多地双馈风电机组连续换相失败的抑制方法及系统与流程

本发明涉及电网控制，具体涉及一种多地双馈风电机组连续换相失败的抑制方法及系统。

背景技术：

1、随着能源需求不断增大，多条高压直流输电工程与各类新能源项目正不断推进。大规模的风电接入与近处的直流换流站产生较高程度的耦合，高比例的电力电子器件使系统动态响应特性更为复杂化。

2、换相失败作为交直流混联电网lcc-hvdc系统最常见的故障之一，连续的换相失败会对系统运行稳定性造成严重影响。目前，抑制连续换相失败的方法主要包括：无功补偿设备补偿、调节直流系统vdcol运行参数和提前调节换流器触发角。

3、上述方法各具特点，也存在各自的局限性。其中，无功补偿设备价格昂贵，对于大规模直流输电，动态无功需求较高。调节直流系统vdcol运行参数本质上是通过改变故障恢复时直流系统电流恢复速率，以减小故障恢复过程中的迅速增大的动态无功需求，但该方法不增发动态无功，只能在一定程度上缓解连续换相失败的。提前调节换流器触发角能够有效解决换相失败的发生，但需要消耗大量无功，可能会恶化系统运行状态。因此，现有的抑制换相失败策略多数是针对传统电网场景下进行研究，而在新型电力系统下由同步机主导的机电暂态特性转变为由电力电子设备主导的电磁暂态特性，带来了更为复杂的动态无功需求。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供了一种多地双馈风电机组连续换相失败的抑制方法及系统，提供动态无功支撑，有效降低含双馈风电机组的多馈入直流系统连续换相失败的可能性，以提高受端电网暂态稳定性，保障新型电力系统的安全稳定运行。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种多地双馈风电机组连续换相失败的抑制方法及系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：

3、步骤s1：发生短路故障时，基于多地双馈风电机组系统拓扑结构、电压信息和实测电流，采用检测装置进行故障定位，并分析得到受故障影响最严重的第一换流站；

4、步骤s2：基于多地双馈风电机组系统拓扑结构，计算双馈风电机组和所述第一换流站的多馈入交互作用因子；

5、步骤s3：采用激活函数，对所述双馈风电机组的网测侧换流器gsc无功控制曲线进行非线性化；

6、步骤s4：设定约束条件，并基于所述多馈入交互作用因子，计算交互影响因子，以调整所述网测侧换流器gsc无功控制曲线；

7、步骤s5：切换双馈风电机组网侧换流器运行模式从定功率因数模式转变为无功支撑模式，基于所述网测侧换流器gsc无功控制曲线，调节电压以提供动态无功支撑，抑制连续换相失败。

8、优选地，步骤s1中分析得到受故障影响最严重的第一换流站的方法为：发生短路故障时，根据检测装置进行测量，得到发生故障的支路；选取所述支路两端的节点m和节点n，测量所述节点m和节点n的电流；基于所述电流，计算节点m处的阻抗；通过所述阻抗得到故障点与节点m的距离，从而得到故障点的位置；基于故障点的位置和所述多地双馈风电机组系统拓扑结构，得到与所述故障点最近的换流站，即受故障影响最严重的第一换流站。

9、优选地，计算所述节点m处的阻抗z1的表达式为：

10、

11、um＝z1im+rfif

12、if＝im+in

13、式中，im表示节点m处的电流，in表示节点n处的电流，z1表示节点m到故障处的阻抗，rf表示故障点接地阻抗，if表示节点m和节点n的电流之和。

14、优选地，步骤s2中计算双馈风电机组和所述第一换流站的多馈入交互作用因子miifji的公式为：

15、

16、式中，δuj和δui表示当第一换流器电压跌落δui后双馈风电机组j电压依据耦合关系跌落δuj，zji表示第一换流器和双馈风电机组j的互阻抗，zii表示第一换流器的自阻抗。

17、优选地，步骤s3中对双馈风电机组的网测侧换流器gsc无功控制曲线进行非线性化的表达式为：

18、

19、δu＝0.9-ut,0.2≤ut≤1.3

20、式中，igq_ref表示网侧换流器gsc输出无功电流的参考值，igq_max表示网侧换流器gsc的无功输出极限和吸收极限值，αset表示设定的无功输出交互影响因子，ut表示双馈风电机组t处的电压。

21、优选地，步骤s4中计算交互影响因子的方法包括以下步骤：为保证所述第一换流站近处双馈风电机组在撬棒保护投入之前无功输出电流达到较高水平，设定约束为：

22、

23、式中，αmin表示表示双馈风电机组撬棒保护投入时，双馈风电机组的网侧换流器gsc无功输出大于0.9pu下的无功输出交互影响因子，δu0为撬棒保护投入时的交流电压跌落值；

24、基于所述约束，通过以下公式，设定无功输出交互影响因子α：

25、

26、式中，miifji表示多馈入交互作用因子，miifji<0.15时保持不变。

27、优选地，步骤s5中调节电压以提供动态无功支撑的公式为：

28、

29、式中，ugq表示网侧换流器gsc实测无功电压，ugq_ref表示网侧换流器gsc输出无功电压的参考值，ω表示频率，l表示双馈风电机组的电感，igd和igq分别为网侧换流器gsc实测有功电流和无功电流，kp表示比例环节的比例系数，s表示拉普拉斯变换的算子变量，ki表示比例常数。

30、本发明还提供了一种抑制多地双馈风电机组的连续换相失败系统，所述系统包括故障分析模块、多馈入交互作用因子生成模块、非线性化模块、无功曲线调整模块和无功支撑模块；

31、所述故障分析模块，用于基于多地双馈风电机组系统拓扑结构、电压信息和实测电流进行故障定位，分析得到受故障影响最严重的第一换流站；

32、所述多馈入交互作用因子生成模块，用于计算双馈风电机组和所述第一换流站的多馈入交互作用因子；

33、所述非线性化模块，用于采用激活函数，对所述双馈风电机组的网测侧换流器gsc无功控制曲线进行非线性化；

34、所述无功曲线调整模块，用于设定约束条件，并基于所述多馈入交互作用因子，计算交互影响因子，以调整所述网测侧换流器gsc无功控制曲线；

35、所述无功支撑模块，用于基于所述网测侧换流器gsc无功控制曲线，调节电压以提供动态无功支撑。

36、优选地，所述非线性化模块，进行非线性化的表达式为：

37、

38、δu＝0.9-ut,0.2≤ut≤1.3

39、式中，igq_ref表示网侧换流器gsc输出无功电流的参考值，igq_max表示网侧换流器gsc的无功输出极限和吸收极限值，αset表示设定的无功输出交互影响因子，ut表示双馈风电机组所在节点端口处的电压。

40、优选地，所述无功曲线调整模块，计算交互影响因子的方法为：设定约束

41、

42、式中，αmin表示表示双馈风电机组撬棒保护投入时，双馈风电机组的网侧换流器gsc无功输出大于0.9pu下的无功输出交互影响因子，δu0为撬棒保护投入时的交流电压跌落值；

43、基于所述约束，通过以下公式，设定无功输出交互影响因子α：

44、

45、式中，miifji表示多馈入交互作用因子，miifji<0.15时保持不变。

46、本发明的有益效果在于：在受端系统接入大规模双馈风力发电机场景下，调整非线性无功需求，并设定约束，优化双馈风电机组网侧换流器gsc的无功支撑能力。对于风电场容量受限这一问题，在多馈入系统下通过关联各直流落点的多馈入交互作用因子，依据节点电压信息，充分调动各处风电机组的无功补偿能力，有效地抑制直流多馈入系统的连续换相失败的发生。