一种低谐波海上风电送出系统的短路电流计算方法和装置与流程

本发明涉及海上风电，尤其涉及一种低谐波海上风电送出系统的短路电流计算方法和装置。

背景技术：

1、海上风电主要采取近海-交流、远海-直流的输送方式，单个工程容量约百万千瓦。随着近海海上风电开发殆尽，深远海海上风电成为未来海上风电发展的重点。目前实际应用中直流送出主流方案为基于mmc拓扑的柔性直流输电技术，但其平台的体积重量大，造价较高，因此大规模海上风电送出方案有待进一步优化。为适应多种应用场景和降低送出工程成本，现有技术提出了多种各具特点的送出方案，包括送端采用基于二极管元件的单向电流型不控整流换流器、直流风机汇集升压送出、低频输电等多种送出方案。

2、送端采用基于二极管元件的单向电流型不控整流换流器有助于实现海上平台轻型化，在直流送出时，送端电网组成由风机变流器和柔性直流变流器组成的全电力电子电网，其短路电流特性与交流大电网短路特性存在显著区别，需要明确短路电流计算方法。然而，现有的短路电流计算方法采用仿真计算的方式进行，需要不断调整参数反复进行大量仿真，效率低下。

技术实现思路

1、本发明提供了一种低谐波海上风电送出系统的短路电流计算方法和装置，用于解决现有的短路电流计算方法采用仿真计算的方式进行，需要不断调整参数反复进行大量仿真，效率低下的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种低谐波海上风电送出系统的短路电流计算方法，应用于低谐波海上风电直流输电系统，低谐波海上风电直流输电系统包括：第一海上风电场、第二海上风电场、2个第一逆变器、2个第二逆变器、背靠背ac/dc/ac模块、阻波支路、第一二极管整流器、第二二极管整流器、由两个背靠背的柔直变流器构成的陆上背靠背柔直变流器、第一陆上变压器、第二陆上变压器和陆上电网；

3、第一海上风电场通过第一母线分别连接一个第一逆变器和一个第二逆变器，与第一母线连接的第一逆变器连接第一二极管整流器的阴极端，第一二极管整流器的阳极端连接与第一母线连接的第二逆变器，背靠背ac/dc/ac模块的一端与第一母线连接，背靠背ac/dc/ac模块的另一端与第二母线连接，阻波支路的一端与第一母线连接，阻波支路的另一端与第二母线连接；

4、第二海上风电场通过第二母线分别连接一个第一逆变器和一个第二逆变器，与第二母线连接的第一逆变器连接第二二极管整流器的阴极端，第二二极管整流器的阳极端连接与第二母线连接的第二逆变器；

5、第一二极管整流器的阴极端通过第一直流线路与陆上背靠背柔直变流器的一个输入端连接，第二二极管整流器的阳极端通过第二直流线路与陆上背靠背柔直变流器的另一个输入端连接，陆上背靠背柔直变流器的一个输出端通过第一陆上变压器连接陆上电网，陆上背靠背柔直变流器的另一个输出端通过第二陆上变压器连接陆上电网；

6、低谐波海上风电送出系统的短路电流计算方法包括：

7、获取第一海上风电场和第二海上风电场的风机变流器的额定功率和过负荷能力，以及陆上背靠背柔直变流器的额定功率和过负荷能力；

8、确定第一海上风电场和第二海上风电场的风机变流器的瞬时过流保护定值，以及陆上背靠背柔直变流器的瞬时过流保护定值；

9、确定第一海上风电场的第一风机变流器数量和第二海上风电场的第二风机变流器数量，以及海上送端电网电压波动允许范围；

10、通过电磁暂态仿真阻波支路一端发生故障，另一端保持在海上送端电网电压波动允许范围的最大电压时产生的最大短路电流；

11、根据第一公式计算低谐波海上风电送出系统的短路电流峰值，根据第二公式计算低谐波海上风电送出系统的短路电流有效值；

12、第一公式为：

13、

14、或

15、

16、其中，isc-peak为低谐波海上风电送出系统的短路电流峰值，ip-btb为陆上背靠背柔直变流器的瞬时过流保护定值，ip-wtn为第n个风机变流器的瞬时过流保护定值，n1为第一海上风电场的第一风机变流器数量，n2为第二海上风电场的第二风机变流器数量，i阻波为阻波支路一端发生故障，另一端保持在海上送端电网电压波动允许范围的最大电压时产生的最大短路电流；

17、第二计算公式为：

18、

19、或

20、

21、其中，isc-rms为低谐波海上风电送出系统的短路电流有效值，kbtb为陆上背靠背柔直变流器的过负荷能力，pbtb为陆上背靠背柔直变流器的额定功率，vmin为海上送端电网电压波动允许范围的最小值，kwtn为第一海上风电场和第二海上风电场的风机变流器的过负荷能力，pwtn为第一海上风电场和第二海上风电场的风机变流器的额定功率。

22、可选地，低谐波海上风电送出系统的短路电流计算方法还包括：

23、检测交流侧是否发生接地故障，当检测到任一端交流侧发生接地故障时，闭锁陆上背靠背柔直变流器中故障侧的柔直变流器，根据第三公式计算低谐波海上风电送出系统的短路电流峰值，根据第四公式计算低谐波海上风电送出系统的短路电流有效值；

24、第三公式为：

25、

26、或

27、

28、第四公式为：

29、

30、或

31、

32、可选地，阻波支路为rlc电路。

33、可选地，第一逆变器为yy型变压器，第二逆变器为yd型变压器。

34、可选地，第一海上风电场和第二海上风电场的总输出相位的差的绝对值为15°。

35、本发明第二方面提供了一种低谐波海上风电送出系统的短路电流计算装置，应用于低谐波海上风电直流输电系统，低谐波海上风电直流输电系统包括：第一海上风电场、第二海上风电场、2个第一逆变器、2个第二逆变器、背靠背ac/dc/ac模块、阻波支路、第一二极管整流器、第二二极管整流器、由两个背靠背的柔直变流器构成的陆上背靠背柔直变流器、第一陆上变压器、第二陆上变压器和陆上电网；

36、第一海上风电场通过第一母线分别连接一个第一逆变器和一个第二逆变器，与第一母线连接的第一逆变器连接第一二极管整流器的阴极端，第一二极管整流器的阳极端连接与第一母线连接的第二逆变器，背靠背ac/dc/ac模块的一端与第一母线连接，背靠背ac/dc/ac模块的另一端与第二母线连接，阻波支路的一端与第一母线连接，阻波支路的另一端与第二母线连接；

37、第二海上风电场通过第二母线分别连接一个第一逆变器和一个第二逆变器，与第二母线连接的第一逆变器连接第二二极管整流器的阴极端，第二二极管整流器的阳极端连接与第二母线连接的第二逆变器；

38、第一二极管整流器的阴极端通过第一直流线路与陆上背靠背柔直变流器的一个输入端连接，第二二极管整流器的阳极端通过第二直流线路与陆上背靠背柔直变流器的另一个输入端连接，陆上背靠背柔直变流器的一个输出端通过第一陆上变压器连接陆上电网，陆上背靠背柔直变流器的另一个输出端通过第二陆上变压器连接陆上电网；

39、低谐波海上风电送出系统的短路电流计算装置包括：

40、第一信息获取模块，用于获取第一海上风电场和第二海上风电场的风机变流器的额定功率和过负荷能力，以及陆上背靠背柔直变流器的额定功率和过负荷能力；

41、第二信息获取模块，用于确定第一海上风电场和第二海上风电场的风机变流器的瞬时过流保护定值，以及陆上背靠背柔直变流器的瞬时过流保护定值；

42、第三信息获取模块，用于确定第一海上风电场的第一风机变流器数量和第二海上风电场的第二风机变流器数量，以及海上送端电网电压波动允许范围；

43、故障仿真模块，用于通过电磁暂态仿真阻波支路一端发生故障，另一端保持在海上送端电网电压波动允许范围的最大电压时产生的最大短路电流；

44、短路电流计算模块，用于根据第一公式计算低谐波海上风电送出系统的短路电流峰值，根据第二公式计算低谐波海上风电送出系统的短路电流有效值；

45、第一公式为：

46、

47、或

48、

49、其中，isc-peak为低谐波海上风电送出系统的短路电流峰值，ip-btb为陆上背靠背柔直变流器的瞬时过流保护定值，ip-wtn为第n个风机变流器的瞬时过流保护定值，n1为第一海上风电场的第一风机变流器数量，n2为第二海上风电场的第二风机变流器数量，i阻波为阻波支路一端发生故障，另一端保持在海上送端电网电压波动允许范围的最大电压时产生的最大短路电流；

50、第二计算公式为：

51、

52、或

53、

54、其中，isc-rms为低谐波海上风电送出系统的短路电流有效值，kbtb为陆上背靠背柔直变流器的过负荷能力，pbtb为陆上背靠背柔直变流器的额定功率，vmin为海上送端电网电压波动允许范围的最小值，kwtn为第一海上风电场和第二海上风电场的风机变流器的过负荷能力，pwtn为第一海上风电场和第二海上风电场的风机变流器的额定功率。

55、可选地，低谐波海上风电送出系统的短路电流计算装置还包括：

56、检测模块，用于检测交流侧是否发生接地故障，当检测到任一端交流侧发生接地故障时，闭锁陆上背靠背柔直变流器中故障侧的柔直变流器，根据第三公式计算低谐波海上风电送出系统的短路电流峰值，根据第四公式计算低谐波海上风电送出系统的短路电流有效值；

57、第三公式为：

58、

59、或

60、

61、第四公式为：

62、

63、或

64、

65、可选地，阻波支路为rlc电路。

66、可选地，第一逆变器为yy型变压器，第二逆变器为yd型变压器。

67、可选地，第一海上风电场和第二海上风电场的总输出相位的差的绝对值为15°

68、从以上技术方案可以看出，本发明提供的低谐波海上风电送出系统的短路电流计算方法具有以下优点：

69、本发明提供的低谐波海上风电送出系统的短路电流计算方法，通过获取风机变流器的额定功率和过负荷能力、陆上背靠背柔直变流器的额定功率和过负荷能力、风机变流器的瞬时过流保护定值和陆上背靠背柔直变流器的瞬时过流保护定值、第二风机变流器数量以及海上送端电网电压波动允许范围，结合电磁暂态仿真阻波支路一端发生故障，另一端保持在海上送端电网电压波动允许范围的最大电压时产生的最大短路电流来计算低谐波海上风电送出系统的短路电流峰值和有效值，不需要不断调整参数反复进行大量仿真，提高了效率，解决了现有的短路电流计算方法采用仿真计算的方式进行，需要不断调整参数反复进行大量仿真，效率低下的技术问题。