CN116683430A - 海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法及系统 - Google Patents

海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法及系统 Download PDF

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CN116683430A CN202310614550.1A CN202310614550A CN116683430A CN 116683430 A CN116683430 A CN 116683430A CN 202310614550 A CN202310614550 A CN 202310614550A CN 116683430 A CN116683430 A CN 116683430A
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杜洪宇
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唐程
韩斯琪
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Clean Energy Branch of Huaneng International Power Jiangsu Energy Development Co Ltd Clean Energy Branch
Huaneng International Power Jiangsu Energy Development Co Ltd
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Abstract

本公开提出一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法及系统，该方法包括获取机侧并网点故障期间的海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角；基于风机输出电流、电压相位角获得第一电流限值；基于风机输出电压最小值、换流器交流电压、风机输出电流、电压相位角、换流器电流、总电感获得第二电流限值；基于最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，利用目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。根据本公开的方法能够提高故障穿越时的电流控制的准确性。

Description

海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法及系统
技术领域
本公开属于柔性直流输电系统故障穿越限流控制技术领域，尤其涉及一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法及系统。
背景技术
随着新能源发电的快速发展，风电发电在电力系统中逐渐占据较大比重。风电发电包括陆上风力发电和海上风力发电。其中对于海上风力发电而言，柔性直流输电技术是目前深远海大规模风电送出的主流方式。与海上风电交流并网系统不同，海上风电柔性直流输电系统存在两个并网点，一个是陆上换流站与大电网(即陆上主网)连接的网侧并网点，一个是海上换流站与风电场连接的机侧并网点。
当海上风电柔性直流输电系统发生故障时系统会进行故障穿越，在故障穿越时为降低故障电流对电力系统的安全稳定运行的影响，现有技术一般采用限流器的最大电流值即换流器最大耐受电流作为电流限值对换流器的电流进行控制，然而由于采用的限流器的最大电流值是出厂固定值，不能更好地、更有针对性地适应实际故障情况，容易导致故障穿越时的电流控制不够准确，从而可能造成直流输电系统倒送功率或风机脱网等安全问题。
发明内容
本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本公开提供了一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法及系统，主要目的在于提高故障穿越时的电流控制的准确性。
根据本公开的第一方面实施例，提供了一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法，所述海上风电柔性直流输电系统包括机侧联接变压器和海上换流站，所述海上换流站经机侧联接变压器与海上风电场连接，机侧联接变压器与海上风电场的连接点为机侧并网点，所述方法包括：
获取机侧并网点故障期间的所述海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角；
基于所述风机输出电流、所述电压相位角计算获得第一电流限值；
基于所述风机输出电压最小值、所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得第二电流限值；
基于所述最大电流限值、所述第一电流限值和所述第二电流限值获得目标电流限值，利用所述目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。
在本公开的一个实施例中，所述基于所述风机输出电流、所述电压相位角计算获得第一电流限值，包括：基于电压相位角的余弦值和所述风机输出电流的乘积获得所述第一电流限值。
在本公开的一个实施例中，所述基于所述风机输出电压最小值、所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得第二电流限值，包括：基于所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得故障点与地之间的目标等效阻抗；基于所述目标等效阻抗和所述风机输出电压最小值获得所述第二电流限值。
在本公开的一个实施例中，所述基于所述最大电流限值、所述第一电流限值和所述第二电流限值获得目标电流限值，包括：比较所述第二电流限值与所述最大电流限值，若所述最大电流限值小于所述第二电流限值，则将所述最大电流限值作为目标电流限值；若所述第二电流限值大于所述第一电流限值，则将所述第二电流限值作为目标电流限值。
根据本公开的第二方面实施例，还提供了一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统，所述海上风电柔性直流输电系统包括机侧联接变压器和海上换流站，所述海上换流站经机侧联接变压器与海上风电场连接，机侧联接变压器与海上风电场的连接点为机侧并网点，所述系统包括：
获取模块，用于获取机侧并网点故障期间的所述海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角；
第一限流计算模块，用于基于所述风机输出电流、所述电压相位角计算获得第一电流限值；
第二限流计算模块，用于基于所述风机输出电压最小值、所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得第二电流限值；
电流调控模块，用于基于所述最大电流限值、所述第一电流限值和所述第二电流限值获得目标电流限值，利用所述目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。
在本公开的一个实施例中，所述第一限流计算模块，具体用于：基于电压相位角的余弦值和所述风机输出电流的乘积获得所述第一电流限值。
在本公开的一个实施例中，所述第二限流计算模块，具体用于：基于所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得故障点与地之间的目标等效阻抗；基于所述目标等效阻抗和所述风机输出电压最小值获得所述第二电流限值。
在本公开的一个实施例中，所述电流调控模块，具体用于：比较所述第二电流限值与所述最大电流限值，若所述最大电流限值小于所述第二电流限值，则将所述最大电流限值作为目标电流限值；若所述第二电流限值大于所述第一电流限值，则将所述第二电流限值作为目标电流限值。
根据本公开的第三方面实施例，还提供了一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本公开的第一方面实施例提出的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法。
根据本公开的第四方面实施例，还提出了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行本公开第一方面实施例提出的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法。
在本公开一个或多个实施例中，海上风电柔性直流输电系统包括机侧联接变压器和海上换流站，海上换流站经机侧联接变压器与海上风电场连接，机侧联接变压器与海上风电场的连接点为机侧并网点，控制方法包括：获取机侧并网点故障期间的海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角；基于风机输出电流、电压相位角计算获得第一电流限值；基于风机输出电压最小值、换流器交流电压、风机输出电流、电压相位角、换流器电流、总电感计算获得第二电流限值；基于最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，利用目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。在这种情况下，不仅考虑海上换流站的最大电流限值，还综合获取机侧并网点故障期间的海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角以得到第一电流限值和第二电流限值，综合最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，然后利用目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，相比现有单一考虑海上换流站的最大电流限值的情况，本公开更加全面地考虑了故障时风机不脱网等情况下对电流的限制因素，从而提高了故障穿越时的电流控制的准确性，降低了风机脱网等安全问题出现可能性，优化了直流输电系统倒送功率的情况。
本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。
附图说明
本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本公开实施例所提供的海上风电柔性直流输电系统的拓扑结构示意图；
图2为本公开实施例提供的故障点处局部等效电路示意图；
图3为本公开实施例所提供的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法的流程示意图；
图4为本公开实施例所提供的一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统的框图；
图5是用来实现本公开实施例的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备的框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。还应当理解，本公开中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。
本公开提供了一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法及系统，主要目的在于提高故障穿越时的电流控制的准确性。其中，海上风电柔性直流输电系统包括机侧联接变压器和海上换流站，海上换流站经机侧联接变压器与海上风电场连接，机侧联接变压器与海上风电场的连接点为机侧并网点。
图1为本公开实施例所提供的海上风电柔性直流输电系统的拓扑结构示意图。如图1所示，包括依次连接的机侧联接变压器、海上换流站、电缆线路、陆上换流站和网侧联接变压器。其中，机侧联接变压器的一端连接海上换流站(也称机侧换流器)，机侧联接变压器的另一端连接海上风电场，机侧联接变压器与海上风电场的连接点为机侧并网点。网侧联接变压器的一端连接陆上换流站(也称网侧换流器)，网侧联接变压器的另一端连接陆上主网，网侧联接变压器与陆上主网的连接点为网侧并网点。陆上换流站和海上换流站采用电压源换流器(Voltage Source Converter，VSC)。电缆线路用于输送高压直流电。电缆线路的近陆上换流站侧设置有耗能装置。耗能装置用于消耗柔性直流输电系统直流侧盈余功率，配合实现柔直系统交流故障穿越。其中本公开针对的故障情况是图1所示的海上风电柔性直流输电系统虚线圈内发生故障的情况，该故障点位置为机侧联接变压器与海上风电场之间的连接点的位置，也即机侧并网点处发生故障。
在本实施例中，可以先对故障点处局部等效电路和对应的电路原理进行分析。为便于分析表达，故障点可以用符号M表示。
图2为本公开实施例提供的故障点处局部等效电路示意图。
如图2所示，当海上风电场生成的电能经海上风电柔性直流输电系统送出时，故障点M发生故障，此时V1为海上风电场的标量机端电压(即机端电压标量值)，V2为标量故障点电压，V3为海上换流站的标量交流电压，Z1为海上风电场与故障点M之间等效阻抗，R2为故障点M与地之间等效阻抗，Z3为海上换流站与故障点M之间等效阻抗，规定电流由海上风电场往故障点方向为正，i1为海上风电场与故障点M的标量电流(也即海上风电场的标量输出电流)，海上换流站往故障点M方向为正，i3为海上换流站与故障点M之间的标量故障电流，故障点M往接地点方向为正，i2为故障点M与接地点之间的标量故障电流。
以海上换流站与故障点M之间的故障电流为参考点，结合海上换流站的电压相位角，则换流器电流矢量值满足/>海上风电场的矢量输出电流(即输出电流矢量值)满足/>海上换流站的电压相位角δ的范围为/>针对图2基于电路原理可知故障点处矢量电压和矢量电流满足式(1)：
其中，为海上风电场的矢量机端电压，/>为矢量故障点电压，/>为故障点M与接地点之间的矢量故障电流，/>为海上换流站与故障点M之间的矢量故障电流(即换流器电流矢量值)，j表示对应阻抗上的电压领先电流π/2。ω为发电机的角频率。/>为海上换流站的矢量交流电压。δ表示海上换流站的电压相位角。
基于电气原则，转化式(1)可以获得无故障情况和故障情况下海上换流站与故障点M之间的故障电流和海上风电场的机端电压。
无故障情况下，海上风电场的机端电压的矢量值和标量值V1(也可以用符号/>)分别满足：
若δ＝0化简得到换流器电流矢量值可以表示为
故障情况下，海上风电场的机端电压的矢量值满足：
海上风电场处的有功功率P1和无功功率Q1满足：
故障情况下，海上换流站的矢量交流电压满足：
海上换流站处的有功功率P3和无功功率Q3满足：
P3＝R2(i1 cosδ-i3)i3
Q3＝j(R2i1 sinδ-ωZ3i3)i3
若需要有功功率P3大于0(即不发生倒送功率的情况)，则i1 cosδ>i3，且时有功功率P3有最大值。海上换流站处的有功功率最大值满足：/>
若风电厂功率全发有功则当时可保证有功的输出。
当δ＝0，故障情况下，海上风电场的机端电压的矢量值和标量值/>分别满足：海上换流站的交流电压矢量值/>和标量值V3(也可以用符号)分别满足：/>海上换流站处的视在功率S3、有功功率P3和无功功率Q3满足：/>
若换流器电流矢量值绝对值大于海上风电场的矢量输出电流/>的绝对值，此时则换流器向交流侧提供反向功率，且换流器电流矢量值/>绝对值越大则反向功率越大。反向功率越大越可以确保海上风电场的矢量机端电压/>的提升，换流器电流矢量值/>绝对值越小则反向功率越小，反向功率小时无法确保海上风电场的矢量机端电压/>的值。当此时反向功率小，海上风电场的标量机端电压/>可能低于风机不脱网时的风机输出电压最小值V1min，从而使得风机脱网。风机不脱网时的风机输出电压最小值V1min例如为0.2pu。
在极端故障下，i1＝0，若至少保证风机不脱网，则V1min＝0.2pu时，/>此时，i3需要大于0.2/R2，风机不脱网(也即不脱机)。
在本实施例中，基于上述分析，在故障情况下，风机不脱网时，海上换流站与故障点M之间的标量故障电流i3需要大于风机不脱网时的风机输出电压最小值V1min与故障点M与地之间等效阻抗R2的商。在故障情况下，若不发生倒送功率的情况，则海上换流站与故障点M之间的标量故障电流与海上风电场与故障点M的标量电流满足i1 cosδ>i3。
考虑到当海上风电柔性直流输电系统发生故障时系统会进行故障穿越，在故障穿越时为降低故障电流对电力系统的安全稳定运行的影响，现有技术一般采用限流器的最大电流值即换流器最大耐受电流作为电流限值对换流器的电流进行控制，然而由于采用的限流器的最大电流值是出厂固定值，不能更好地、更有针对性地适应实际故障情况，容易导致故障穿越时的电流控制不够准确，从而可能造成直流输电系统倒送功率或风机脱网等安全问题。因此，本公开在综合考虑倒送功率和风机脱网情况下，提出了一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法。
在第一个实施例中，图3为本公开实施例所提供的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法的流程示意图。如图3所示，该海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法，包括：
步骤S11，获取机侧并网点故障期间的海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角。
在步骤S11中，实时检测换流器电流，换流器电流包括海上换流站与故障点M之间的标量故障电流i3和矢量故障电流当检测到换流器电流的幅值(即标量故障电流)大于最大电流限值时，此时海上风电柔性直流输电系统发生故障，生成故障使能指令，并获取多种参数。
在步骤S11中，获取的多种参数为机侧并网点故障期间的海上风电场和海上换流站的参数。获取的参数包括海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角。
其中海上风电场的风机输出电流即海上风电场与故障点M的标量输出电流i1和矢量输出电流海上换流站的最大电流限值可以用符号imax表示，风机不脱网时的风机输出电压最小值V1min例如为0.2pu。换流器交流电压即海上换流站的交流侧的电压。换流器交流电压包括海上换流站的标量交流电压V3和矢量交流电压/>换流器电流为海上换流站至故障点间的故障电流。换流器电流包括海上换流站与故障点M之间的矢量故障电流/>和标量故障电流i3。
步骤S12，基于风机输出电流、电压相位角计算获得第一电流限值。
在步骤S12中，一般情况下，故障穿越时，最大电流限值imax作为电流内环控制器的电流幅值iref的限制范围对换流器电流进行限流控制。即当换流器接收到故障使能指令时，电流内环控制器的d轴电流参考值idref和q轴电流参考值iqref满足：
iref≤imax。
在步骤S12中，综合考虑倒送功率的情况，为了保证海上换流站至少不倒送功率，则需要满足i1 cosδ>i3，故iref≤i1 cosδ。令第一电流限值V1限＝i1 cosδ，此时，第一电流限值V1限作为电流内环控制器的电流幅值iref的限制范围对换流器电流进行限流控制，即故步骤S12中，考虑不倒送功率的情况，可以基于风机输出电流、电压相位角计算获得第一电流限值。
在步骤S12中，基于风机输出电流、电压相位角计算获得第一电流限值，包括：基于电压相位角的余弦值和风机输出电流的乘积获得第一电流限值。即第一电流限值满足：
V1限＝i1 cosδ。
步骤S13，基于风机输出电压最小值、换流器交流电压、风机输出电流、电压相位角、换流器电流、总电感计算获得第二电流限值。
在步骤S13中，基于风机输出电压最小值、换流器交流电压、风机输出电流、电压相位角、换流器电流、总电感计算获得第二电流限值，包括：基于换流器交流电压、风机输出电流、电压相位角、换流器电流、总电感计算获得故障点与地之间的目标等效阻抗；基于目标等效阻抗和风机输出电压最小值获得第二电流限值。
具体地，综合风机不脱网的情况，为了保证风机不脱网，则需要满足i3＞V1min/R2，此时iref≥V1min/R2。令第二电流限值V2限＝V1min/R2，此时第二电流限值V2限作为电流内环控制器的电流幅值iref的限制范围对换流器电流进行限流控制，即故步骤S13中，考虑风机不脱网，可以获得第二电流限值。
第二电流限值满足：V2限＝V1min/R2。其中，R2为故障点与地之间的目标等效阻抗。
故障点与地之间的目标等效阻抗R2满足：
式中，i1为海上风电场与故障点M的标量输出电流，为海上风电场与故障点M的矢量输出电流，/>为海上换流站的矢量交流电压，/>为海上换流站与故障点M之间的矢量故障电流，i3为海上换流站与故障点M之间的标量故障电流。Z3为海上换流站与故障点M之间等效阻抗，其可以基于机侧联接变压器和海上换流站的总电感获得。
步骤S14，基于最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，利用目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。
在步骤S14中，基于最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，包括：比较第二电流限值与最大电流限值，若最大电流限值小于第二电流限值，则将最大电流限值作为目标电流限值；若第二电流限值大于第一电流限值，则将第二电流限值作为目标电流限值。
具体地，在步骤S14中，在故障穿越时考虑到风机不脱网和倒送功率不总是能得到均衡，故将海上换流站的最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值三个值分别作为电流内环控制器的电流幅值的限制范围的情况根据系统发生故障的严重程度不同，按照优先程度排序。其中最大电流限值代表换流器最大耐受电流优先度最高，其次是风机不脱网，最后是不倒送功率。也即海上换流站的最大电流限值作为电流内环控制器的电流幅值的限制范围优先考虑、其次考虑第二电流限值作为电流内环控制器的电流幅值的限制范围，最后考虑第一电流限值作为电流内环控制器的电流幅值的限制范围。
在步骤S14中，海上换流站的最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值三个值分别作为电流内环控制器的电流幅值的限制范围满足不等式(2)：
比较最大电流限值、第一电流限值V1限和第二电流限值V2限，若不等式(2)中三个电流区间存在交集，则选择该交集中任一一个电流值作为目标电流限值；否则将第二电流限值V2限与最大电流限值进行比较，如果最大电流限值小于第二电流限值V2限，则选取最大电流限值作为电流内环控制器的电流幅值的限制范围，如果第二电流限值V2限大于第一电流限值V1限，则取第二电流限值V2限作为电流内环控制器的电流幅值的限制范围。
在本公开实施例的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法中，海上风电柔性直流输电系统包括机侧联接变压器和海上换流站，海上换流站经机侧联接变压器与海上风电场连接，机侧联接变压器与海上风电场的连接点为机侧并网点，控制方法包括：获取机侧并网点故障期间的海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角；基于风机输出电流、电压相位角计算获得第一电流限值；基于风机输出电压最小值、换流器交流电压、风机输出电流、电压相位角、换流器电流、总电感计算获得第二电流限值；基于最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，利用目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。在这种情况下，不仅考虑海上换流站的最大电流限值，还综合获取机侧并网点故障期间的海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角以得到第一电流限值和第二电流限值，综合最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，然后利用目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，相比现有单一考虑海上换流站的最大电流限值的情况，本公开更加全面地考虑了故障时风机不脱网等情况下对电流的限制因素，从而提高了故障穿越时的电流控制的准确性，降低了风机脱网等安全问题出现可能性，优化了直流输电系统倒送功率的情况。利用本公开的控制方法既可以避免因换流器电流过大出现超出换流器过流能力的情况，也能避免因换流器电流过小而出现风机机端电压过低风机脱机得风险，能够在故障期间获取海上换流站的合理的电流限幅值，以使得系统在尽量减小反向故障电流前提下保证一定得交流电压不至于导致风机脱网。
下述为本公开系统实施例，可以用于执行本公开方法实施例。对于本公开系统实施例中未披露的细节，请参照本公开方法实施例。
请参见图4，图4为本公开实施例所提供的一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统的框图。该海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为系统的全部或一部分。本公开提供的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统，海上风电柔性直流输电系统包括机侧联接变压器和海上换流站，海上换流站经机侧联接变压器与海上风电场连接，机侧联接变压器与海上风电场的连接点为机侧并网点。该海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统10包括获取模块11、第一限流计算模块12、第二限流计算模块13、和电流调控模块14，其中：
获取模块11，用于获取机侧并网点故障期间的海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角；
第一限流计算模块12，用于基于风机输出电流、电压相位角计算获得第一电流限值；
第二限流计算模块13，用于基于风机输出电压最小值、换流器交流电压、风机输出电流、电压相位角、换流器电流、总电感计算获得第二电流限值；
电流调控模块14，用于基于最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，利用目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。
可选地，第一限流计算模块12，具体用于：基于电压相位角的余弦值和风机输出电流的乘积获得第一电流限值。
可选地，第二限流计算模块13，具体用于：基于换流器交流电压、风机输出电流、电压相位角、换流器电流、总电感计算获得故障点与地之间的目标等效阻抗；基于目标等效阻抗和风机输出电压最小值获得第二电流限值。
可选地，电流调控模块14，具体用于：比较第二电流限值与最大电流限值，若最大电流限值小于第二电流限值，则将最大电流限值作为目标电流限值；若第二电流限值大于第一电流限值，则将第二电流限值作为目标电流限值。
要说明的是，上述实施例提供的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统在执行海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统与海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法实施例属于同一构思，其体现实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
上述本公开实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本公开实施例的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统，获取模块用于获取机侧并网点故障期间的海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角；第一限流计算模块用于基于风机输出电流、电压相位角计算获得第一电流限值；第二限流计算模块用于基于风机输出电压最小值、换流器交流电压、风机输出电流、电压相位角、换流器电流、总电感计算获得第二电流限值；电流调控模块用于基于最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，利用目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。在这种情况下，不仅考虑海上换流站的最大电流限值，还综合获取机侧并网点故障期间的海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角以得到第一电流限值和第二电流限值，综合最大电流限值、第一电流限值和第二电流限值获得目标电流限值，然后利用目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，相比现有单一考虑海上换流站的最大电流限值的情况，本公开更加全面地考虑了故障时风机不脱网等情况下对电流的限制因素，从而提高了故障穿越时的电流控制的准确性，降低了风机脱网等安全问题出现可能性，优化了直流输电系统倒送功率的情况。利用本公开的控制系统既可以避免因换流器电流过大出现超出换流器过流能力的情况，也能避免因换流器电流过小而出现风机机端电压过低风机脱机得风险，能够在故障期间获取海上换流站的合理的电流限幅值，以使得系统在尽量减小反向故障电流前提下保证一定得交流电压不至于导致风机脱网。
根据本公开的实施例，本公开还提供了一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备、一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质(可以简称为可读存储介质)和一种计算机程序产品。
图5是用来实现本公开实施例的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备的框图。海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴电子设备和其它类似的计算装置。本公开所示的部件、部件的连接和关系、以及部件的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本公开中描述的和/或者要求的本公开的实现。
如图5所示，海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备20包括计算单元21，其可以根据存储在只读存储器(ROM)22中的计算机程序或者从存储单元28加载到随机访问存储器(RAM)23中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 23中，还可存储海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备20操作所需的各种程序和数据。计算单元21、ROM 22以及RAM 23通过总线24彼此相连。输入/输出(I/O)接口25也连接至总线24。
海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备20中的多个部件连接至I/O接口25，包括：输入单元26，例如键盘、鼠标等；输出单元27，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元28，例如磁盘、光盘等，存储单元28与计算单元21通信连接；以及通信单元29，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元29允许海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备20通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备交换信息/数据。
计算单元21可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元21的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元21执行上述所描述的各个方法和处理，例如执行海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法。例如，在一些实施例中，海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元28。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 22和/或通信单元29而被载入和/或安装到海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备20上。当计算机程序加载到RAM 23并由计算单元21执行时，可以执行上述描述的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元21可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法。
本公开中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑电子设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
在本公开中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备使用或与指令执行系统、装置或海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或电子设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储电子设备、磁储存电子设备、或上述内容的任何合适组合。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)、互联网和区块链网络。
计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与VPS服务("Virtual Private Server"，或简称"VPS")中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。服务器也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本公开在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法，其特征在于，所述海上风电柔性直流输电系统包括机侧联接变压器和海上换流站，所述海上换流站经机侧联接变压器与海上风电场连接，机侧联接变压器与海上风电场的连接点为机侧并网点，所述方法包括：
获取机侧并网点故障期间的所述海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角；
基于所述风机输出电流、所述电压相位角计算获得第一电流限值；
基于所述风机输出电压最小值、所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得第二电流限值；
基于所述最大电流限值、所述第一电流限值和所述第二电流限值获得目标电流限值，利用所述目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。
2.如权利要求1所述的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法，其特征在于，所述基于所述风机输出电流、所述电压相位角计算获得第一电流限值，包括：
基于电压相位角的余弦值和所述风机输出电流的乘积获得所述第一电流限值。
3.如权利要求2所述的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法，其特征在于，所述基于所述风机输出电压最小值、所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得第二电流限值，包括：
基于所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得故障点与地之间的目标等效阻抗；
基于所述目标等效阻抗和所述风机输出电压最小值获得所述第二电流限值。
4.如权利要求3所述的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法，其特征在于，所述基于所述最大电流限值、所述第一电流限值和所述第二电流限值获得目标电流限值，包括：
比较所述第二电流限值与所述最大电流限值，若所述最大电流限值小于所述第二电流限值，则将所述最大电流限值作为目标电流限值；
若所述第二电流限值大于所述第一电流限值，则将所述第二电流限值作为目标电流限值。
5.一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统，其特征在于，所述海上风电柔性直流输电系统包括机侧联接变压器和海上换流站，所述海上换流站经机侧联接变压器与海上风电场连接，机侧联接变压器与海上风电场的连接点为机侧并网点，所述系统包括：
获取模块，用于获取机侧并网点故障期间的所述海上风电场的风机输出电流，机侧联接变压器和海上换流站的总电感，风机不脱网时的风机输出电压最小值，以及海上换流站的最大电流限值、换流器交流电压、换流器电流和电压相位角；
第一限流计算模块，用于基于所述风机输出电流、所述电压相位角计算获得第一电流限值；
第二限流计算模块，用于基于所述风机输出电压最小值、所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得第二电流限值；
电流调控模块，用于基于所述最大电流限值、所述第一电流限值和所述第二电流限值获得目标电流限值，利用所述目标电流限值调整电流内环控制器的电流幅值，以实现故障穿越时的限流控制。
6.如权利要求5所述的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统，其特征在于，所述第一限流计算模块，具体用于：基于电压相位角的余弦值和所述风机输出电流的乘积获得所述第一电流限值。
7.如权利要求6所述的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统，其特征在于，所述第二限流计算模块，具体用于：基于所述换流器交流电压、所述风机输出电流、所述电压相位角、所述换流器电流、所述总电感计算获得故障点与地之间的目标等效阻抗；基于所述目标等效阻抗和所述风机输出电压最小值获得所述第二电流限值。
8.如权利要求7所述的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制系统，其特征在于，所述电流调控模块，具体用于：比较所述第二电流限值与所述最大电流限值，若所述最大电流限值小于所述第二电流限值，则将所述最大电流限值作为目标电流限值；若所述第二电流限值大于所述第一电流限值，则将所述第二电流限值作为目标电流限值。
9.一种海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制设备，其特征在于，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-4中任一项所述的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法。
10.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-4中任一项所述的海上风电柔性直流输电系统故障穿越限流控制方法。
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