风电经柔直孤岛送出交流暂态过电压抑制策略研究

doi:10.12096/j.2096-4528.pgt.21023

摘要/Abstract

摘要：

柔性直流输电(voltage source converter based high voltage direct current，VSC-HVDC)技术以其无换相失败等优势，在孤岛新能源送出等领域具有广阔的应用前景。当风电经柔直孤岛送出系统送端交流电网发生交流故障时，在故障清除后出现交流暂态过电压，危害风机及柔直设备安全。以双馈风机(doubly fed induction generator，DFIG)为例，针对基于模块化多电平换流器(modular multilevel converter，MMC)的柔直电网，开展了从柔直侧控制实现交流暂态过电压抑制的策略研究。分析了柔直控制系统与DFIG数学模型，提出暂态过电压是由风机无功与柔直无功引起的，在此基础上，结合柔直控制系统模型，提出了暂态过电压辅助抑制策略，根据交流电压恢复，减少柔直无功输出。最后，在PSCAD平台上利用张北柔直工程模型进行仿真，验证了所提策略的有效性。

关键词: 新能源, 碳达峰, 碳中和, 柔性直流输电(VSC-HVDC), 孤岛送出, 暂态过电压, 抑制策略

Abstract:

Voltage source converter based high voltage direct current (VSC-HVDC) has a broad application prospect in the field of islanded renewable energy transmission, due to its advantages such as no commutation failure. When AC fault occurs in the AC power grid at the sending end of the islanded wind power transmission via VSC-HVDC, AC transient overvoltage occurs after fault clearance, endangering the safety of wind turbine and VSC-HVDC equipment. Taking the doubly fed induction generator (DFIG) as an example, this paper focused on the VSC-HVDC based on modular multilevel converter (MMC), and carried out a research on the strategy of suppressing AC transient overvoltage for MMC. Firstly, this paper analyzed the mathematical model of MMC and DFIG, and pointed out that the transient overvoltage was caused by the reactive power provided by MMC and DFIG. On this basis, combined with MMC control system model, a transient overvoltage auxiliary suppression strategy was proposed to reduce the reactive power output according to the AC voltage recovery. Finally, the effectiveness of the proposed strategy was verified by simulations on PSCAD using the Zhangbei MMC-HVDC project model.

Key words: renewable energy, carbon peak, carbon neutrality, voltage source converter based high voltage direct current (VSC-HVDC), islanded transmission, transient overvoltage, suppression strategy

中图分类号:

TK 89

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图/表 13

图1 风电经柔直送出系统基本拓扑结构

Fig. 1 Basic topological structure of wind power transmission system via MMC

图2 MMC双闭环VF控制框图

Fig. 2 Diagram of double loop VF control for MMC

图3 风电场低压穿越要求

Fig. 3 Low voltage ride through requirements of wind farm

图4 DFIG并网拓扑结构图

Fig. 4 Topological structure of DFIG connected to AC grid

图5 暂态过电压辅助控制策略

Fig. 5 Auxiliary control strategy of transient overvoltage

图6 张北柔直工程拓扑结构

Fig. 6 Topological structure of Zhangbei VSC-HVDC

表1 MMC主电路参数

Tab. 1 Main circuit parameters of MMC

场站	额定容量/MW	交流侧额定电压/kV	桥臂电感/mH	子模块电容/mF	子模块电平数
STA1	2×1 500	525	50	7.0	100
STA2	2×750	525	100	3.8	100
STA3	2×750	230	100	3.8	100
STA4	2×1 500	230	50	7.0	100

图7 张北站交流侧电压

Fig. 7 AC voltage of Zhangbei station

图8 张北站输出无功功率

Fig. 8 Reactive power output of Zhangbei station

图9 两相接地短路时张北站交流侧电压

Fig. 9 AC voltage of Zhangbei station in two-phase grounding short circuit

图10 策略退出电压上限Ush与PCC电压变化关系

Fig. 10 Variation relationship between upper limit of exit strategy voltage Ush and PCC voltage

图11 策略生效电压下限Usl与PCC电压变化关系

Fig. 11 Variation relationship between lower limit of effective strategy voltage Usl and PCC voltage

图12 策略生效电压参考值usrefl与PCC电压变化关系

Fig. 12 Variation relationship between effective strategy voltage reference usrefl and PCC voltage

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