一种新能源汇集站交流故障穿越控制方法及系统与流程

本发明涉及电力系统输配电，尤其是涉及一种新能源汇集站交流故障穿越控制方法及系统。

背景技术：

1、大规模新能源通过汇集站方式以更高电压等级并网，可扩大消纳范围，节省线路廊道、变电间隔资源，在国内已有较多应用，例如河北于2021建成500千伏康保新能源汇集站，作为张北～雄安特高压交流工程配套外送电源，汇集了近区240万千瓦风电，作为新能源汇集枢纽。然而，就浙江省内而言，新能源开发仍处于起步阶段，电压等级低且规模较小。考虑到未来浙江省沿海巨大的新能源规划总量，新能源在陆上汇集之后集中通过输电线路输送至负荷中心是一条非常有竞争力的技术路线。

2、浙江省拟采用的新能源汇集站采用直流直挂储能+模块化多电平换流器（简称为并网mmc）的拓扑方案；此外，新能源汇集站内还需要设置直流母线，用于汇集经直流线路输送上岸的海上风电基地功率。理论上，多个风电场可以汇集到一个新能源汇集站中，一方面可以通过连接多个风电场来减小风电总出力的波动性。另一方面，由于采用了直流直挂储能，还可以通过调节直流直挂储能的有功出力，进一步降低新能源汇集站的有功出力波动水平，从而大幅度改善新能源电源并网的电能质量。

3、考虑到直流直挂储能的存在，直流系统的直流电压控制功能就不必要由并网mmc承担。理论上，并网mmc可以在其有功无功输出范围内任意调节其出力大小，这就使得并网mmc具备较强的受端电网适应性和主动支撑能力。受端电网适应性方面，当受端电网强度较大时，并网mmc可以采用跟网型控制策略；当受端电网强度较小时，并网mmc可以采用构网型控制策略。电网主动支撑能力方面，并网mmc可以模拟同步机的电压/频率支撑特性，对于动态情况下交流系统的特性具有改善作用。因此，从并网友好性方面而言，新能源汇集站在大规模新能源并网场景下具备巨大的发展潜力。

4、然而由于采用了并网mmc接入陆上交流系统，因此新能源汇集站必须考虑陆上交流故障穿越的问题。考虑最严重故障（即发生在新能源汇集站交流并网点的三相金属性接地故障），故障期间新能源汇集站交流电压将降低为零，导致新能源汇集站的有功功率完全无法送出。常规的海上风电交流汇集直流送出系统，需要在受端换流站直流侧安装直流耗能装置，由于直流耗能装置的容量非常大，因此对其的控制十分复杂。

5、由此可见，如何通过协调控制实现故障穿越模式下新能源汇集站的稳定送电，已成为本领域技术人员所要亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种新能源汇集站交流故障穿越控制方法及系统，通过设计简单可控的控制策略，实现故障穿越模式下对直流直挂储能装置和直流耗能装置的有效控制，从而保障了新能源汇集站整体供电的有效性。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种新能源汇集站交流故障穿越控制方法，应用于具有直流直挂储能装置和直流耗能装置的新能源汇集站中，包括：

3、实时获取新能源汇集站的运行参数，其中，所述运行参数至少包括第一交流电压、交流输出功率和直流直挂储能的输出功率；

4、根据所述第一交流电压判断是否进入故障穿越模式；

5、在所述故障穿越模式期间内，根据所述交流输出功率和所述直流直挂储能装置的输出功率，对应控制所述直流直挂储能装置执行定直流电压控制或定输出电流控制；以及，

6、在所述故障穿越模式期间内，根据所述故障穿越模式期间内采集到的新能源汇集站的第二交流电压，确定所述直流耗能装置的工作状态。

7、作为其中一种优选方案，所述根据所述第一交流电压判断是否进入故障穿越模式，具体包括：

8、分别获取所述第一交流电压的三相瞬时值；

9、对所述三相瞬时值依次做平方和及开平方计算，得到第一交流电压信号；

10、对所述三相瞬时值进行克拉克变换，对变换后的结果依次做平方和及开平方计算，得到第二交流电压信号；

11、将所述第一交流电压信号和所述第二交流电压信号两者中的低值作为交流电压信号；

12、若所述交流电压信号小于等于0.8 p.u.时，则新能源汇集站需要进入所述故障穿越模式。

13、作为其中一种优选方案，所述在所述故障穿越模式期间内，根据所述交流输出功率和所述直流直挂储能装置的输出功率，对应控制所述直流直挂储能装置执行定直流电压控制或定输出电流控制，具体包括：

14、获取所述交流输出功率与所述直流直挂储能的输出功率两者的差值，得到风机有功功率；

15、若所述风机有功功率小于或等于所述直流直挂储能装置的额定功率，则控制所述直流直挂储能采用定直流电压控制；以及，

16、若所述风机有功功率大于所述直流直挂储能装置的额定功率，则控制所述直流直挂储能采用定输出电流控制。

17、作为其中一种优选方案，所述直流耗能装置的额定容量为新能源汇集站直流侧汇集的新能源电源总容量与所述直流直挂储能装置的额定容量之差。

18、作为其中一种优选方案，所述在所述故障穿越模式期间内，根据所述故障穿越模式期间内采集到的新能源汇集站的第二交流电压，确定所述直流耗能装置的工作状态，具体包括：

19、若所述第二交流电压小于或等于0.8 p.u.且持续10ms时，控制所述直流耗能装置进入待命状态，否则控制所述直流耗能装置进入切除状态。

20、本发明另一实施例提供了一种新能源汇集站交流故障穿越控制系统，应用于具有直流直挂储能装置和直流耗能装置的新能源汇集站中，包括控制器，所述控制器被配置为：

21、实时获取新能源汇集站的运行参数，其中，所述运行参数至少包括第一交流电压、交流输出功率和直流直挂储能的输出功率；

22、根据所述第一交流电压判断是否进入故障穿越模式；

23、在所述故障穿越模式期间内，根据所述交流输出功率和所述直流直挂储能装置的输出功率，对应控制所述直流直挂储能装置执行定直流电压控制或定输出电流控制；以及，

24、在所述故障穿越模式期间内，根据所述故障穿越模式期间内采集到的新能源汇集站的第二交流电压，确定所述直流耗能装置的工作状态。

25、作为其中一种优选方案，所述控制器还别配置为：

26、分别获取所述第一交流电压的三相瞬时值；

27、对所述三相瞬时值依次做平方和及开平方计算，得到第一交流电压信号；

28、对所述三相瞬时值进行克拉克变换，对变换后的结果依次做平方和及开平方计算，得到第二交流电压信号；

29、将所述第一交流电压信号和所述第二交流电压信号两者中的低值作为交流电压信号；

30、若所述交流电压信号小于等于0.8 p.u.时，则新能源汇集站需要进入所述故障穿越模式。

31、作为其中一种优选方案，所述控制器还被配置为：

32、获取所述交流输出功率与所述直流直挂储能的输出功率两者的差值，得到风机有功功率；

33、若所述风机有功功率小于或等于所述直流直挂储能装置的额定功率，则控制所述直流直挂储能采用定直流电压控制；以及，

34、若所述风机有功功率大于所述直流直挂储能装置的额定功率，则控制所述直流直挂储能采用定输出电流控制。

35、作为其中一种优选方案，所述直流耗能装置的额定容量为新能源汇集站直流侧汇集的新能源电源总容量与所述直流直挂储能装置的额定容量之差。

36、作为其中一种优选方案，所述控制器还被配置为：

37、若所述第二交流电压小于或等于0.8 p.u.且持续10ms时，控制所述直流耗能装置进入待命状态，否则控制所述直流耗能装置进入切除状态。

38、相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于以下所述中的至少一点：

39、首先实时获取新能源汇集站的运行参数，然后根据获取到的第一交流电压判断是否进入故障穿越模式，接着在故障穿越模式期间内，根据获取到的交流输出功率和获取到的直流直挂储能装置的输出功率，对应控制所述直流直挂储能装置执行定直流电压控制或定输出电流控制；以及在故障穿越模式期间内，根据故障穿越模式期间内采集到的新能源汇集站的第二交流电压，确定直流耗能装置的工作状态。本发明针对并网mmc接入陆上交流系统和现有常规的海上风电交流汇集直流送出系统，在陆上交流故障发生时，通过协调控制汇集站内的直流直挂储能装置与直流耗能装置，降低直流耗能装置的容量需求，从而显著减小新能源汇集站的运行成本，提升新能源汇集送出系统的整体经济性，从而保障了新能源汇集站整体供电的有效性。

技术特征：

1.一种新能源汇集站交流故障穿越控制方法，应用于具有直流直挂储能装置和直流耗能装置的新能源汇集站中，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的新能源汇集站交流故障穿越控制方法，其特征在于，所述根据所述第一交流电压判断是否进入故障穿越模式，具体包括：

3.如权利要求2所述的新能源汇集站交流故障穿越控制方法，其特征在于，所述在所述故障穿越模式期间内，根据所述交流输出功率和所述直流直挂储能装置的输出功率，对应控制所述直流直挂储能装置执行定直流电压控制或定输出电流控制，具体包括：

4.如权利要求3所述的新能源汇集站交流故障穿越控制方法，其特征在于，所述直流耗能装置的额定容量为新能源汇集站直流侧汇集的新能源电源总容量与所述直流直挂储能装置的额定容量之差。

5.如权利要求4所述的新能源汇集站交流故障穿越控制方法，其特征在于，所述在所述故障穿越模式期间内，根据所述故障穿越模式期间内采集到的新能源汇集站的第二交流电压，确定所述直流耗能装置的工作状态，具体包括：

6.一种新能源汇集站交流故障穿越控制系统，应用于具有直流直挂储能装置和直流耗能装置的新能源汇集站中，其特征在于，包括控制器，所述控制器被配置为：

7.如权利要求6所述的新能源汇集站交流故障穿越控制系统，其特征在于，所述控制器还别配置为：

8.如权利要求7所述的新能源汇集站交流故障穿越控制系统，其特征在于，所述控制器还被配置为：

9.如权利要求8所述的新能源汇集站交流故障穿越控制系统，其特征在于，所述直流耗能装置的额定容量为新能源汇集站直流侧汇集的新能源电源总容量与所述直流直挂储能装置的额定容量之差。

10.如权利要求8所述的新能源汇集站交流故障穿越控制系统，其特征在于，所述控制器还被配置为：

技术总结
本发明公开了一种新能源汇集站交流故障穿越控制方法及系统，包括获取新能源汇集站的运行参数；根据第一交流电压判断是否进入故障穿越模式；在故障穿越模式期间内，根据交流输出功率和直流直挂储能装置的输出功率，对应控制直流直挂储能装置执行定直流电压控制或定输出电流控制；在故障穿越模式期间内，根据故障穿越模式期间内采集到的新能源汇集站的第二交流电压，确定直流耗能装置的工作状态。本发明的新能源汇集站交流故障穿越控制方法及系统，通过对直流直挂储能、耗能装置、海上风电送端换流站的协调控制，实现陆上交流故障可靠穿越，并且能有效降低耗能装置容量，从而保障了新能源汇集站整体供电的有效性。

技术研发人员：顾益磊,孙可,王蕾,但扬清,王晨轩,刘青,方洁,马骏超,张哲任,沈志恒,严俊,徐政,黄莹,许恩超,王晨旭,刘辉乐,彭琰,段浩
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23