Coordinated Control Strategy of DC Fault Ride-through for Flexible DC Grid-connected System of Wind Power Based on Energy Storage

SUN Yinfeng; LU Yuze; LIU Yuhan; WANG Zhenhao; LI Guoqing; WU Xueguang

doi:10.7500/AEPS20210816004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Coordinated Control Strategy of DC Fault Ride-through for Flexible DC Grid-connected System of Wind Power Based on Energy Storage

Application Research | 更新时间：2025-06-16

- Coordinated Control Strategy of DC Fault Ride-through for Flexible DC Grid-connected System of Wind Power Based on Energy Storage
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 3, Pages: 122-132(2023)
- 作者机构：
  
  1.现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学),吉林省吉林市 132012
  2.全球能源互联网研究院有限公司,北京市 102209
  3.直流电网技术与仿真北京市重点实验室,北京市 102209
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U2066208)
- DOI：10.7500/AEPS20210816004
  CLC：
- Received：16 August 2021，
  
  Revised：2022-02-13，
  
  Published Online：25 July 2022，
  
  Published：10 February 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
孙银锋,路玉泽,刘宇晗等.基于储能的风电柔直并网系统直流故障穿越协调控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(3):122-132.

SUN Yinfeng,LU Yuze,LIU Yuhan,et al.Coordinated Control Strategy of DC Fault Ride-through for Flexible DC Grid-connected System of Wind Power Based on Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(3):122-132.
孙银锋,路玉泽,刘宇晗等.基于储能的风电柔直并网系统直流故障穿越协调控制策略[J].电力系统自动化,2023,47(3):122-132. DOI： 10.7500/AEPS20210816004.

SUN Yinfeng,LU Yuze,LIU Yuhan,et al.Coordinated Control Strategy of DC Fault Ride-through for Flexible DC Grid-connected System of Wind Power Based on Energy Storage[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(3):122-132. DOI： 10.7500/AEPS20210816004.

摘要

采用具有明显技术和经济优势的架空线柔性直流输电是大规模可再生能源并网的理想方案。然而

架空线故障率较高且直流系统故障发展迅速，仅靠直流断路器隔离故障线路并不能完善地解决系统的故障穿越问题。为解决该问题，针对大规模风电场经柔性直流输电并网系统的直流线路故障工况，充分利用风电场中广泛配置的储能系统，提出从故障定位隔离到故障类别判断，再到储能系统与换流站、风电场之间协调控制的一套完整直流故障穿越策略，并从能量角度展开故障特性分析。与现有工程中采用的耗能电阻方式相比，所提策略调节系统不平衡功率的灵活性更高，控制效果更优，且对所储存能量可以再利用，避免能量浪费。此外，为降低对储能系统的功率及容量需求，提出风电机组转子加速控制以减少风电场出力的方案。最后，在PSCAD/EMTDC仿真平台验证了所提方法的有效性。

Abstract

It is an ideal scheme for grid connection of large-scale renewable energy to adopt overhead-line flexible DC transmission with obvious technical and economic advantages. However

the failure rate of overhead lines is high and the DC system faults develop rapidly. Isolating the fault lines by DC circuit breakers alone cannot solve the fault ride-through problem of the system perfectly. To solve this problem

aiming at the DC line fault condition of grid-connected system of large-scale wind power through flexible DC transmission

a complete DC fault ride-through strategy is proposed from fault location and isolation to fault category judgment

and then to the coordinated control between energy storage system

converter station and wind farm by making full use of the extensive configuration of the energy storage system in the wind farm. Then

the fault characteristic is analyzed from the perspective of the energy. Compared with the energy consumption resistor method used in the existing projects

the proposed strategy has higher flexibility and better control effect in adjusting the unbalanced power of the system

and can reuse the stored energy to avoid energy waste. In addition

in order to reduce the power and capacity requirements of the energy storage system

the rotor acceleration control of wind turbines is proposed to reduce the output of wind farms. Finally

the effectiveness of the proposed method is verified on the PSCAD/EMTDC simulation platform.

关键词

Keywords

references

国家电网公司发布“碳达峰、碳中和”行动方案［N］. 国家电网报， 2021-03-02 （1）.

State Grid Corporation of China released the action plan of “carbon emission peak and carbon neutrality” ［N］. State Grid News ， 2021-03-02 （1）.

李生虎，齐涛，张楠，等 . DFIG风电场经交流/柔性直流并网系统最优潮流与灵敏度分析［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 7 ）： 46 - 57 .

LI Shenghu ， QI Tao ， ZHANG Nan ， et al . Optimal power flow and sensitivity analysis for power system with DFIG-wind farms integrated through AC/VSC-HVDC power transmission ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 46 - 57 .

何秀强，耿华，杨耕，等 . 接入LCC-HVDC的双馈风电场孤岛启动与并网控制策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 9 ）： 99 - 107 .

HE Xiuqiang ， GENG Hua ， YANG Geng ， et al . Startup and integration control strategy of DFIG based isolated wind farm connected with LCC-HVDC ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 99 - 107 .

孙焜 . 双馈型风电场经柔性直流输电并网系统次同振荡机理及特性分析［D］. 武汉：华中科技大学， 2018 .

SUN Kun . Mechanism and characteristics analysis of subsynchronous oscillation caused by DFIG-based wind farm integrated into grid through VSC-HVDC system ［D］. Wuhan ： Huazhong University of Science and Technology ， 2018 .

王炳辉，黄天啸，吴涛，等 . MMC柔性直流换流站无功级联控制策略［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 137 - 142 .

WANG Binghui ， HUANG Tianxiao ， WU Tao ， et al . Reactive cascaded control strategy of MMC flexible DC converter station ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 137 - 142 .

FLOURENTZOU N ， AGELIDIS V G ， DEMETRIADES G D . VSC-based HVDC power transmission systems： an overview ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2009 ， 24 （ 3 ）： 592 - 602 .

傅春翔，汪天呈，郦洪柯，等 . 用于海上风电并网的柔性直流系统接地方式研究［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 20 ）： 119 - 126 .

FU Chunxiang ， WANG Tiancheng ， LI Hongke ， et al . Study on grounding methods of VSC-HVDC for off-shore wind farm integration ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 20 ）： 119 - 126 .

江守其，李国庆，辛业春，等 . 风电经架空线双极MMC-HVDC并网的直流故障穿越协调控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3516 - 3527 .

JIANG Shouqi ， LI Guoqing ， XIN Yechun ， et al . Coordinated control strategies for DC fault ride-through of wind power integration via bipolar MMC-HVDC overhead lines ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 11 ）： 3516 - 3527 .

年珩，朱茂玮，徐韵扬，等 . 双闭环定交流电压控制下MMC换流站阻抗建模及稳定性分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 4 ）： 81 - 90 .

NIAN Heng ， ZHU Maowei ， XU Yunyang ， et al . Impedance modeling and system stability analysis of MMC with double closed-loop AC voltage control ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 4 ）： 81 - 90 .

XU L ， YAO L Z ， SASSE C . Grid integration of large DFIG-based wind farms using VSC transmission ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2007 ， 22 （ 3 ）： 976 - 984 .

蔡婷婷，穆钢，严干贵，等 . 提高海上风电场经MMC联网系统故障穿越能力的柔性泄能电阻控制策略［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 1 ）： 166 - 173 .

CAI Tingting ， MU Gang ， YAN Gangui ， et al . A flexible control strategy of breaking resistor to enhance fault-ride-through ability for offshore wind farms integrated to grid via MMC ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 1 ）： 166 - 173 .

张钦智，王宾，李琰，等 . 风电场经柔性直流输电系统故障穿越协调控制研究［J］. 电力系统保护与控制， 2020 ， 48 （ 10 ）： 131 - 138 .

ZHANG Qinzhi ， WANG Bin ， LI Yan ， et al . Research on fault crossing coordination control of a wind farm via a flexible direct current transmission system ［J］. Power System Protection and Control ， 2020 ， 48 （ 10 ）： 131 - 138 .

李道洋，姚为正，吴金龙，等 . 应用于海上风电场柔性直流接入系统的直流故障穿越协同控制策略［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 1 ）： 47 - 54 .

LI Daoyang ， YAO Weizheng ， WU Jinlong ， et al . Coordinated DC fault ride-through control strategy for offshore wind farm interconnection with flexible HVDC ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 1 ）： 47 - 54 .

曹帅，向往，姚良忠，等 . 风电经混合型MMC-HVDC并网的交直流故障穿越策略［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 7 ）： 37 - 43 .

CAO Shuai ， XIANG Wang ， YAO Liangzhong ， et al . AC and DC fault ride-through strategies for wind power integration via hybrid MMC-HVDC ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 7 ）： 37 - 43 .

王琛，谭开东，王毅，等 . 具备直流故障清除和自均压能力的MMC移位全桥子模块拓扑［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 24 ）： 151 - 160 .

WANG Chen ， TAN Kaidong ， WANG Yi ， et al . Topology of MMC oblique-connection full-bridge sub-module with capability of DC fault clearing and voltage self-balancing ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 24 ）： 151 - 160 .

李斌，何佳伟，李晔，等 . 多端柔性直流系统直流故障保护方案［J］. 中国电机工程学报， 2016 ， 36 （ 17 ）： 4627 - 4637 .

LI Bin ， HE Jiawei ， LI Ye ， et al . DC fault protection strategy for the flexible multi-terminal DC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2016 ， 36 （ 17 ）： 4627 - 4637 .

阙波，李继红，汪楠楠，等 . 基于桥臂阻尼的柔性直流故障快速恢复方案［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 24 ）： 85 - 91 .

QUE Bo ， LI Jihong ， WANG Nannan ， et al . Arm damping based quick recovery scheme for flexible HVDC fault ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 24 ）： 85 - 91 .

李广阔，陈来军，谢毓广，等 . 考虑压缩空气储能变工况特性的风储联合系统运行优化策略［J］. 高电压技术， 2020 ， 46 （ 2 ）： 511 - 518 .

LI Guangkuo ， CHEN Laijun ， XIE Yuguang ， et al . Coordinated optimization strategies of wind-storage hybrid system considering off-design characteristics of compressed air energy storage ［J］. High Voltage Engineering ， 2020 ， 46 （ 2 ）： 511 - 518 .

JANNATI M ， FOROUTAN E . Analysis of power allocation strategies in the smoothing of wind farm power fluctuations considering lifetime extension of BESS units ［J］. Journal of Cleaner Production ， 2020 ， 266 ： 122045 .

WORKU M Y ， ABIDO M A . Fault ride-through and power smoothing control of PMSG-based wind generation using supercapacitor energy storage system ［J］. Arabian Journal for Science and Engineering ， 2019 ， 44 （ 3 ）： 2067 - 2078 .

张熙 . 大规模储能与风力发电协调优化运行研究［D］. 济南：山东大学， 2016 .

ZHANG Xi . Research on optimization of the coordinated operation between large-scale energy storage and wind power generation ［D］. Jinan ： Shandong University ， 2016 .

李蓓，郭剑波 . 平抑风电功率的电池储能系统控制策略［J］. 电网技术， 2012 ， 36 （ 8 ）： 38 - 43 .

LI Bei ， GUO Jianbo . A control strategy for battery energy storage system to level wind power output ［J］. Power System Technology ， 2012 ， 36 （ 8 ）： 38 - 43 .

SANG Y Y ， YANG B ， SHU H C ， et al . Fault ride-through capability enhancement of type-4 WECS in offshore wind farm via nonlinear adaptive control of VSC-HVDC ［J］. Processes ， 2019 ， 7 （ 8 ）： 540 .

曹帅，向往，林卫星，等 . 含风电的真双极混合型MMC-MTDC系统故障穿越及能量耗散控制［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 7 ）： 39 - 48 .

CAO Shuai ， XIANG Wang ， LIN Weixing ， et al . Fault ride-through and energy dissipation control of bipolar hybrid MMC-MTDC integrating wind farms ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 7 ）： 39 - 48 .

杨赛昭，向往，杨睿璋，等 . 基于半桥型MMC和混合式DCCB的柔直系统直流故障自适应重合闸技术［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 14 ）： 4440 - 4451 .

YANG Saizhao ， XIANG Wang ， YANG Ruizhang ， et al . Research on adaptive reclosing technology for the half-bridge MMC and hybrid DC circuit breaker based on HVDC systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 14 ）： 4440 - 4451 .

丁捷 . 电力储能经济性分析与综合评价方法研究［D］. 北京：中国科学院大学， 2020 .

DING Jie . Economic analysis and comprehensive evaluation method for electric energy storage ［D］. Beijing ： University of Chinese Academy of Sciences ， 2020 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

风电经柔直送出系统送端交流故障低电压穿越策略

Multiplexing Arm Based Modular Multilevel Converter with Energy Storage

无通信互联线储能系统的直流母线协调控制策略

Related Author

Yinfeng SUN

Yuze LU

Yuhan LIU

Zhenhao WANG

Guoqing LI

Xueguang WU

ZHONG Shuwei

CHE Yanbo

Related Institution

School of Electric Power, South China University of Technology

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

Electric Power Research Institute of China Southern Power Grid Company Limited

Energy Development Research Institute of China Southern Power Grid

⁰