【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及海上風電高壓直流輸電，尤其是一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法。
技術介紹
1、在我國“雙碳目標”的推動下，風電和光伏等新能源將在未來的能源消費和低碳轉型中發揮關鍵作用。我國海上風資源豐富且穩定，近年來海上風電發展迅速，柔性直流輸電(voltage-source-converter-based-high-voltage-direct-current，vsc-hvdc)技術也得到了快速發展。基于vsc-hvdc的海上風電并網系統因其控制方式靈活、無換相失敗問題以及強大的故障穿越(fault-ride-through,frt)能力，得到了廣泛應用。
2、然而，由于海上風電通過柔直送出系統使用大量電力電子裝置，存在耐壓/通流能力不足和動態響應速度快等問題。當岸上受端電網發生交流故障導致電壓驟升或驟降時，系統會出現快速過壓或過流現象，傳統的電力系統防護技術已無法滿足快速響應的要求。在受端交流故障發生時，受端換流站的輸送功率會下降。如果送端風電場的功率未能及時減少，產生的盈余功率將給直流側電容充電，導致直流系統過電壓，嚴重時可能導致系統退出運行。
3、綜上所述，現有的故障穿越方法在應對電網交流故障時存在以下主要問題：
4、直流母線電壓不穩定：在交流故障期間，直流母線電壓容易出現過電壓現象，且恢復時間長。
5、電力電子器件壓力大：傳統方法導致橋臂電流斷續，產生較大的di/dt，對電力電子器件造成較大的電壓和電流應力。
6、系統可靠性低：長時間的過電壓可
7、為了解決上述問題，本專利技術提出了一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法。旨在提高系統的穩定性和可靠性，同時降低系統的復雜程度。
技術實現思路
1、本專利技術提出一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，能提高供電系統的穩定性和可靠性并降低系統的復雜程度。
2、本專利技術采用以下技術方案。
3、一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，所述方法中，以模塊化的多電平直流耗能裝置形成雙重對稱控制機制，使兩臺多電平直流耗能裝置對稱布置且分別連接至正極線、負極線；耗能電阻rd集中戶外布置，兩端分別連接n個子模塊；
4、所述直流耗能裝置包括一個耗能電阻和若干內置開關管的子模塊，所述方法通過控制子模塊中這些開關管的通斷狀態，使得所提出的子模塊具備交流故障穿越功能。
5、所述子模塊中的開關管為絕緣柵雙極型晶體管，每個子模塊均包括2個絕緣柵雙極型晶體管、4個二極管、1個電容以及3個電阻，其具體電路結構為：子模塊包含絕緣柵雙極型晶體管t1、絕緣柵雙極型晶體管t2、二極管d1、二極管d2、二極管d3、二極管d4、電容c、電阻r1、電阻r2和電阻r3；其中：絕緣柵雙極型晶體管t1的源極與二極管d3的陽極相連，漏極與二極管d3的陰極相連；絕緣柵雙極型晶體管t2的源極與二極管d4的陽極相連，漏極與二極管d4的陰極相連；二極管d1與電阻r1并聯；電容c與電阻r2并聯；二極管d2與電阻r3并聯；絕緣柵雙極型晶體管t1的漏極、二極管d3的陰極與二極管d1的陽極和電阻r1相連，二極管d1的陰極、電阻r1的另一端與電容c、電阻r2、絕緣柵雙極型晶體管t2的漏極、二極管d4的陰極相連；絕緣柵雙極型晶體管t2的源極、二極管d4的陽極與電阻r3、二極管d2的陰極相連；絕緣柵雙極型晶體管t1的源極、二極管d3的陽極與電容c、電阻r2、電阻r3、二極管d2的陽極相連。
6、所述控制方法包括多電平直流耗能裝置的投入方式和切除方式；
7、投入方式具體為：當主開關t1斷開時，子模塊投入，子模塊端電壓等于子模塊直流電容c兩端的電壓；
8、切除方式具體為：當主開關t1閉合時，子模塊切出，子模塊端電壓為0。
9、所述控制方法用于海上風電高壓直流輸電系統，海上風電高壓直流輸電系統與主電網相連形成供電系統；
10、所述多電平直流耗能裝置在常規工況下具有以下運行模式；
11、零耗能模式：當海上風電高壓直流輸電系統無故障運行時，耗能裝置吸收功率為零，所有子模塊內絕緣柵雙極型晶體管t1和t2關斷，直流側電壓由子模塊中的電容電壓支撐。單個子模塊電容電壓為：
12、
13、全耗能模式：當主電網的電網側交流電壓跌落為零，受端換流站完全喪失功率送出能力時，多電平直流耗能裝置吸收全部傳輸功率；
14、此時所有子模塊內絕緣柵雙極型晶體管t1導通，傳輸功率由耗能電阻吸收，其阻值滿足：
15、
16、其中，rd為集中電阻阻值；pn系統額定傳輸功率；
17、動態功率調整模式：當主電網側遭遇低電壓異常情況時，多電平直流耗能裝置需在零至額定功率的范圍內吸收能量，
18、采取的策略是通過調整子模塊的輸出電壓總和來間接調整耗能電阻兩端的電壓水平。一部分子模塊內絕緣柵雙極型晶體管t1導通，子模塊輸出電壓為0；另外一部分子模塊內絕緣柵雙極型晶體管t1關斷，t2導通，子模塊輸出電壓為電容電壓uc。此時耗能電阻吸收的功率如下式：
19、
20、其中，prd為耗能裝置吸收功率；uo為子模塊輸出電壓總和。
21、在交流側電壓跌落故障時，所述控制方法僅以多電平直流耗能裝置來耗散供電系統中的盈余能量，以提升系統的可靠性并降低供電系統的復雜程度。
22、所述控制方法中，模塊化的多電平直流耗能裝置形成具備阻值連續可調的柔性直流負載特性的直流耗能拓撲結構，以減小其運行時對供電系統直流系統的影響；
23、多電平直流耗能裝置以子模塊中的各開關管分別形成主開關、輔開關，并以主開關、輔開關協同參與功率調制，以使得子模塊內部的集成電阻功率維持在低水平，減小開關器件的損耗。
24、所有子模塊主開關t1斷開時，直流極線的電壓udc在每個子模塊上均勻分布，每個子模塊的額定工作電壓un＝udc/n為：
25、
26、其中，n為子模塊串聯總數；當所有子模塊主開關t1閉合時，直流極線電壓直接加在耗能電阻兩端，耗能電阻吸收的功率等于系統輸送功率。
27、當直流耗能裝置進入耗能工作模式時，每一個子模塊電容c的電壓將被實時監測；當該子模塊投入時，子模塊電容充電，電壓升高；子模塊電容電壓在ul至uh范圍內波動，等效為電容電壓維持恒定值。具體控制策略如下：
28、當uc＞ul時，開關t2閉合，電容c的電壓下降；
29、當ul≤uc≤uh時，開關t2繼續保持閉合，c的電壓繼續下降；
30、當uc＜uh時，開關t2斷開，電容c電壓升高，開始下一個循環。
31、所述方法包括子模塊動態輪巡切換方法，用于在故障期間對直流母線電壓的靈活控制，具體包括：
32、監測實時功率方法：在故障條件下，通過調整本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述方法中，以模塊化的多電平直流耗能裝置形成雙重對稱控制機制，使兩臺多電平直流耗能裝置對稱布置且分別連接至正極線、負極線；耗能電阻Rd集中戶外布置，兩端分別連接n個子模塊；
2.根據權利要求1所述的一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述子模塊中的開關管為絕緣柵雙極型晶體管，每個子模塊均包括2個絕緣柵雙極型晶體管、4個二極管、1個電容以及3個電阻，其具體電路結構為：子模塊包含絕緣柵雙極型晶體管T1、絕緣柵雙極型晶體管T2、二極管D1、二極管D2、二極管D3、二極管D4、電容C、電阻R1、電阻R2和電阻R3；其中：絕緣柵雙極型晶體管T1的源極與二極管D3的陽極相連，漏極與二極管D3的陰極相連；絕緣柵雙極型晶體管T2的源極與二極管D4的陽極相連，漏極與二極管D4的陰極相連；二極管D1與電阻R1并聯；電容C與電阻R2并聯；二極管D2與電阻R3并聯；絕緣柵雙極型晶體管T1的漏極、二極管D3的陰極與二極管D1的陽極和電阻R1相連，二極管D1的陰極、電阻R1的另一端與電容C、電阻R2、
3.根據權利要求2所述的一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法包括多電平直流耗能裝置的投入方式和切除方式；
4.根據權利要求3所述的一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法用于海上風電高壓直流輸電系統，海上風電高壓直流輸電系統與主電網相連形成供電系統；
5.根據權利要求4所述的一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：在交流側電壓跌落故障時，所述控制方法僅以多電平直流耗能裝置來耗散供電系統中的盈余能量，以提升系統的可靠性并降低供電系統的復雜程度。
6.根據權利要求4所述的一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法中，模塊化的多電平直流耗能裝置形成具備阻值連續可調的柔性直流負載特性的直流耗能拓撲結構，以減小其運行時對供電系統直流系統的影響；
7.根據權利要求4所述的一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所有子模塊主開關T1斷開時，直流極線的電壓Udc在每個子模塊上均勻分布，每個子模塊的額定工作電壓Un＝Udc/N為：
8.根據權利要求7所述的一種模塊化多電平耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：當直流耗能裝置進入耗能工作模式時，每一個子模塊電容C的電壓將被實時監測；當該子模塊投入時，子模塊電容充電，電壓升高；子模塊電容電壓在UL至UH范圍內波動，等效為電容電壓維持恒定值。具體控制策略如下：當UC＞UL時，開關T2閉合，電容C的電壓下降；
9.根據權利要求8所述的一種模塊化多電平耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述方法包括子模塊動態輪巡切換方法，用于在故障期間對直流母線電壓的靈活控制，具體包括：
10.根據權利要求9所述的一種模塊化多電平耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法通過動態輪巡切換策略，通過均勻分配耗能電阻的投入和切出時間，優化并提高系統的能量釋放效率，在動態輪巡切換策略，其特征在于設定多電平直流耗能的工作周期為T，在一個工作周期T內，所有的子模塊平均投切一次，即在每個工作周期T內主開關T1平均開關一次；
...【技術特征摘要】
1.一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述方法中，以模塊化的多電平直流耗能裝置形成雙重對稱控制機制，使兩臺多電平直流耗能裝置對稱布置且分別連接至正極線、負極線；耗能電阻rd集中戶外布置，兩端分別連接n個子模塊；
2.根據權利要求1所述的一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述子模塊中的開關管為絕緣柵雙極型晶體管，每個子模塊均包括2個絕緣柵雙極型晶體管、4個二極管、1個電容以及3個電阻，其具體電路結構為：子模塊包含絕緣柵雙極型晶體管t1、絕緣柵雙極型晶體管t2、二極管d1、二極管d2、二極管d3、二極管d4、電容c、電阻r1、電阻r2和電阻r3；其中：絕緣柵雙極型晶體管t1的源極與二極管d3的陽極相連，漏極與二極管d3的陰極相連；絕緣柵雙極型晶體管t2的源極與二極管d4的陽極相連，漏極與二極管d4的陰極相連；二極管d1與電阻r1并聯；電容c與電阻r2并聯；二極管d2與電阻r3并聯；絕緣柵雙極型晶體管t1的漏極、二極管d3的陰極與二極管d1的陽極和電阻r1相連，二極管d1的陰極、電阻r1的另一端與電容c、電阻r2、絕緣柵雙極型晶體管t2的漏極、二極管d4的陰極相連；絕緣柵雙極型晶體管t2的源極、二極管d4的陽極與電阻r3、二極管d2的陰極相連；絕緣柵雙極型晶體管t1的源極、二極管d3的陽極與電容c、電阻r2、電阻r3、二極管d2的陽極相連。
3.根據權利要求2所述的一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法包括多電平直流耗能裝置的投入方式和切除方式；
4.根據權利要求3所述的一種模塊化多電平直流耗能裝置的交流故障穿越控制方法，其特征在于：所述控制方法用于海上風電高壓直流輸電系統，海上風電高壓直流輸電系統與主電網相連形成供電系統；...
【專利技術屬性】
技術研發人員：晁武杰，戴立宇，鄧超平，黃均緯，王金柯，
申請(專利權)人：國網福建省電力有限公司，
類型：發明
國別省市：
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