海上风电并网系统的故障穿越控制方法和系统与流程

1.本发明涉及故障穿越控制领域，具体涉及海上风电并网系统的故障穿越控制方法和系统。


背景技术：

2.海上风电并网系统的故障穿越控制方法的拓扑结构如图1所示。包括，连接的海上风电场和柔性直流输电系统(vsc-hvdc系统)，所述柔性直流输电系统与受端交流电网，同时海上风电并网系统也与滤波、测量、通信及控制保护等附加装置连接。其中，柔性直流输电系统由风电场侧换流站(wfvsc)、海底高压直流电缆、网侧换流站(gsvsc)等组成。
3.当受端交流电网发生故障时，gsvsc需要向电网注入无功功率以支撑其电压迅速回到稳定水平，由于gsvsc采用无功电流优先的控制方式，且gsvsc受自身额定电流限制，导致gsvsc向受端交流电网输送有功功率的能力急剧下降。
4.同时，由于风电机组无法及时调整出力，海上风电场注入柔性直流输电系统的功率不断累积，柔性直流输电系统两端功率的不平衡导致直流侧电压迅速上升。
5.当故障处短路电流超过保护限值时，gsvsc将进行闭锁动作以保护器件。若风电场无法及时减少有功出力，直流侧电压将继续上升，wfvsc也将执行闭锁动作，此时海上风电场将被迫与受端电网断开联接退出运行，不仅造成巨大的经济损失，还将对电力系统稳定运行构成巨大威胁。
6.为了避免换流器闭锁，需要对海上风电并网系统进行故障穿越控制。传统故障穿越方法从原理上主要可分为基于通讯的降载法、直流耗能电路法、降压法和升频法等方案。
7.基于通信的降载控制法是将电网电压故障信号利用通信设备直接传输至各台风机的控制器，风电机组减少出力以实现直流母线两端功率平衡。但此方法会导致风机转矩快速变化，使风机承受很高的机械应力。同时受通信延时的影响，可靠性差，且通信设备增加了设备投资。
8.直流耗能电路法是在网侧换流站的直流端并联耗能电阻，以此达到消耗直流系统两端不平衡功率的目的。但耗能电阻功率需与风场的额定输出功率相匹配，投切冷却装置的引入将会带来成本、占地和散热等问题。
9.升频法与降压法均是通过wfvsc的控制降低风电场的输出电磁功率。其中，降压法原理为根据直流电压变化，改变wfvsc定交流电压控制的电压参考值，通过降低海上风电场的交流电压，快速降低风电场输出功率。瞬时的电压降可等效于风场内部发生了短路故障，风电场内短路故障电流含较高直流分量，因此会对风机带来很强的机械应力，对wfvsc也会带来很强的电气应力。同时极易引起基于dfig的风电场暂态过电流，触发crowbar保护。
10.升频法是通过控制wfvsc来提高风电场频率的方式，降低风电场输入直流系统的功率。由于双馈风机对频率波动较为敏感，频率变化会导致其输出电流含有直流分量，加剧换流站直流电压的振荡，不利于系统维持稳定运行。
11.由以上分析可知，现有故障穿越控制方案中，单独使用一种故障穿越方法无法做
到经济性与可靠性的平衡兼顾。单独使用直流耗能电路法，具有经济成本高，散热设计困难等缺陷；只利用基于通讯的降载法/升频法/降压法实现故障穿越，风电机组将应对很强的机械和电气应力，影响海上风电场安全稳定运行。因此，需要设计具有更好的工程应用价值的控制策略。


技术实现要素：

12.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供海上风电并网系统的故障穿越控制方法和系统，该方法根据vsc-hvdc系统的直流电压和柔性直流输电线路两端功率的变化情况，协调利用降压法和直流耗能电路法实现故障穿越，不仅能降低耗能电阻配置容量，还能减少耗能电阻的工作时间。同时，也因为直流耗能电阻的使用，减少了风机降压的幅度，对风机影响更小。
13.本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
14.本发明提供海上风电并网系统的故障穿越控制方法，所述海上风电并网系统采用柔性直流输电技术进行并网，所述方法包括：
15.步骤1：当受端交流电网发生在电压跌落故障时，令海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的网侧换流器进入无功控制模式；
16.步骤2：当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压超过海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的风电场侧换流器的降压控制阈值时，启动降压控制器，并利用降压控制器降低所述风电场侧换流器的交流侧电压；
17.步骤3：当所述风电场侧换流器的交流侧电压低于切换阈值u
wf_th1
时，令海上风电并网系统中风电场进入减载控制模式；
18.步骤4：当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第一预设条件时，投入耗能电路；
19.步骤5：当监测到所述网侧换流器的交流侧并网点电压恢复到正常范围内时，令所述网侧换流器进入有功恢复模式；
20.步骤6：当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第二预设条件时，切出耗能电路；
21.步骤7：当海上风电并网系统中风电场检测到故障清除时，令所述风电场进入有功恢复模式，并关闭降压控制器；
22.步骤8：当所述网侧换流器的有功输出p
gs
恢复到稳态额定值时，令所述网侧换流器进入常规控制模式；
23.步骤9：当所述风电场侧换流器的有功输出p
wf
恢复到稳态额定值时，令所述风电场进入常规控制模式，并结束故障穿越控制。
24.本发明提供海上风电并网系统的故障穿越控制系统，所述海上风电并网系统采用柔性直流输电技术进行并网，所述系统包括：
25.网侧换流器无功控制模块，用于当受端交流电网发生在电压跌落故障时，令海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的网侧换流器进入无功控制模式；
26.风电场侧换流器降压控制模块，用于当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压超过海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的风电场侧换流器的降压控制阈值时，启动降
压控制器，并利用降压控制器降低所述风电场侧换流器的交流侧电压；
27.风电场减载控制模块，用于当所述风电场侧换流器的交流侧电压低于切换阈值u
wf_th1
时，令海上风电并网系统中风电场进入减载控制模式；
28.耗能电路投入模块，用于当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第一预设条件时，投入耗能电路；
29.网侧换流器有功恢复控制模块，用于当监测到所述网侧换流器的交流侧并网点电压恢复到正常范围内时，令所述网侧换流器进入有功恢复模式；
30.耗能电路切出模块，用于当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第二预设条件时，切出耗能电路；
31.风电场有功恢复控制模块，用于当海上风电并网系统中风电场检测到故障清除时，令所述风电场进入有功恢复模式，并关闭降压控制器；
32.网侧换流器常规控制模块，用于当所述网侧换流器的有功输出p
gs
恢复到稳态额定值时，令所述网侧换流器进入常规控制模式；
33.风电场常规控制模块，用于当所述风电场侧换流器的有功输出p
wf
恢复到稳态额定值时，令所述风电场进入常规控制模式，并结束故障穿越控制。
34.与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
35.本发明提供的技术方案，当受端交流电网发生在电压跌落故障时，令海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的网侧换流器进入无功控制模式；当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压超过海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的风电场侧换流器的降压控制阈值时，启动降压控制器，并利用降压控制器降低所述风电场侧换流器的交流侧电压；当所述风电场侧换流器的交流侧电压低于切换阈值u
wf_th1
时，令海上风电并网系统中风电场进入减载控制模式；当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第一预设条件时，投入耗能电路；当监测到所述网侧换流器的交流侧并网点电压恢复到正常范围内时，令所述网侧换流器进入有功恢复模式；当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第二预设条件时，切出耗能电路；当海上风电并网系统中风电场检测到故障清除时，令所述风电场进入有功恢复模式，并关闭降压控制器；当所述网侧换流器的有功输出p
gs
恢复到稳态额定值时，令所述网侧换流器进入常规控制模式；当所述风电场侧换流器的有功输出p
wf
恢复到稳态额定值时，令所述风电场进入常规控制模式，并结束故障穿越控制。该方案不仅能降低耗能电路配置容量，还能减少耗能电路的工作时间，同时因为耗能电路的使用，减少了风机降压的幅度，对风机影响更小。
36.本发明提供的技术方案，充分利用直流耗能电路法和降压法的优势，并避免其不足，最大程度的降低成本，提高故障穿越能力。
附图说明
37.图1是海上风电并网系统结构图；
38.图2是海上风电并网系统的故障穿越控制方法流程图；
39.图3是海上风电并网系统的故障穿越控制系统结构图；
40.图4是本发明实施例中组合式故障穿越控制框图；
41.图5(a)是本发明实施例中故障穿越期间海上风电并网系统的直流侧电压响应特
性曲线示意图；
42.图5(b)是本发明实施例中故障穿越期间海上风电并网系统的wfvsc交流侧电压响应特性曲线示意图；
43.图5(c)是本发明实施例中故障穿越期间海上风电并网系统的风电场与gsvsc的输送功率响应特性曲线示意图；
44.图5(d)是本发明实施例中故障穿越期间海上风电并网系统的直流盈余能量响应特性曲线示意图；
45.图6是本发明实施例中柔性直流输电系统中直流耗能电阻安装示意图；
46.图7是本发明实施例中降压法控制原理图。
具体实施方式
47.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
48.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
49.实施例1：
50.单独采用一种故障穿越方式，都可对故障起到一定的缓解作用，但也存在相应的弊端，为了充分利用各种控制方式的优势，本发明提供了海上风电并网系统的故障穿越控制方法，所述海上风电并网系统采用柔性直流输电技术进行并网，如图2所示，在故障的不同时刻依次投入不同的故障穿越控制，包括：
51.步骤101，当受端交流电网发生在电压跌落故障时，令海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的网侧换流器进入无功控制模式；
52.步骤102，当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压超过海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的风电场侧换流器的降压控制阈值时，启动降压控制器，并利用降压控制器降低所述风电场侧换流器的交流侧电压；
53.步骤103，当所述风电场侧换流器的交流侧电压低于切换阈值u
wf_th1
时，令海上风电并网系统中风电场进入减载控制模式；
54.步骤104，当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第一预设条件时，投入耗能电路；
55.步骤105，当监测到所述网侧换流器的交流侧并网点电压恢复到正常范围内时，令所述网侧换流器进入有功恢复模式；
56.步骤106，当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第二预设条件时，切出耗能电路；
57.步骤107，当海上风电并网系统中风电场检测到故障清除时，令所述风电场进入有功恢复模式，并关闭降压控制器；
58.步骤108，当所述网侧换流器的有功输出p
gs
恢复到稳态额定值时，令所述网侧换流器进入常规控制模式；
59.步骤109，当所述风电场侧换流器的有功输出p
wf
恢复到稳态额定值时，令所述风电
场进入常规控制模式，并结束故障穿越控制。
60.具体的，所述降压控制器用于基于降压法降低所述风电场侧换流器的交流侧电压。
61.具体的，所述步骤103中，减载控制模式下所述风电场内双馈风电机组的控制原理的数学模型的计算式如下：
[0062][0063]
式中，为所述风电场内双馈风电机组的输出功率，ωr为所述风电场内双馈风电机组转子转速，lm为所述风电场内双馈风电机组定、转子绕组之间的等效互感，ls为所述风电场内双馈风电机组定子绕组自感，u
wf
为所述风电场内换流器的交流侧电压，k
rq
为所述风电场内双馈风电机组降载系数，i
rqref
为稳态控制下所述风电场内双馈风电机组转子q轴分量。
[0064]
进一步的，所述风电场内双馈风电机组降载系数k
rq
的计算式如下：
[0065][0066]
式中，u
wfth1
为切换阈值，u
wfmin
为所述风电场侧换流器的交流侧电压最小限值，n为大于0的预设参数。
[0067]
具体的，所述第一预设条件为：
[0068]udc
≥u
chp_thr-δu
[0069]
式中，u
dc
为海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压，u
chp_thr
为直流耗能电路启动阈值，δu为预设裕度。
[0070]
具体的，其特征在于，所述第二预设条件为：
[0071]udc
＜u
chp_thr-δu
[0072]
式中，u
dc
为海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压，u
chp_thr
为直流耗能电路启动阈值，δu为预设裕度。
[0073]
具体的，所述步骤105中，在网侧换流器的有功恢复模式下，所述网侧换流器的有功输出p
gs
以固定斜率k
gs
进行恢复；
[0074]
所述步骤107中，所述风电场进入有功恢复模式之后，所述风电场侧换流器的有功输出p
wf
以固定斜率k
wf
进行恢复；
[0075]
其中，k
gs
与k
wf
相等。
[0076]
实施例2：
[0077]
本发明提供了海上风电并网系统的故障穿越控制系统，所述海上风电并网系统采用柔性直流输电技术进行并网，如图3所示，包括：网侧换流器无功控制模块，用于当受端交流电网发生在电压跌落故障时，令海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的网侧换流器进入无功控制模式；
[0078]
风电场侧换流器降压控制模块，用于当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压超过海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的风电场侧换流器的降压控制阈值时，启动降压控制器，并利用降压控制器降低所述风电场侧换流器的交流侧电压；
[0079]
风电场减载控制模块，用于当所述风电场侧换流器的交流侧电压低于切换阈值u
wf_th1
时，令海上风电并网系统中风电场进入减载控制模式；
[0080]
耗能电路投入模块，用于当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第一预设条件时，投入耗能电路；
[0081]
网侧换流器有功恢复控制模块，用于当监测到所述网侧换流器的交流侧并网点电压恢复到正常范围内时，令所述网侧换流器进入有功恢复模式；
[0082]
耗能电路切出模块，用于当海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压满足第二预设条件时，切出耗能电路；
[0083]
风电场有功恢复控制模块，用于当海上风电并网系统中风电场检测到故障清除时，令所述风电场进入有功恢复模式，并关闭降压控制器；
[0084]
网侧换流器常规控制模块，用于当所述网侧换流器的有功输出p
gs
恢复到稳态额定值时，令所述网侧换流器进入常规控制模式；
[0085]
风电场常规控制模块，用于当所述风电场侧换流器的有功输出p
wf
恢复到稳态额定值时，令所述风电场进入常规控制模式，并结束故障穿越控制。
[0086]
具体的，所述降压控制器用于基于降压法降低所述风电场侧换流器的交流侧电压。
[0087]
具体的，所述风电场减载控制模块中，减载控制模式下所述风电场内双馈风电机组的控制原理的数学模型的计算式如下：
[0088][0089]
式中，为所述风电场内双馈风电机组的输出功率，ωr为所述风电场内双馈风电机组转子转速，lm为所述风电场内双馈风电机组定、转子绕组之间的等效互感，ls为所述风电场内双馈风电机组定子绕组自感，u
wf
为所述风电场内换流器的交流侧电压，k
rq
为所述风电场内双馈风电机组降载系数，i
rqref
为稳态控制下所述风电场内双馈风电机组转子q轴分量。
[0090]
进一步的，所述风电场内双馈风电机组降载系数k
rq
的计算式如下：
[0091][0092]
式中，u
wfth1
为切换阈值，u
wfmin
为所述风电场侧换流器的交流侧电压最小限值，n为大于0的预设参数。
[0093]
具体的，所述第一预设条件为：
[0094]udc
≥u
chp_thr-δu
[0095]
式中，u
dc
为海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压，u
chp_thr
为直流耗能电路启动阈值，δu为预设裕度。
[0096]
具体的，其特征在于，所述第二预设条件为：
[0097]udc
＜u
chp_thr-δu
[0098]
式中，u
dc
为海上风电并网系统中vsc-hvdc系统的直流电压，u
chp_thr
为直流耗能电路启动阈值，δu为预设裕度。
[0099]
具体的，所述网侧换流器有功恢复控制模块中，在网侧换流器的有功恢复模式下，所述网侧换流器的有功输出p
gs
以固定斜率k
gs
进行恢复；
[0100]
所述风电场有功恢复控制模块中，所述风电场进入有功恢复模式之后，所述风电场侧换流器的有功输出p
wf
以固定斜率k
wf
进行恢复；
[0101]
其中，k
gs
与k
wf
相等。
[0102]
实施例3：
[0103]
在与海上风电并网系统连接的受端交流电网发生故障时，柔性直流输电系统网侧换流器有功功率输送能力急剧下降，该系统直流侧两端将出现不平衡功率，由此导致的直流电压上升及换流器闭锁等问题，将严重影响系统的稳定运行。
[0104]
在现有故障穿越控制方案中，单独使用基于通讯的降载法、直流耗能电路法、降压法或升频法往往不足以支撑系统穿越整个故障过程，且存在经济性差、对设备性能要求严苛的问题。
[0105]
有鉴于此，需要研究能克服目前故障穿越控制策略的缺陷的技术方案，为保证技术方案的合理性，对海上风电并网系统对受端交流电网电压跌落故障的响应特性：
[0106]
在百毫秒级的时间尺度上，风电场输入到柔性直流输电系统的有功功率p
wf
可看作恒定值，若忽略系统损耗，则在故障发生时刻t0之后，直流电压上升幅度与不平衡功率的关系由下式表示：
[0107][0108]
式中：δv
dc
为直流电压变化值；c
eq
为直流侧等效电容；p
wf
与p
gs
分别为风电场输送到直流侧的功率、直流侧输送到受端交流电网的功率，t为故障结束时间。
[0109]
由上式可知，直流电压对受端交流电网故障的响应特性主要受以下因素制约：
[0110]
1)直流等效电容大小。等效电容值越大，故障期间对于直流不平衡功率的吸收能力越强，因此直流电压上升幅度就越小。
[0111]
2)电网发生的故障类型与其导致的电压跌落深度。
[0112]
3)风电场输入到直流系统的功率。在故障期间风电场输入到直流系统的功率越多，则直流电压上升程度越高，同时也会导致故障期间dfig转子电流波动越大，转速升高越多。
[0113]
4)直流系统输入到受端电网的功率。gsvsc在故障期间有功输送能力越强，则越有利于缓解直流电压的陡升问题。
[0114]
在影响因素中，第一点主要与系统参数有关。针对第二点影响因素，当受端交流电网发生单相接地短路故障时，随着电压跌落程度的加重，直流电压上升幅度也越大。三相短路故障与之相比，同等残压值下直流电压上升程度更高。第三点和第四点的作用机理本质上是相同的，可以用直流侧的盈余能量的概念来理解，因此在受端系统故障时保持gsvsc与wfvsc之间的功率平衡，从而控制直流侧电压稳定在保护装置动作阈值之下成为关键。
[0115]
通过分析海上风电并网系统对受端交流电网电压跌落故障的响应特性，发现海上风电并网系统故障响应特性与故障类型、故障程度、故障期间直流侧盈余功率以及系统本身参数有关。
[0116]
在受端交流电网故障期间，为了减少输送到受端交流电网的功率，抑制直流电压
的陡升，根据故障期间柔性直流输电系统的直流侧电压及两端有功功率的变化，本发明提出海上风电并网系统的故障穿越控制方法，利用海上风电场降压减载，同时在直流侧配置耗能电路的组合式故障穿越控制手段，协调配置降压法和直流耗能电路法两种故障穿越方法，充分利用这两种故障穿越控制方式的优势，提升故障穿越能力，降低工程建设成本，实现经济可靠的故障穿越控制。
[0117]
该方法的设计思路先利用降压法降低风电场出力，当直流电压超过阈值时再投入耗能电阻，当故障清除时，再依次退出耗能电阻，风电场恢复常规控制方式。这样不仅可以降低耗能电阻配置容量，还减少了耗能电阻的工作时间。同时，降压法也因为直流耗能电阻的使用，减少了降压的幅度，对风机影响更小。
[0118]
按照该设计思路设计的组合式故障穿越控制框图如图4所示，其中，gsvsc稳态及故障穿越期间可分别采用定直流电压控制、无功优先控制或者有功恢复控制方式；dc-chopper可按照触发投入、故障后退出的策略进行设计；wfvsc稳态及故障穿越控制则可以按照定交流电压控制和采用降电压控制相协调的策略进行设计；而风电机组gsc变流器稳态控制按照定直流电压控制，rsc则可以考虑按照常规控制、减载控制和有功恢复控制等进行设计。
[0119]
该方法具体操作步骤如下：
[0120]
步骤1：在受端交流电网发生在电压跌落故障时刻(t1时刻)，gsvsc运行模式切换为无功优先控制模式，对受端电网提供无功电压支撑。
[0121]
此时gsvsc有功功率输送能力开始下降，其输出有功功率p
gs
迅速下降至故障期间的最小运行功率p
min
，由于风电场输送到直流侧的有功功率p
wf
恒定，直流侧两端的不平衡功率造成了直流电压上升，影响系统稳定运行。
[0122]
步骤2：在直流电压超过wfvsc降压控制阈值u
wfvsc
的时刻(t2时刻)，触发降压控制器启动，换流器控制wfvsc交流侧电压降低(即采取降压法降低wfvsc交流侧电压，以减少风电场有功功率的输出，换言之采用降电压控制策略)；
[0123]
正常时wfvsc采用的是定交流电压控制。
[0124]
步骤3：在wfvsc交流电压低于阈值u
wf_th1
时刻(t3时刻)，风电场开始进行减载控制。
[0125]
当风电场侧换流器交流电压降低至一定程度时，为了避免风电场因电压跌落程度过大导致的机组定、转子过流问题，设置wfvsc降压控制模式转换阈值u
wf_th1
。
[0126]
步骤4：在u
dc
≥u
chp_thr-δu
裕度
时刻(t4时刻)，投入耗能电路，耗散累积在直流系统的冗余能量。
[0127]
其中，u
dc
为直流电压，u
chp_thr
为直流耗能电路启动阈值，δu为预设裕度。
[0128]
步骤5：在p
gs
＝p
wf
时刻(t5时刻)，此时直流盈余能量也达到最大p
dc_max
，直流电压上升至最大值u
dc_max
，不操作；
[0129]
由于此时耗能电路没有退出运行，且p
gs
＝p
wf
，故而在t5时刻之后，直流电压会下降。
[0130]
步骤6：在并网点电压恢复到正常范围内的时刻(t6时刻)，可认为交流侧电压跌落故障清除，gsvsc进入有功恢复控制模式，为了减少功率突变对系统的影响，令p
gs
以一固定的斜率k
gs
上升。
[0131]
步骤7：在u
dc
＜u
chp_thr-δu的时刻(t7时刻)，直流耗能电路退出运行。
[0132]
步骤8：在海上风电场检测到故障清除时刻(t7时刻)，海上风电场进入有功恢复模式，p
wf
按照与k
gs
相同的斜率k
wf
开始上升。
[0133]
步骤9：p
gs
恢复到稳态额定值(t9时刻)，gsvsc进入常规控制模式下运行。
[0134]
步骤10：p
wf
恢复到稳态额定值(t
10
时刻)，海上风电场进入常规控制模式下运行，至此完成整个低电压穿越过程。
[0135]
其中，耗能电路所配置的耗能功率大小，可根据实际工程参数进行设计。因为本发明设计思路为利用最少的耗能电阻配置实现故障穿越，最大程度的降低成本，因此为了兼具经济性与可靠性，在投入耗能电阻后，将持续运行至t7时刻。
[0136]
故障穿越期间海上风电并网系统的响应特性曲线，如图5所示；
[0137]
由图5(a)可以看出，直流电压变化可将故障分为三个阶段：
[0138]
t1～t5期间为直流电压上升阶段；
[0139]
t5～t6期间为直流电压相对平稳阶段，此阶段对于海上风电并网系统来讲，将一直保持p
gs
＝p
wf
，系统交直流电压和功率交换维持在一个相对平衡的状态，该阶段的间隔很短，且实质上直流电压是出于下降趋势的。
[0140]
t6～t
10
为直流电压恢复阶段。
[0141]
由图5(b)可看出，wfvsc的交流电压在t2时刻从wfvsc额定交流电压u
wf_n
开始下降，在t5～t6期间相对平稳，从t6时刻逐步恢复。
[0142]
由图5(c)可看出，在t3时刻风电场输送到直流侧的有功功率p
wf
开始下降。由于从源头上减少了风电功率的输入，直流盈余能量上升速率趋缓，但尚未达到最大值，因此直流电压也将继续上升。
[0143]
由图5(d)可看出，在t5时刻直流盈余能量达到最大值，t6～t
10
期间直流盈余能量下降。
[0144]
下面对风电机组转子侧换流器rsc减载控制策略进行简要说明：
[0145]
当风电场切换至减载运行控制模式，风机转子电流q轴分量i
rq
对应输出有功功率，通过控制i
rq
即可对dfig输出有功进行调控。
[0146]
由于双馈风机过流程度与压降程度、压降速率成正比，加入风机降载系数k
rq
进行抑制，因此风机转子q轴电流参考值的表达式为：
[0147][0148][0149]
式中：i
rqref
为稳态控制下转子电流q轴分量；n＞0，可以考虑取n＝1；u
wfmin
为wfvsc交流侧电压最小限值。
[0150]
降载后的风机输出功率为：
[0151][0152]
式中:ωr为双馈风机转子转速；lm为双馈风机定、转子绕组之间的等效互感；ls为
双馈风机为定子绕组自感。
[0153]
当u
wf
＝u
wfmin
时，风电场在实现响应电压跌落进行快速降载的同时，也限制了风场电压跌落程度，缓解了风电机组过流问题，提升了系统安全运行的能力。
[0154]
对本发明用到的直流耗能装置进行说明：
[0155]
直流耗能装置是消耗故障期间直流系统盈余能量，平衡风电场输入与受端换流站输出之间不平衡功率最为简单有效的方式之一。为了避免高昂的海上平台建设费用和减少对风电机组的影响，耗能装置一般设置在岸上网侧换流站直流侧附近，柔性直流系统直流耗能电阻安装示意如图6所示。直流耗能电阻安装在直流侧限流电抗后，以避免其动作引起的电流波动影响直流系统的稳定。
[0156]
直流耗能电路工作过程为：直流电压与耗能电路启动阈值作差，差值经过pi环节与限幅环节后与三角载波进行比较，获得的触发脉冲控制耗能装置igbt的通断，完成耗能电路的投入与退出过程。当直流电压回落至设定值之后，耗能电路退出工作。故障期间，耗能电路持续进行以上动作，直至完成故障穿越。
[0157]
耗能电阻值是耗能电路性能的关键，其计算式可表达为：
[0158][0159]
式中：u
dc_rate
为直流电压额定值；δp
max
为直流侧最大不平衡功率，即考虑最极端交流故障后电压跌落的情形，三相接地短路故障电压降低为零，通常δp
max
取风电场的额定功率值。
[0160]
若限定直流过电压不超过额定电压的5％，则耗能电阻的额定电流为：
[0161][0162]
通过上述二式可完成耗能电阻的选型设计。
[0163]
对本发明用到的降压法进行说明：
[0164]
降压控制原理如图7所示，首先测量直流电压实际值u
dc
并与降压控制启动阈值u
wfvsc
比较。为了增强控制的稳定性，在直流电压检测环节增加了滞环控制。设置滞环控制上限为u
wfvsc1
，下限为u
wfvsc2
，当检测到u
dc
＞u
wfvsc1
时，降压控制环节启动，当检测到u
dc
＜u
wfvsc2
时，退出降压控制环节。
[0165]
降压法控制可表示为：
[0166]uref_ac
＝u
nom_ac-δu
*
(3)
[0167]
式中：u
ref_ac
为降压控制时wfvsc交流电压参考值；u
nom_ac
为稳态时wfvsc交流电压参考值；δu为直流电压变化系数，可通过pi环节得到δu＝(k
p
+ki/s)(u
dc-u
wfvsc2
)，δu
*
反映了直流电压变化对wfvsc降压控制的影响程度。
[0168]
基于典型的海上风电并网系统故障穿越控制策略适应性分析，直流耗能电路方式能有效的提升系统故障穿越性能，且不影响风电机组，但造价高散热设计困难；降压/升频法适用于所有风电机组类型，但降压法易引起双馈风电机组定转子暂态过流，触发风机crowbar保护，升频法需要双馈风电机组增加快速功率控制。因此针对典型方式各自存在的不足，本发明提供的技术方案，充分利用各种方式的优势避免其不足，最大程度的降低成
本，提高故障穿越能力。
[0169]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0170]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0171]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0172]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0173]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。