1_Rmin时，控制海上送端换流站交流母线电压整定值不变，剩余的不平衡功率由耗能电阻装置吸收。
具体的，所述海上送端换流站连接有风电机组，所述耗能电阻装置的电压动作阈值高于风电机组低电压穿越限值。
本发明所提供的另一个技术方案是：
一种用于所述海上风电交流故障穿越协同控制方法的装置，包括：
无功功率调节值计算模块，用于当陆上受端换流站交流母线电压发生波动降低时，依据电压波动值ΔU计算得到无功功率调节值Q；
无功功率整定值计算模块，用于将无功功率调节值Q与陆上受端换流站无功功率额定值QMMCN_I之和作为陆上受端换流站无功功率整定值QMMCref_I；
低压限压输出模块，用于当陆上受端换流站交流母线电压降低到设定值时，将陆上交流系统电压波动值ΔU作用到海上送端换流站交流母线低压限压环节，得到海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R；
电压整定值计算输出模块，用于将海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R与海上送端换流站交流母线电压额定值UACN_R比较取小，作为海上送端换流站交流母线电压整定值UACref_R，输出该电压整定值UACref_R进行海上送端换流站交流母线电压控制。
本发明所提供的又一个技术方案是：
一种用于所述海上风电交流故障穿越协同控制方法的装置，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现所述的海上风电交流故障穿越协同控制方法。
本发明所提供的再一个技术方案是：
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的海上风电交流故障穿越协同控制方法。
本发明的有益效果如下：
本发明实施例提供的海上风电交流故障穿越协同控制方法，基于交流电压波动，在海上风电经柔性直流送出系统基本控制策略的基础上，附加低压限压控制和定无功功率修正策略，充分发挥海上风电机组低电压穿越能力和柔性直流输电系统无功电压支撑能力，结合耗能电阻，不需要进行故障检测，降低耗能电阻损耗及其技术参数设计要求，在陆上受端换流站交流系统故障时，可迅速响应调整系统功率平衡，保证海上风电安全稳定经柔性直流送出。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例中海上风电经柔性直流送出系统图。
图2是本发明实施例中陆上受端换流站定无功功率修正控制框图。
图3是本发明实施例中海上送端换流站交流母线电压低压限压控制框图。
图4是本发明实施例中海上送端换流站低压限压控制特性曲线。
图5是本发明实施例中海上风电交流故障穿越协同控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
本发明实施例提供了一种海上风电交流故障穿越协同控制方法、装置及存储介质，其中，该海上风电交流故障穿越协同控制方法的原理为：实时监测陆上受端换流站交流电压变化，当因为交流故障导致母线电压降低时，陆上受端换流站无功控制策略立即调整无功功率整定值，柔性直流输电系统增发无功，维持交流母线电压幅值；同时，随着陆上交流母线电压的降低，海上送端换流站VDVOL开始作用，降低海上送端换流站交流母线电压整定值，结合风电机组特有的低电压穿越能力，实现初步的柔性直流系统功率平衡。当海上送端换流站交流母线电压幅值整定到海上风电机组低电压穿越限值时，耗能电阻装置投入使用，吸收柔直系统不能平衡掉的过剩有功功率，实现系统交流故障穿越，其动作条件为海上送端换流站交流母线电压整定值最小值。耗能电阻装置的电压动作阈值，也即海上送端换流站交流母线电压整定值最低值需要稍高于风电机组低电压穿越限值。
本发明实施例所提供的海上风电交流故障穿越协同控制方法，根据柔性直流输电系统数学模型，陆上受端换流站交流母线电压、海上送端交流母线电压对系统传输功率影响，因此可以据此确定VDVOL参数的数量关系。根据柔性直流输电系统有功无功解耦特性，陆上受端换流站能够发出或吸收一定的无功功率，因此，可根据陆上受端换流站交流母线电压波动量，动态设定无功功率整定值。
如图5所示，本发明实施例提供的海上风电交流故障穿越协同控制方法，具体包括步骤：
S100、当陆上受端换流站交流母线电压发生波动时，依据电压波动值计算得到无功功率调节值Q；
无功功率调节值Q的计算方式如下：
Figure BDA0003113668390000061
ΔU为陆上受端换流站交流母线电压波动值；SSCmin为交流系统最小短路容量；
陆上交流系统电压波动值ΔU为陆上受端换流站交流母线电压实际值UAC_I相对于陆上受端换流站交流母线电压额定值UACN_I的变化量。
S200、将无功功率调节值Q与陆上受端换流站无功功率额定值QMMCN_I之和作为陆上受端换流站无功功率整定值QMMCref_I；
S300、当陆上受端换流站交流母线电压降低到设定值时，将陆上交流系统电压波动值ΔU作用到海上送端换流站交流母线低压限压环节，得到海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R；
海上送端换流站交流母线电压低压限压输出值UACN1_R的计算方式如下：
UACN1_R＝1-KUACN_R
式中，UACN_R为海上送端换流站交流母线电压额定值；K为陆上受端换流站交流母线电压由UAC_I_1变化至UAC_I_2区间段的曲线斜率；
Figure BDA0003113668390000071
式中，ΔU为陆上交流系统电压波动值；UACN_I为陆上受端换流站交流母线电压额定值。
S400、将海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R与海上送端换流站交流母线电压额定值UACN_R比较取小，作为海上送端换流站交流母线电压整定值UACref_R。在陆上受端换流站和海上送端换流站之间的直流侧设置有耗能电阻装置，所述海上送端换流站交流母线电压整定值UACref_R降低到允许的整定值最低值UACN1_Rmin时，控制海上送端换流站交流母线电压整定值不变，剩余的不平衡功率由耗能电阻装置吸收，所述耗能电阻装置的电压动作阈值高于风电机组低电压穿越限值。
上述内容中，UAC_I为陆上受端换流站交流母线电压实际值；UAC_R为海上送端换流站交流母线电压实际值；UACN_I为陆上受端换流站交流母线电压额定值；ΔU为陆上交流系统电压波动值；SSCmin为交流系统最小短路容量；QMMCN_I为陆上受端换流站无功功率额定值；QMMCref_I为陆上受端换流站无功功率整定值；UACref_R为海上送端换流站交流母线电压整定值；UACN_R为海上送端换流站交流母线电压额定值；UACN1_R为海上送端换流站交流母线低压限压输出值；ΔQ为直流系统与交流系统交换无功功率；UAC_I_1、UAC_I_2为低压限压特性曲线折点电压值；UACN1_Rmin为海上送端换流站交流母线电压整定值最低值。
本发明所提供的另一个技术方案是：
一种用于所述海上风电交流故障穿越协同控制方法的装置，该装置为安装在计算机上的软件，为虚拟装置，包括：
无功功率调节值计算模块，用于当陆上受端换流站交流母线电压发生波动时，依据电压波动值计算得到无功功率调节值Q；
无功功率整定值计算模块，用于将无功功率调节值Q与陆上受端换流站无功功率额定值QMMCN_I之和作为陆上受端换流站无功功率整定值QMMCref_I；
低压限压输出模块，用于当陆上受端换流站交流母线电压降低到设定值时，将陆上交流系统电压波动值ΔU作用到海上送端换流站交流母线低压限压环节，得到海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R；
电压整定值计算模块，用于将海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R与海上送端换流站交流母线电压额定值UACN_R比较取小，作为海上送端换流站交流母线电压整定值UACref_R。
本发明所提供的又一个技术方案是：
一种用于所述海上风电交流故障穿越协同控制方法的装置，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现所述的海上风电交流故障穿越协同控制方法。
本发明所提供的再一个技术方案是：
一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现所述的海上风电交流故障穿越协同控制方法。
下面将结合具体的实施例子对本发明实施例所提供的海上风电交流故障穿越协同控制方法进行进一步的说明。
如图1所示为本发明实施例中海上风电经柔性直流输电送出系统，主要由海上风电场、送端变压器、受端变压器、柔性直流输电系统和交流电网构成，柔性直流输电系统包括海上送端换流站、陆上受端换流站和直流海缆。
海上送端换流站采用定交流电压幅值、定交流系统频率的控制方式；陆上受端换流站采用定直流电压、定无功功率控制模式的基础上；海上送端换流站配有低压限压控制(Voltage Dependent Voltage Order Limiter，VDVOL)；陆上受端换流站配有无功功率定值修正控制。
正常运行时，海上风电经柔性直流输电送出系统的基本控制策略能够将海上风电稳定安全的输送给陆上的交流电网，本实施例中低压限压控制策略及无功功率定值修正控制不起作用。
当陆上受端换流站交流系统发生故障时，陆上受端换流站交流母线电压发生波动，根据无功功率与交流母线电压的相互影响关系，如下式所示：
Figure BDA0003113668390000091
其中，ΔU为陆上交流系统电压波动值，ΔQ为直流系统与交流系统交换无功功率，SSCmin为交流系统最小短路容量。可知，采用无功协调控制策略，可以动态调节交流母线电压，维持电压恒定。
如图2所示，检测到陆上受端换流站交流母线电压波动量ΔU，无功功率定值修正控制立即作用，对无功功率整定值QMMCref_I进行修正，进而作用到陆上换流站定无功功率控制策略中去，迅速增发系统无功功率，维持交流母线电压。
当陆上受端换流站交流母线电压降低到设定值，此处标幺值取0.95pu，海上送端换流站低压限压控制策略开始发挥作用，其原理如下：
当陆上受端换流站交流系统故障导致交流母线电压降低时，根据瞬时功率理论，陆上受端换流站输送给陆上交流电网的有功功率大幅降低，而海上送端换流站由于采用定交流电压和交流系统频率的原因，输出的有功功率将维持不变，柔性直流输电系统大额的有功功率差值必然在子模块电容上进行容量累积，导致直流电压飙升，危害系统安全。
由有功功率与交流母线电压d轴分量的线性关系可知，控制交流母线d轴分量即能有效控制有功功率值，而交流母线d轴分量同样受其本身幅值影响，因此，当陆上受端换流站交流母线电压降低到UAC_I_1(如取0.95pu)，迅速调节海上送端换流站交流母线电压幅值，人为主动降低海上送端换流站输出的有功功率，维持柔性直流系统功率平衡，当海上送端换流站交流母线电压降低到允许的整定值最低值UACN1_Rmin(根据海上风电机组低电压穿越能力确认，其值要稍大于低电压穿越限值，如0.4pu)时，低压限压控制将严格控制海上送端换流站交流母线电压整定值不变，剩余的不平衡功率将由耗能电阻装置吸收。
如图3所示，实时监测陆上受端换流站交流母线电压，将其变化量作用到低压限压环节，对海上送端交流母线电压进行限制，为了不影响系统稳态运行时额定值，低压限压输出值与额定值比较取小，确定海上送端换流站交流母线电压整定值。
其中低压限压特性曲线如图4所示，在陆上受端换流站交流母线电压由UAC_I_1变化至UAC_I_2区间段，曲线斜率可以采用陆上受端换流站交流系统电压波动变化量与额定值比值，即：
Figure BDA0003113668390000101
则海上送端换流站交流母线电压低压限压输出值为：
UACN1_R＝1-KUACN_R (3)
海上送端换流站为了快速响应陆上受端换流站交流母线电压变化，考虑到柔性交流系统子模块电容储能速度，其斜率K可以进行分段设计，进行控制响应速度调节。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.海上风电交流故障穿越协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
当陆上受端换流站交流母线电压发生波动降低时，依据电压波动值ΔU计算得到无功功率调节值Q；
将无功功率调节值Q与陆上受端换流站无功功率额定值QMMCN_I之和作为陆上受端换流站无功功率整定值QMMCref_I；
当陆上受端换流站交流母线电压降低到设定值时，将陆上交流系统电压波动值ΔU作用到海上送端换流站交流母线低压限压环节，得到海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R；
将海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R与海上送端换流站交流母线电压额定值UACN_R比较取小，作为海上送端换流站交流母线电压整定值UACref_R，输出该电压整定值UACref_R进行海上送端换流站交流母线电压控制。
2.根据权利要求1所述的基于交流电压波动的海上风电交流故障穿越协同控制方法，其特征在于，所述无功功率调节值Q的计算方式如下：
Figure FDA0003113668380000011
ΔU为陆上受端换流站交流母线电压波动值；SSCmin为交流系统最小短路容量。
3.根据权利要求1所述的基于交流电压波动的海上风电交流故障穿越协同控制方法，其特征在于，所述陆上交流系统电压波动值ΔU为陆上受端换流站交流母线电压实际值UAC_I相对于陆上受端换流站交流母线电压额定值UACN_I的变化量。
4.根据权利要求1所述的基于交流电压波动的海上风电交流故障穿越协同控制方法，其特征在于，海上送端换流站交流母线电压低压限压输出值UACN1_R的计算方式如下：
UACN1_R＝1-KUACN_R
式中，UACN_R为海上送端换流站交流母线电压额定值；K为陆上受端换流站交流母线电压由UAC_I_1变化至UAC_I_2区间段的曲线斜率；
Figure FDA0003113668380000021
式中，ΔU为陆上交流系统电压波动值；UACN_I为陆上受端换流站交流母线电压额定值。
5.根据权利要求1所述的基于交流电压波动的海上风电交流故障穿越协同控制方法，其特征在于，在陆上受端换流站和海上送端换流站之间的直流侧设置有耗能电阻装置。
6.根据权利要求5所述的基于交流电压波动的海上风电交流故障穿越协同控制方法，其特征在于，所述海上送端换流站交流母线电压整定值UACref_R降低到允许的整定值最低值UACN1_Rmin时，控制海上送端换流站交流母线电压整定值不变，剩余的不平衡功率由耗能电阻装置吸收。
7.根据权利要求5所述的基于交流电压波动的海上风电交流故障穿越协同控制方法，其特征在于，所述海上送端换流站连接有风电机组，所述耗能电阻装置的电压动作阈值高于风电机组低电压穿越限值。
8.一种用于所述海上风电交流故障穿越协同控制方法的装置，其特征在于，包括：
无功功率调节值计算模块，用于当陆上受端换流站交流母线电压发生波动降低时，依据电压波动值ΔU计算得到无功功率调节值Q；
无功功率整定值计算模块，用于将无功功率调节值Q与陆上受端换流站无功功率额定值QMMCN_I之和作为陆上受端换流站无功功率整定值QMMCref_I；
低压限压输出模块，用于当陆上受端换流站交流母线电压降低到设定值时，将陆上交流系统电压波动值ΔU作用到海上送端换流站交流母线低压限压环节，得到海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R；
电压整定值计算输出模块，用于将海上送端换流站交流母线低压限压输出值UACN1_R与海上送端换流站交流母线电压额定值UACN_R比较取小，作为海上送端换流站交流母线电压整定值UACref_R，输出该电压整定值UACref_R进行海上送端换流站交流母线电压控制。
9.一种用于所述海上风电交流故障穿越协同控制方法的装置，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器，用于存储计算机程序；
所述处理器，用于当执行所述计算机程序时，实现如权利要求1至7任一项所述的海上风电交流故障穿越协同控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1至7任一项所述的海上风电交流故障穿越协同控制方法。
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