提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法

摘要

本发明提供了一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，所述方法包括如下步骤：(1).判断交流电网接地短路故障，如果故障，则进行步骤2，否则重复步骤1；(2).判断风功率是否降低，如果降低则进行步骤3，否则返回步骤1；(3).改变直流系统的功率指令，使直流功率指令跟踪风功率的变化而变化；(4).若风功率持续增加，则直流功率跟踪增加，否则结束控制。本发明提供的提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，将大规模风电经直流接入电网，改变了传统电网的特性，通过直流功率跟踪控制的方法，提高故障后电网电压恢复能力，提高大规模风电经直流外送系统的恢复特性。

权利要求

1.一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1).判断交流电网接地短路故障，如果故障，则进行步骤2，否则重复步骤1；

(2).判断风功率是否降低，如果降低则进行步骤3，否则返回步骤1；

(3).改变直流系统的功率指令，使直流功率指令跟踪风功率的变化而变化；

(4).若风功率持续增加，则直流功率跟踪增加，否则结束控制；

在所述步骤3中，直流功率跟随风功率变化，用于保持电网功率平衡；在无功功率方面，整流站换流器消耗的无功功率Qc1为：式中：Pd1为直流功率，Ud01整流侧理想空载直流电压，Ud1为直流电压；取换流站向交流系统提供无功功率为正方向，则换流站向交流系统提供无功功率Qs1为：QS1＝QRC1-QC1

式中：QRC1为整流站无功补偿装置提供的无功功率，Qc1为整流站换流器消耗的无功功率。

说明书

提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法

技术领域

[0001] 本发明属于电力系统领域，具体涉及一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法。

背景技术

[0002] 按照电网规划，到2015年我国西北甘肃(酒泉)地区的风电装机容量将达到12710MW，酒泉-湖南±800千伏直流输电工程也将建成，输送容量将达到8000MW，3788MW风电机组将通过桥湾750kV电站接入电网。大规模风电经直流外送系统中，当交流线路发生短路故障后，电压的迅速跌落使风电机组进入低电压穿越过程，双馈变速风电机组在此期间吸收大量的无功功率，引起电压跌落严重。故障清除后，风电机组和火电机组的功率恢复特性也不同。火电机组在接地故障清除后，经过摇摆后能很快恢复额定出力，如附图1所示。直流功率的快速恢复有利于火电的送出，使电网快速恢复稳定。而风电机组是随着电网电压恢复而缓慢恢复，如附图2所示。根据现有的直流控制保护策略，在发生故障后，直流功率在受到扰动后快速恢复额定运行，而风功率尚未恢复，送端电网出力减少，造成系统频率降低，电网电压降低。同时直流系统在恢复期间吸收大量的无功功率，加剧了电网电压的跌落程度。

[0003] 以西北规划电网为例，桥湾-酒泉750kV线路发生三永N-1故障后，直流系统在故障后1000ms恢复至额定功率的0.9p.u.，故障清除后桥湾节点电压最低降至473kV，故障清除后930ms电压稳定于0.75pu以上，电网电压恢复缓慢，如附图3所示。

发明内容

[0004] 为克服上述缺陷，本发明提供了一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，将大规模风电经直流接入电网，改变了传统电网的特性，目前对于其带来的新的稳定问题尚无针对性的策略；考虑到直流输电系统的快速响应和灵活可控特性，本方法提出通过直流功率跟踪控制的方法，提高故障后电网电压恢复能力，提高大规模风电经直流外送系统的恢复特性。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，其改进之处在于，所述方法包括如下步骤：

[0006] (1).判断交流电网接地短路故障，如果故障，则进行步骤2，否则重复步骤1；

[0007] (2).判断风功率是否降低，如果降低则进行步骤3，否则返回步骤1；

[0008] (3).改变直流系统的功率指令，使直流功率指令跟踪风功率的变化而变化；

[0009] (4).若风功率持续增加，则直流功率跟踪增加，否则结束控制。

[0010] 本发明提供的优选技术方案中，在所述步骤3中，直流功率跟随风功率变化，用于保持电网功率平衡；在无功功率方面，整流站换流器消耗的无功功率Qc1为：

[0011]

[0012] 式中：Pd1为直流功率，Ud01整流侧理想空载直流电压，Ud1为直流电压；取换流站向交流系统提供无功功率为正方向，则换流站向交流系统提供无功功率Qs1为：

[0013] QS1＝QRC1-QC1

[0014] 式中：QRC1为整流站无功补偿装置提供的无功功率，Qc1为整流站换流器消耗的无功功率。

[0015] 与现有技术比，本发明提供的一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，基于电力系统数模混合仿真平台建立了大规模风电经直流外送系统，3788MW风电机组通过桥湾750kV电站入网，酒泉-湖南特高压直流输送功率7600MW。当桥湾-酒泉750kV线路桥湾侧1s时发生三永短路故障，1.09s切除故障线路近端开关，1.1s切除故障线路远端开关。分别对故障后不采取和采取本发明方法进行仿真研究。附图5为电压波形对比，附图6为直流系统波形对比。从图中可以看出在不采取本发明方法的情况下，直流系统在故障后1000ms恢复至额定功率的0.9p.u.，桥湾母线第一个波峰电压为684kV，波谷电压最低为473kV，电压在故障清除后930ms稳定于0.75pu以上，电压跌落较严重，恢复的时间也很长。采用本发明策略后，直流系统在故障后4335ms恢复至额定功率的0.9p.u.，桥湾母线第一个波峰电压为701kV，波谷电压最低为576kV，电压在故障清除后92ms即可稳定于
0.75pu以上。仿真研究表明，本发明的方法将桥湾母线第一个波峰电压提高了17kV，波谷电压提高了103kV，恢复时间缩短了838ms，提高了故障后大规模风电经直流外送系统的恢复特性。

附图说明

[0016] 图1为故障后火电机组响应特性的示意图。

[0017] 图2为风机在低电压穿越过程中的有功功率无功功率的示意图。

[0018] 图3为750kV线路发生短路故障后节点电压的示意图。

[0019] 图4为提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法的流程图。

[0020] 图5为桥湾-酒泉750kV线路三永N-1故障电压对比的示意图。

[0021] 图6为桥湾-酒泉750kV线路三永N-1故障直流系统对比的示意图。

具体实施方式

[0022] 如图4所示，一种提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法，所述方法包括如下步骤：

[0023] (1).判断交流电网接地短路故障，如果故障，则进行步骤2，否则重复步骤1；

[0024] (2).判断风功率是否降低，如果降低则进行步骤3，否则返回步骤1；

[0025] (3).改变直流系统的功率指令，使直流功率指令跟踪风功率的变化而变化；

[0026] (4).若风功率持续增加，则直流功率跟踪增加，否则结束控制。

[0027] 在所述步骤3中，直流功率跟随风功率变化，用于保持电网功率平衡；在无功功率方面，整流站换流器消耗的无功功率Qc1为：

[0028]

[0029] 式中：Pd1为直流功率，Ud01整流侧理想空载直流电压，Ud1为直流电压；取换流站向交流系统提供无功功率为正方向，则换流站向交流系统提供无功功率Qs1为：

[0030] QS1＝QRC1-QC1

[0031] 式中：QRC1为整流站无功补偿装置提供的无功功率，Qc1为整流站换流器消耗的无功功率。

[0032] 通过以下实施例对提高大规模风电经直流外送系统故障恢复特性的方法做进一步描述。

[0033] 本方法提出，在大规模风电经直流外送系统中，判断交流系统是否发生接地故障，若没有则继续检测，若发生故障后，判断风电机组的功率是否降低，若风功率没有降低，则返回开始，若风功率降低后，则改变直流系统的功率指令，使直流功率指令跟踪风功率的变化而变化，若风功率持续增加，则直流功率跟踪增加，若风功率不再增加，则结束控制，整个系统恢复稳定。控制流程如附图4所示。

[0034] 在有功功率方面，直流功率跟随风功率变化，能保持电网功率平衡，减小电网的扰动。在无功功率方面，整流站换流器消耗的无功功率Qc1为：

[0035]

[0036] 式中：Pd1为直流功率，Ud01整流侧理想空载直流电压，Ud1为直流电压；

[0037] 取换流站向交流系统提供无功功率为正方向，则换流站向交流系统提供无功功率Qs1为：

[0038] QS1＝QRC1-QC1

[0039] 式中：QRC1为整流站无功补偿装置提供的无功功率，Qc1为整流站换流器消耗的无功功率。

[0040] 直流功率在恢复至额定功率前，换流器消耗的无功功率低，交流滤波器除了补偿换流器消耗的无功功率外还能向电网提供无功支撑，有利于电网恢复稳定。

[0041] 直流输电系统中具有功率跟踪控制的可操作性，方法简单可行，不需要增加设备，具有良好的可靠性和经济性。该方法和交直流系统中的其他控制保护策略兼容，不会对系统及设备安全运行产生影响，具有良好的适应性。

[0042] 在图5中，自上而下分别为：桥湾、酒泉母线电压；细实线为不采取措施的电压波形；粗实线为采用本方法的电压波形。

[0043] 在图6中，自上而下分别为：换流母线电压、直流电压、直流电流、整流侧触发角、逆变侧息弧角、直流功率；其中，细实线为不采取措施的直流波形，粗实线为采用本发明方法的直流波形。

[0044] 需要声明的是，本发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理启发下，可作各种修改、等同替换、或改进。但这些变更或修改均在申请待批的保护范围内。