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【专题论文】风电场经柔性直流孤岛送出的交流故障联合穿越策略

【编者按】传统的低电压穿越策略不适用于孤岛接入柔性直流的场景,西安许继公司与冀北电科院联合研究提出一种结合风电场和柔性直流系统特性的故障穿越策略,该方法有望应用于张北柔直工程,保障张家口可再生能源的可靠送出。

风电场经柔性直流孤岛送出的

交流故障联合穿越策略

刘启建1,杨美娟1,行登江1,李道洋1,王先为2,吴林林3

(1. 西安许继电力电子技术有限公司;2. 许继集团有限公司;3. 国网冀北电力有限公司电力科学研究院)

文章导读

风电场经柔性直流孤岛送出时,其交流故障特性与采用交流电网送出时不同。若风电场和送端换流站的低电压穿越策略配合不当,交流电压在故障期间将无法稳定或重建失败。为分析低电压穿越过程中二者的耦合原理,本文首先建立故障期间联合系统的等效电路,然后采用矢量分析的方法,研究风电场不同电流输出策略时与送端换流站的交互影响,提出了风电场和柔性直流的送端交流故障联合穿越策略。

研究成果


1

风电场孤岛接入柔性直流的低电压穿越可分为4个过程:故障暂态、故障稳态、故障恢复和恢复稳态。故障点电压的大小由风电场和送端换流站输出的电流矢量和决定,若风电场和送端换流站电流输出策略配合不当,交流侧电压将无法进入稳定状态。

2

提出在故障稳态阶段送端换流站采用定电流控制、风电机组采用有功电流注入,以及在故障恢复阶段交流电压斜坡建立的故障联合穿越策略,可在故障稳态期间对并网点电压进行稳定支撑,在故障恢复阶段实现交流电压和功率的快速恢复,且不引起过电压等问题。


主要内容

风电场经柔性直流孤岛送出时,其交流故障特性与采用交流电网送出时不同,风电机组和送端换流器都近似为电流源,二者的耦合特性改变,这将影响孤岛系统的电压平衡。本文首先将交流对称接地故障分为4个发展阶段,分析故障时风电场和换流站对交流电压的耦合影响;随后,分析风电场不同电流输出策略对交流故障穿越特性的影响;最后提出了在故障稳态阶段送端换流站采用定电流控制、风电机组采用有功电流注入,以及在故障恢复阶段交流电压斜坡建立的故障联合穿越策略。通过PSCAD搭建了仿真模型,结果表明所提策略可利用现有风电场故障暂态控制策略实现暂态磁链衰减,在故障稳态阶段实现了交流电压的平稳控制,在故障恢复阶段实现了交流电压的平稳上升,实现了交流故障的联合穿越。

根据交流电压和电流的变化趋势,风电场孤岛接入柔性直流的低电压穿越可分为4个过程:故障暂态、故障稳态、故障恢复和恢复稳态,如图1所示。

图1 低电压穿越的4个阶段示意图

低电压穿越过程中,当考虑风电场的电流输出时,风电机组可等效为受控于机端电压的受控电流源,如图2所示。

图2 风电场出力时联合系统等效电路图

风电场输出有功电流时主要电气量的向量图如图3所示,并网点电压将逐步稳定在某一工作点。

图3 风电机组输出有功电流时主要电气量矢量图

当风电场并网线路发生故障时,风电场和送端换流站在故障各阶段的联合穿越策略如图4所示。

图4 低电压联合穿越策略示意图


本文引文信息

刘启建,杨美娟,行登江,等. 风电场经柔性直流孤岛送出的交流故障联合穿越策略[J]. 全球能源互联网,2020,3(2):132-141.


LIU Qijian, YANG Meijuan, XING Dengjiang, et al. Coordinated AC fault ride through strategy for wind farm connected to VSC-HVDC system by island[J]. Journal of Global Energy Interconnection, 2020, 3(2): 132-141(in Chinese).

作者简介


刘启建


工程师,硕士


主要从事柔性直流输电建模、仿真及工程应用相关工作

E-mail:

liuqijian_xj@outlook.com


杨美娟


工程师,硕士


主要从事柔性直流输电、柔性交流输电、混合直流输电、直流配电网等研究

E-mail:

prefer10@163.com


行登江


工程师,硕士


主要从事柔性直流输电系统分析相关工作

E-mail:

xingdengjiang@163.com


李道洋


工程师,硕士


主要研究方向为柔性直流输电技术

E-mail:

freyldy@126.com


王先为


高级工程师,博士


主要从事柔性交直流输电、混合直流输电、直流配电网等研究

Email:

wangxianwei2013@163.com


吴林林


高级工程师,硕士


研究方向为新能源发电及并网技术

E-mail:

wulin226@163.com


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编辑:张鹏

审核:白恺


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