一种风电柔性直流送出系统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，具体涉及一种风电柔性直流送出系统故障穿越控制方法和系统。


背景技术：

2.风电柔性直流送出系统结构如图1所示，双馈风电场经输电线联接到升压变压器，升压后依次通过风电场侧换流站(wfvsc)、直流线路及网侧换流站(gsvsc)将功率输送到受端电网。其中，卸荷电路以负载的形式并联在直流侧高压直流母线上。
3.当受端交流电网发生故障时，由于电网电压下降，网侧换流站输出的有功功率减少，风电场经风场侧换流站输入到直流侧的功率不变，直流线路两端输送功率不平衡，导致功率在直流线路上不断累积，从而产生直流过电压现象；因此实现风电柔性直流送出系统故障穿越的关键是在故障期间保持直流线路两端功率传输的平衡。
4.在直流线路上增加耗能装置是消耗故障期间盈余能量最为简单有效的方式。传统方法是将如图2所示的由耗能电阻和全控型电子阀门(例如igbt等)组成的集中式卸荷电路接于直流线路，故障发生时通过控制全控型电子阀门投入耗能电阻来消耗盈余能量，直流电压重新回到允许范围时根据设置连续导通时间使耗能电阻退出运行。其中，r为集中式耗能电阻，其值根据所需消除的功率差额(一般指风电场送出的全部有功功率)而定；
5.但是，一方面集中式卸荷电路通常需要大量开关器件串联，而由于全控型电力电子器件串联时的静动态均压问题，其在实际工程中的实现受到很大制约。该拓扑的脉冲工作模式也会导致功率波动大，影响故障穿越效果；另一方面集中式卸荷电路要求耗能电阻消耗功率与风场送出的额定功率相同，从而导致设备成本较高、占地面积大以及散热困难等问题；因此单独使用集中式卸荷电路不能够快速、经济、可靠地完成故障穿越。
6.针对集中式卸荷电路不足，研究人员又提出如图3所示的串联型和并联型两种形式的模块化卸荷电路结构，模块化卸荷电路通过控制投入的子模块数目，即可连续调节卸荷电路所消耗的功率，实现相对平滑的工作特性，易于适应各种不同程度的故障，同时也可以避免开关器件的直接串联。
7.但是，串联型模块化卸荷电路使得卸荷电路的开关器件需要承受全部卸荷电流，较大的电流水平造成了开关器件制造难度和成本的升高；同时串联型模块化卸荷电路的子模块电容也存在均压控制问题，增大了对于子模块电容电压波动和离散度的控制难度。
8.并联型模块化卸荷电路虽然降低了开关器件的额定电流要求，但对子模块的耐压水平要求却急剧提高，同样提升了器件制造和工程应用难度。
9.若仅采用控制策略(例如对风电场使用升频/降压法进行降载控制降低风电场的输出功率)来实现故障穿越会存在直流侧过电压上升速度相对较快，对风机响应时间要求非常苛刻等问题。
10.因此，仅用卸荷电路或仅采用控制策略实现故障穿越都各自存在缺陷，不能够快速、经济、可靠地完成故障穿越。


技术实现要素：

11.针对现有技术的不足，本发明的目的是一种风电柔性直流送出系统故障穿越控制方法，包括：
12.步骤1：计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数和矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数，并投入相应数量的子模块和卸荷支路，当风电场收到减载指令时，转至步骤2，当受端交流电网故障清除时，转至步骤3；
13.步骤2：对风电场进行减载控制，并基于当前的直流线路两端功率差额和预先设定的风电场功率减载量，调整矩阵式自调控卸荷电路投入运行的卸荷支路数，当风电场完成减载控制时，转至步骤1；
14.步骤3：控制风电场退出减载控制，并控制矩阵式自调控卸荷电路退出运行；
15.其中，所述矩阵式自调控卸荷电路以负载的形式并联在直流母线上；
16.所述矩阵式自调控卸荷电路由多条卸荷支路并联组成，且每条卸荷支路中包含多个串联的子模块。
17.优选的，所述计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数和矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数，包括：
18.基于当前的直流线路电压值和故障期间直流线路电压的控制目标值，采用比例分配方法计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数；
19.考虑当前的直流线路两端功率差额和每条卸荷支路可消耗的功率，确定矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数。
20.进一步的，所述矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数的计算式如下：
[0021][0022]
式中，n为每条卸荷支路中串联的子模块数，u
dc_max
为故障期间直流线路电压的控制目标值，u
dc
为当前的直流线路电压值，ns为此时矩阵式自调控卸荷电路中卸荷支路需投入的子模块数。
[0023]
进一步的，所述矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数的计算式如下：
[0024][0025]
式中，δp为当前的直流线路两端功率差额，p
zs
为每条卸荷支路可消耗的功率，
[0026]
其中，所述每条卸荷支路可消耗的功率的计算式如下：
[0027][0028]
式中，ns为此时矩阵式自调控卸荷电路中卸荷支路需投入的子模块数，u
dc
为当前的直流线路电压值，ri为矩阵式自调控卸荷电路中子模块的耗能电阻的阻值，ms为此时矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数。
[0029]
优选的，所述基于当前的直流线路两端功率差额和预先设定的风电场功率减载量，调整矩阵式自调控卸荷电路投入运行的卸荷支路数，包括：
[0030]
获取单个卸荷支路在启动阈值电压下的过功率值；
[0031]
将当前的直流线路两端功率差额与预先设定的风电场功率减载量之间的差值作为当前矩阵式自调控卸荷电路需要消耗的功率差额；
[0032]
将当前矩阵式自调控卸荷电路需要消耗的功率差额与单个卸荷支路在启动阈值电压下的过功率值的比值作为此时矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数；
[0033]
按照所述卸荷支路数调整矩阵式自调控卸荷电路投入运行的卸荷支路数。
[0034]
进一步的，所述当前的直流线路两端功率差额等于当前的送端换流站输入到直流线路的有功功率与当前的网侧换流站输送到受端电网的有功功率之间的差值。
[0035]
优选的，所述每条卸荷支路中串联的子模块数的计算式如下：
[0036][0037]
式中，n为每条卸荷支路中串联的子模块数，u
sm
为子模块额定工作电压，u
dc_max
为故障期间直流线路电压的控制目标值。
[0038]
优选的，所述矩阵式自调控卸荷电路中并联的卸荷支路数的计算式如下：
[0039][0040]
式中，m为矩阵式自调控卸荷电路中并联的卸荷支路数，δp
dc
为电压跌落为0时需要消除的最大不平衡有功功率，u
dc_max
为故障期间直流线路电压的控制目标值，n为每条卸荷支路中串联的子模块数，ri为矩阵式自调控卸荷电路中子模块的耗能电阻的阻值。
[0041]
基于同一种发明构思，本发明还提供一种风电柔性直流送出系统故障穿越控制系统，包括：
[0042]
第一控制模块，用于计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数和矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数，并投入相应数量的子模块和卸荷支路，当风电场收到减载指令时，转至第二控制模块，当受端交流电网故障清除时，转至第三控制模块；
[0043]
第二控制模块，用于对风电场进行减载控制，并基于当前的直流线路两端功率差额和预先设定的风电场功率减载量，调整矩阵式自调控卸荷电路投入运行的卸荷支路数，当风电场完成减载控制时，转至第一控制模块；
[0044]
第三控制模块，用于控制风电场退出减载控制，并控制矩阵式自调控卸荷电路退出运行；
[0045]
其中，所述矩阵式自调控卸荷电路以负载的形式并联在直流母线上；
[0046]
所述矩阵式自调控卸荷电路由多条卸荷支路并联组成，且每条卸荷支路中包含多个串联的子模块。
[0047]
优选的，所述第一控制模块包括：用于计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数和矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数的计算单元；
[0048]
所述计算单元，包括：
[0049]
子模块数确定子单元：用于基于当前的直流线路电压值和故障期间直流线路电压的控制目标值，采用比例分配方法计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数；
[0050]
卸荷支路数确定子单元：用于考虑当前的直流线路两端功率差额和每条卸荷支路可消耗的功率，确定矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数。
[0051]
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
[0052]
本发明提供一种风电柔性直流送出系统故障穿越控制方法和系统，包括：步骤1：计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数和矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数，并投入相应数量的子模块和卸荷支路，当风电场收到减载指令时，转至步骤2，当受端交流电网故障清除时，转至步骤3；步骤2：对风电场进行减载控制，并基于当前的直流线路两端功率差额和预先设定的风电场功率减载量，调整矩阵式自调控卸荷电路投入运行的卸荷支路数，当风电场完成减载控制时，转至步骤1；步骤3：控制风电场退出减载控制，并控制矩阵式自调控卸荷电路退出运行；其中，所述矩阵式自调控卸荷电路以负载的形式并联在直流母线上；所述矩阵式自调控卸荷电路由多条卸荷支路并联组成，且每条卸荷支路中包含多个串联的子模块。本发明在故障初期投入矩阵式自调控卸荷电路将直流线路过电压控制在一定范围内，解决了该期间内电压抬升较快的问题，并为风电场减载控制争取时间；同时，在风电场进行减载控制后，可以相应的减少矩阵式自调控卸荷电路的投入子模块数量，减少后期不必要的冷却工作，进而降低成本。
[0053]
本发明通过控制矩阵式自调控卸荷电路的投入子模块数量来调节耗能功率，相较于脉冲式工作方式的传统耗能电路，系统的功率和电压波动更小，故障穿越更加平稳。
附图说明
[0054]
图1是风电柔性直流送出系统结构示意图；
[0055]
图2是传统集中式卸荷电路结构示意图；
[0056]
图3是模块化卸荷电路结构示意图；
[0057]
图4是一种风电柔性直流送出系统故障穿越控制方法流程图；
[0058]
图5是本发明实施例中矩阵式自调控卸荷电路结构示意图；
[0059]
图6是本发明实施例中直流电压阈值判断示意图；
[0060]
图7是本发明实施例中风电场运行控制模式选择原理示意图；
[0061]
图8是一种风电柔性直流送出系统故障穿越控制系统结构图。
具体实施方式
[0062]
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。
[0063]
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。
[0064]
实施例1：
[0065]
当大型风电场经柔性直流输电系统长距离输送时，风电柔性直流送出系统网侧换流器输送到电网的有功功率p
gsc
可表示为：
[0066][0067]
式中，u
gsc
为网侧交流母线电压，u
vsc2
为gsvsc端口电压，δ为网侧交流母线电压和gsvsc端口电压之间的功角，x为风电柔性直流送出系统的等效电抗。
[0068]
当受端交流电网发生故障时，由于电网电压下降，网侧换流器输送到电网的有功
功率p
gsc
下降，风电场经风场侧换流站输入到直流侧的功率不变，两侧换流站输出功率不平衡，导致功率在直流侧不断累积，直流功率不平衡优惠引发直流线路电压陡升等问题，其中若忽略系统损耗，则在故障发生t时刻之后直流电压上升幅度与不平衡功率的关系为：
[0069][0070]
式中，u
dc
(t)为故障发生t时刻之后直流线路的直流电压，u
dc
(0)为故障发生时刻直流线路的直流电压，c
eq
为直流线路等效电容，p
wfc
(τ)为τ时刻送端换流站输入到直流线路的有功功率，p
gsc
(τ)为τ时刻网侧换流站输送到受端电网的有功功率，ta为开始采取控制措施的时刻。
[0071]
因此，实现风电柔性直流送出系统故障穿越的关键是保持系统在故障期间传输功率的平衡。
[0072]
通过对传统方案的选取研究，发现传统方法中单纯使用卸荷电路存在需要大量冷却设备、投入和退出都存在功率冲击以及成本高昂的问题。若单纯针对风电场使用升频/降压法进行降载控制，由于通讯系统本身的延迟，又会带来控制延误，造成直流电压抬升过高；即仅用卸荷电路或仅采用控制策略实现故障穿越都各自存在缺陷，不能够快速、经济、可靠地完成故障穿越。
[0073]
针对以上问题，本发明提出一种风电柔性直流送出系统故障穿越控制方法，如图4所示，本发明将矩阵式自调控卸荷电路的投切控制与基于降载法的风电场降载控制相结合，在故障初期通过耗能电阻解决风电场降载控制响应慢、直流电压抬升过高的问题，在风电场降载控制投入运行后，有效降低风电场输入到直流侧的功率，实现部分耗能电阻的切出，可有效缓解耗能电阻的冷却问题，并极大地降低运行成本。
[0074]
包括：
[0075]
步骤1：计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数和矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数，并投入相应数量的子模块和卸荷支路，当风电场收到减载指令时，转至步骤2，当受端交流电网故障清除时，转至步骤3；
[0076]
步骤2：对风电场进行减载控制，并基于当前的直流线路两端功率差额和预先设定的风电场功率减载量，调整矩阵式自调控卸荷电路投入运行的卸荷支路数，当风电场完成减载控制时，转至步骤1；
[0077]
步骤3：控制风电场退出减载控制，并控制矩阵式自调控卸荷电路退出运行；
[0078]
其中，所述矩阵式自调控卸荷电路以负载的形式并联在直流母线上；
[0079]
所述矩阵式自调控卸荷电路由多条卸荷支路并联组成，且每条卸荷支路中包含多个串联的子模块。
[0080]
所述步骤1，具体为：
[0081]
(1)：第一阶段(t
gz
≤t≤ts)：第一阶段风电场未进行降载控制，此时直流线路两端不平衡功率全部由矩阵式自调控卸荷电路来耗散，ts为风电场收到减载指令的时刻，t
gz
为受端电网故障发生时刻；
[0082]
基于时刻t
gz
直流线路电压值u
dc
(t
gz
)及时刻t
gz
直流线路两端功率差额δp(t
gz
)，确定第一阶段矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数m
s，1
及卸荷支路需投入的子模块数n
s，1
；
[0083]
具体为：先基于时刻t
gz
直流线路电压值u
dc
(t
gz
)确定第一阶段矩阵式自调控卸荷电路中卸荷支路需投入的子模块数n
s，1
：
[0084]ns，1
＝n(u
dc
(t
gz
)/u
dc_max
)
[0085]
式中，n为矩阵式自调控卸荷电路中卸荷支路包含的子模块总数，u
dc_max
为故障期间直流线路电压的控制目标值；
[0086]
其次，利用u
dc
(t
gz
)、δp(t
gz
)和n
s，1
，确定第一阶段矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数m
s，1
；
[0087][0088]
式中，ri为矩阵式自调控卸荷电路中每个子模块的耗能电阻的阻值；
[0089]
其中，时刻t
gz
直流线路两端功率差额δp(t
gz
)可表示为：
[0090]
δp(t
gz
)＝p
wfc
(t
gz
)-p
gsc
(t
gz
)
[0091]
式中，p
wfc
(t
gz
)为时刻t
gz
送端换流站输入到直流线路的有功功率，p
gsc
(t
gz
)为时刻t
gz
网侧换流站输送到受端电网的有功功率。
[0092]
(3)第三阶段(t
fin
＜t≤t
us
)：风电场有功出力固定，此时直流线路两端换流站输入功率与输出功率的差额较小，仅投入少量子模块来消耗差额功率，配合风电场减载控制策略完全实现故障穿越，故障穿越效果更加平稳；t
us
为故障清除时刻，风电柔直送出系统恢复到稳态运行状态。
[0093]
与第一阶段相似，基于时刻t
fin
直流线路电压值u
dc
(t
fin
)及时刻t
fin
直流线路两端功率差额δp(t
fin
)，确定第一阶段矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数m
s，3
及卸荷支路需投入的子模块数n
s，3
；
[0094]
具体为：先基于时刻t
fin
直流线路电压值u
dc
(t
fin
)确定第一阶段矩阵式自调控卸荷电路中卸荷支路需投入的子模块数n
s，3
：
[0095]ns，3
＝n(u
dc
(t
fin
)/u
dc_max
)
[0096]
式中，n为矩阵式自调控卸荷电路中卸荷支路包含的子模块总数，u
dc_max
为故障期间直流线路电压的控制目标值；
[0097]
其次，利用u
dc
(t
fin
)、δp(t
fin
)和n
s，3
，确定第一阶段矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数m
s，3
；
[0098][0099]
式中，ri为矩阵式自调控卸荷电路中每个子模块的耗能电阻的阻值；
[0100]
其中，时刻t
fin
直流线路两端功率差额δp(t
fin
)可表示为：
[0101]
δp(t
fin
)＝p
wfc
(t
fin
)-p
gsc
(t
fin
)
[0102]
式中，p
wfc
(t
fin
)为时刻t
fin
送端换流站输入到直流线路的有功功率，p
gsc
(t
fin
)为时刻t
fin
网侧换流站输送到受端电网的有功功率。
[0103]
所述步骤2具体为：
[0104]
(2)第二阶段(ts＜t≤t
fin
)：第二阶段风电场处于降载控制过程，矩阵式自调控卸荷电路耗散直流线路两端不平衡功率，t
fin
为风电场完成降载控制时刻；
[0105]
双馈风电机组(dfig)功率可表示为：
[0106][0107]
式中：ps表示dfig定子有功功率；pe、p
fes
、p
cus
分别表示dfig的电磁功率、定子铁损及铜耗；pm表示dfig的输入机械功率；p’m
表示dfig的机械损耗；p
mec
表示dfig吸收的净机械功率，s为转差率。
[0108]
最大风能跟踪工况下：利用风电机组的有功功率指令p
sref
控制dfig的有功输出，实现最大风能跟踪。其中，风电机组输出有功功率指令可以由风力机的最佳功率曲线和风力机转速实时获得：
[0109][0110]
式中：p
sref
表示dfig输出有功功率指令值。
[0111]
在风电场得到故障信号指令时，风电场基于预先设定的功率减载量与风电机组有功减载曲线的斜率进行减载控制；
[0112]
其中，所述功率减载量和风电机组有功减载曲线的斜率应根据不同风电机组的控制性能和风电场并网的系统要求确定；
[0113]
考虑到此时直流电压尚未开始下降，因此第二阶段每条支路投入子模块数n
s，2
保持与第一阶段n
s，1
相同。
[0114]
若设定功率减载量为δp
sref
，计算时刻ts直流线路两端功率差额δp(ts)；
[0115]
基于直流线路两端功率差额δp(ts)和设定功率减载量为δp
sref
，确定第二阶段矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数m
s，2
:
[0116][0117]
δp
sref
＝ρt
[0118]
式中：ρ为预先设定故障期间风电机组有功减载曲线的斜率；t为预先设定的风电场完成降载控制时刻与风电场收到减载指令的时刻之间的时长，δps为单个卸荷支路在启动阈值电压下的过功率值；
[0119]
其中，时刻ts直流线路两端功率差额δp(ts)可表示为：
[0120]
δp(ts)＝p
wfc
(ts)-p
gsc
(ts)
[0121]
式中，p
wfc
(ts)为时刻ts送端换流站输入到直流线路的有功功率，p
gsc
(ts)为时刻ts网侧换流站输送到受端电网的有功功率。
[0122]
所述步骤3具体为：
[0123]
(4)第四阶段(t＞t
us
)：受端交流系统故障清除，gsvsc恢复额定有功输送能力，风电场退出降载控制，恢复额定功率输出。此时卸荷电路退出运行，完成故障穿越过程。
[0124]
其中，其中，矩阵式自调控卸荷电路的拓扑结构如图5所示，图5中矩阵式自调控卸荷电路由l1～lm共m条卸荷支路并联组成，其中，每条卸荷支路都包含n个串联连接的子模块
sm，每个子模块对应一个单独的耗能电阻ri。子模块中二极管d1主要作用是防止sm反接使电容承受反压而损坏；二极管d2则将放电回路限制在igbt-ri支路中；旁路开关s在子模块发生内部故障时快速闭合，将其旁路以便及时更换。当子模块中的igbt导通时，该子模块电阻投入并消耗有功功率。
[0125]
本发明的实施例中，当受端交流电网发生故障时，首先执行步骤1，即第一阶段；当风电场收到减载指令时，执行步骤2，即第二阶段；当风电场完成减载控制时，执行第三阶段。第三阶段与第一阶段实际操作相同，上位为步骤1；即风电场完成减载控制时，执行第三阶段，也可视为完成减载控制时，跳转再次执行步骤1；当受端交流电网故障清除时，执行步骤三即第四阶段。
[0126]
因为矩阵式自调控卸荷电路卸荷支路采用若干个sm串联结构，避免了开关器件的直接串联，可以有效地降低开关器件和电容的电压等级，电容的体积也相应减小。这不仅降低了设备造价，降低了工程建设难度，还有效避免电力电子器件动静态均压、电压/电流上升速率较大等问题。
[0127]
矩阵式自调控卸荷电路采用多卸荷支路并联结构，各个卸荷支路可以实现独立投切，通过控制投入的子模块数目，即可连续调节卸荷电路所消耗的功率，实现阶梯式的功率消耗，获得相对平滑的工作特性，易于适应各种不同程度的故障，同时未投入运行的子模块也不需要冷却，降低了运行成本。子模块数目越多，功率调节特性越平滑。多卸荷支路并联结构也增加了备用容量，提高了设备的可靠性。
[0128]
因此，矩阵式自调控卸荷电路具备了串联型模块化卸荷电路与并联型模块化卸荷电路的优势。
[0129]
矩阵式自调控卸荷电路子模块中耗能电阻选型原则为：
[0130]
忽略器件本身及线路等损耗，根据矩阵式自调控卸荷电路消耗功率等于风电场全部送出的有功功率的原则，计算出应对最大耗散功率所需要的卸荷电阻阻值为rn：
[0131][0132]
式中，δp
dc
为电压跌落为0时需要消除的最大不平衡有功功率，u
dc_max
为故障期间直流电压的控制目标值，一般设计为额定直流电压的1.05pu，直流电压为直流线路的电压。
[0133]
根据矩阵式自调控卸荷电路的拓扑结构，当只有一条卸荷支路投入且该卸荷支路上全部sm模块都投入运行时，耗能电阻值最大；当任意一条卸荷支路只有一个sm模块投入且m条卸荷支路都投入运行时，耗能电阻值最小。因此，根据需要消除的最大不平衡有功功率，将卸荷电阻阻值rn分散至m
×
n个模块中；
[0134]
其中，m和n的选值如下：
[0135]
根据sm模块中开关器件耐压水平确定每条卸荷支路sm串联数：
[0136][0137]
式中，u
sm
为sm模块额定工作电压；
[0138]
为避免流经各卸荷支路电流相差过大，各条卸荷支路投入的sm模块数应保持一致，根据以上原则，可以看出子模块的电阻阻值ri与投入的卸荷支路数m之比为一定值：
[0139][0140]
因卸荷支路数m和ri比值一定，ri值可以根据实际的子模块器件的电阻范围进行选取，ri值选定后，根据下式确定m：
[0141][0142]
因卸荷支路数m必须为正整数，所以检验当前的m，如果m不为正整数，需重新选择。
[0143]
需要说明的是：如图6所示，在电网稳态工作时，直流线路电压实际值u
dc
不会越出阈值u
dc_h
，此时调度中心逻辑运行输出值为s＝0，此时无需对风电场进行减载控制，不向风电场发送降载指令；若系统交流侧出现故障，直流线路电压实际值u
dc
会越出阈值u
dc_h
，此时调度中心逻辑运行输出值为s＝1，此时需对风电场进行减载控制，需向风电场发送降载指令；从而使风电场执行减载控制。
[0144]
在本发明的最佳实施例中，在电网故障情况下，首先投入矩阵式自调控卸荷电路，以热能的形式耗散盈余功率，实现系统的功率平衡，防止直流电压出现过高的抬升。风电场在接收信号后，进入如图7所示的减载控制运行模式，通过风机转子侧功率外环的控制策略，改变风场原有的mppt曲线，减少dfig的电磁转矩，从而使风电场的有功出力迅速下降，相应的投入的耗能子模块数量可以减少。
[0145]
实施例2：
[0146]
本发明提出一种风电柔性直流送出系统故障穿越控制系统，如图8所示，包括：
[0147]
第一控制模块，用于计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数和矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数，并投入相应数量的子模块和卸荷支路，当风电场收到减载指令时，转至第二控制模块，当受端交流电网故障清除时，转至第三控制模块；
[0148]
第二控制模块，用于对风电场进行减载控制，并基于当前的直流线路两端功率差额和预先设定的风电场功率减载量，调整矩阵式自调控卸荷电路投入运行的卸荷支路数，当风电场完成减载控制时，转至第一控制模块；
[0149]
第三控制模块，用于控制风电场退出减载控制，并控制矩阵式自调控卸荷电路退出运行；
[0150]
其中，所述矩阵式自调控卸荷电路以负载的形式并联在直流母线上；
[0151]
所述矩阵式自调控卸荷电路由多条卸荷支路并联组成，且每条卸荷支路中包含多个串联的子模块。
[0152]
具体的，所述第一控制模块包括：用于计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数和矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数的计算单元，所述计算单元，包括：
[0153]
子模块数确定子单元：用于基于当前的直流线路电压值和故障期间直流线路电压的控制目标值，采用比例分配方法计算矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数；
[0154]
卸荷支路数确定子单元：用于考虑当前的直流线路两端功率差额和每条卸荷支路可消耗的功率，确定矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数。
[0155]
进一步的，所述矩阵式自调控卸荷电路需投入的子模块数的计算式如下：
[0156][0157]
式中，n为每条卸荷支路中串联的子模块数，u
dc_max
为故障期间直流线路电压的控制目标值，u
dc
为当前的直流线路电压值，ns为此时矩阵式自调控卸荷电路中卸荷支路需投入的子模块数。
[0158]
进一步的，所述矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数的计算式如下：
[0159][0160]
式中，δp为当前的直流线路两端功率差额，p
zs
为每条卸荷支路可消耗的功率，
[0161]
其中，所述每条卸荷支路可消耗的功率的计算式如下：
[0162][0163]
式中，ns为此时矩阵式自调控卸荷电路中卸荷支路需投入的子模块数，u
dc
为当前的直流线路电压值，ri为矩阵式自调控卸荷电路中子模块的耗能电阻的阻值，ms为此时矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数。
[0164]
具体的，所述第二控制模块用于基于当前的直流线路两端功率差额和预先设定的风电场功率减载量，调整矩阵式自调控卸荷电路投入运行的卸荷支路数的调整单元，所述调整单元，包括：
[0165]
获取子单元，用于获取单个卸荷支路在启动阈值电压下的过功率值；
[0166]
第一定义子单元，用于将当前的直流线路两端功率差额与预先设定的风电场功率减载量之间的差值作为当前矩阵式自调控卸荷电路需要消耗的功率差额；
[0167]
第二定义子单元，用于将当前矩阵式自调控卸荷电路需要消耗的功率差额与单个卸荷支路在启动阈值电压下的过功率值的比值作为此时矩阵式自调控卸荷电路需投入的卸荷支路数；
[0168]
调整子单元，用于按照所述卸荷支路数调整矩阵式自调控卸荷电路投入运行的卸荷支路数。
[0169]
具体的，所述当前的直流线路两端功率差额等于当前的送端换流站输入到直流线路的有功功率与当前的网侧换流站输送到受端电网的有功功率之间的差值。
[0170]
具体的，所述每条卸荷支路中串联的子模块数的计算式如下：
[0171][0172]
式中，n为每条卸荷支路中串联的子模块数，u
sm
为子模块额定工作电压，u
dc_max
为故障期间直流线路电压的控制目标值。
[0173]
具体的，所述矩阵式自调控卸荷电路中并联的卸荷支路数的计算式如下：
[0174][0175]
式中，m为矩阵式自调控卸荷电路中并联的卸荷支路数，δp
dc
为电压跌落为0时需要消除的最大不平衡有功功率，u
dc_max
为故障期间直流线路电压的控制目标值，n为每条卸
荷支路中串联的子模块数，ri为矩阵式自调控卸荷电路中子模块的耗能电阻的阻值。
[0176]
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。
[0177]
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。
[0178]
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。
[0179]
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。
[0180]
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。