CN102842920B - 一种抑制大规模风机脱网的交直流协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提及的一种抑制大规模风机脱网的交直流协调控制方法，旨在利用风电场所处电网内大容量直流系统的紧急功率调制，在监测到风电场并网点电压跌落或抬高越限时，快速调整直流外送功率，进而改变风电场送出交流通道有功功率，并协调交流电网紧急控制措施，平抑系统电压波动，实现电压的柔性控制。

Description

一种抑制大规模风机脱网的交直流协调控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化控制领域，具体涉及一种抑制大规模风机脱网的交直流协调控制方法。

背景技术

我国风电并网呈现出大规模集中、远距离输送、弱电网支撑的特点。近年来频繁发生电网故障期间及故障消除后，大规模风电机组低压或高压脱网事故，已成为风电并网发展进程中最为突出的问题之一。深入分析多起大规模风机脱网事件的发展过程后发现，事故起因多数是风电场电气设备或网络元件故障，引起风电场站内和系统电压大幅跌落，在此期间大量风机因不具备低电压穿越能力而脱网；故障切除后系统电压恢复，外送潮流减轻引起局部无功过剩，电压过度升高；而风电场无功补偿装置的自投切功能尚不完善，无法跟随电压响应变化及时进行调整，导致部分风电机组过压保护动作脱网。风机高压脱网则进一步加剧电网无功过剩程度，恶性循环可能造成更多风机相继脱网。

为抑制大规模风机脱网，目前国内外研究主要侧重于以下2个方面：1）从初始运行的角度，限制风机上网功率，此方案可能造成大量风电场弃风，大大降低了风电场经济效益；2）考虑配置SVC、STATCOM及SSSC等无功补偿装置来提高风机本身的低电压穿越能力，此方法往往需要增加新的硬件设施，经济投资较大。另外，若无功补偿装置不能自动跟随风电场并网点电压波动，还可能加剧风机在高压过程中的脱网代价。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种抑制大规模风机脱网的交直流协调控制方法，在不改变风机本身低电压穿越能力现状的前提下，充分利用风电场所处电网内大容量直流系统快速可控性，并与交流系统紧急控制手段相协调来抑制大规模风机脱网。

本发明提供的一种抑制大规模风机脱网的交直流协调控制方法，其改进之处在于，利用直流紧急功率调制抑制风机低压脱网，利用直流紧急功率调制和交流系统常规紧急控制抑制风机高压脱网；所述交直流协调控制方法包括如下步骤：

（1）确定n个直流系统紧急调制功率量的参数；

（2）实时测量风电场并网母线电压；

（3）判断直流系统i是否满足低压动作判据；是则根据动作轮次k，令直流系统i执行第k轮紧急功率调制，并进行步骤（4）；否则直接进入步骤（4）；

（4）判断直流系统i是否满足高压动作判据；是则根据动作轮次j，令直流系统i执行第j轮紧急功率调制，并进行步骤（5）；否则结束所述交直流协调控制方法；

（5）判断交流系统是否满足高压动作判据；是则执行常规紧急控制；否则结束所述交直流协调控制方法。

其中i为1-n中任意一个直流系统，由用户确定；若需判断多个直流系统，则重复步骤（1）-（5）即可。

其中，对于直流系统i，步骤（1）紧急调制功率量的参数包括直流系统i的额定功率P_dni、直流系统i的位置R_i、直流系统i过负荷系数L_di。

其中，步骤（3）第k轮紧急功率调制是风电场并网母线电压满足整定的第k轮低压动作二元表（Udnset_k，△tk），由控制系统向直流系统i发紧急功率调制命令，对直流系统i的功率量进行调整，调整量为：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{di}\_k}=\frac{2(N_i-k)}{N_i-1}\·\frac{R_i(L_{\mathrm{di}}-1)}{N_i}{P}_{\mathrm{dni}}---\left(1\right)$

式中，Ni为直流系统i的低压调制轮次总数+1，且Ni≥2；k=1，2，…，Ni。

其中，步骤（4）第j轮紧急功率调制，是风电场并网母线电压满足整定的第j轮高压动作二元表（Uupset_j，△tj），由控制系统向直流系统i发紧急功率调制命令，对直流系统i的功率量进行调整，调整量为：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{di}\_j}=\frac{2(M_i-j)}{M_i-1}\·\frac{R_i(1-L_{\mathrm{di}})}{M_i}{P}_{\mathrm{dni}}---\left(2\right)$

式中，M_i为直流系统i安排的高压调制轮次总数+1，且M_i≥2；j=1，2，…，Mi。

其中，步骤（5）交流系统的常规紧急控制是在直流紧急功率调制抑制电网电压升高无效时进行控制，包括紧急联切高压双回线路中的一回线或紧急投切低容低抗。

与现有技术比，本发明的有益效果为：

本发明提出的技术方案可在不改变风机低电压穿越能力现状，不增加额外经济投资的前提下，充分利用风机及风电场所在交直流互联电网内直流系统快速可控性，并与交流系统紧急控制手段相协调，实现抑制大规模风机脱网。

本发明提出分轮次、变功率调制模式，在直流系统允许的过负荷能力范围内自适应电网不同扰动引起的电压跌落或抬高情况，或同一扰动下不同监测节点的电压跌落或抬高情况。

附图说明

图1为本发明提供的交直流协调控制方法流程图。

图2为我国某实际风电集中并网电网的电气接线图。

图3为本发明提供的不同控制方式下，某330kV线路单永故障后风电场并网监测点母线电压响应。

具体实施方式

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。

考虑到风机接入相对分散，可能引发风机脱网的故障形式多种多样；且仅依靠故障信息和故障后系统动态响应难以准确量化评估实际电网中风机的低电压穿越能力。因此，本发明拟采用基于电压响应轨迹驱动的控制方法，实时监测风电场并网点电压响应，若满足整定动作门槛值，分轮次实施交直流协调控制。

本实施例提供的一种抑制大规模风机脱网的交直流协调控制方法，利用直流紧急功率调制抑制风机低压脱网，利用直流紧急功率调制和交流系统常规紧急控制抑制风机高压脱网；所述交直流协调控制方法包括如下步骤：

（1）确定n个直流系统紧急调制功率量的参数；

（2）实时测量风电场并网母线电压；

（3）判断直流系统i是否满足低压动作判据；是则根据动作轮次k，令直流系统i执行第k轮紧急功率调制，并进行步骤（4）；否则直接进入步骤（4）；

（4）判断直流系统i是否满足高压动作判据；是则根据动作轮次j，令直流系统i执行第j轮紧急功率调制，并进行步骤（5）；否则结束所述交直流协调控制方法；

（5）判断交流系统是否满足高压动作判据；是则执行常规紧急控制；否则结束所述交直流协调控制方法。

其中：以第i个直流系统为例：

1、步骤（3）利用直流紧急功率调制抑制风机低压脱网；

根据直流系统在送电通道中所处的位置及直流功率送电方向来确定直流紧急功率调制策略。具体地，记直流系统i的额定功率为P_dni，以风机所处交流电网功率送出为正，受入为负；其所在位置为R_i，若直流位于风电送电通道的送端侧，R_i=1，否则R_i=-1；直流系统i允许长期过负荷系数记为L_di。

安装在各个风电场并网点的广域量测装置，实时监视相应母线电压的响应轨迹。对直流系统i来说，若母线电压满足整定的第k（k=1,2,3，…,Ni-1）轮低压动作二元表（Udnset_k，△tk），则由控制系统向直流系统i发紧急功率调制命令（其中，动作二元表中的参数随着调整的轮数不同而幅值不同）。为有效抑制因电网电压跌落导致风机大规模脱网，采用变功率调制模式。直流系统i的第k轮功率调整量△Pdi_k为：

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{di}\_k}=\frac{2(N_i-k)}{N_i-1}\·\frac{R_i(L_{\mathrm{di}}-1)}{N_i}{P}_{\mathrm{dni}}---\left(1\right)$

其中，Udnset_k（Udnset_k<1.0pu），△tk分别为直流低压动作整定值及持续时间；Ni（Ni≥2）为直流系统i安排的低压调制轮次总数+1。

2、步骤（4）和步骤（5）利用直流紧急功率调制与交流系统常规紧急控制抑制风机高压脱网

应对风机高压脱网的直流紧急功率调制方向与应对低压脱网的直流调制方向相反。对直流系统i来说，若母线电压满足整定的第j（j=1,2,…,Mi-1）轮高压动作二元表（Uupset_j，△tj），则向直流系统i发紧急功率调制命令，其第j轮功率调整量△Pdt_j为：

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{\mathrm{di}\_j}=\frac{2(M_i-j)}{M_i-1}\&CenterDot;\frac{R_i(1-L_{\mathrm{di}})}{M_i}{P}_{\mathrm{dni}}---\left(2\right)$

其中，Uupset_j（Uupset_j>1.0pu），△tj分别为直流高压动作整定值及持续时间；Mi（Mi≥2）为直流系统i安排的高压调制轮次总数+1。

若仅依靠直流紧急功率调制难以有效抑制电网电压升高,即母线电压满足整定的高压动作门槛值（Uupac，△tac），可进一步采取常规紧急控制（譬如紧急联切高压双回线路中的一回线或紧急投切低容低抗）来降低线路充电无功功率。其中，Uupac、△tac分别为交流高压动作整定值及持续时间，Uupac不低于所有直流系统高压动作整定值。

具体的，如图2所示，为我国某实际风电集中并网电网的电气接线图。图3为基于附图2中的实际电网，模拟风电场近区一回330kV线路单永故障后，不采取控制措施、仅采取本发明中抑制风机低压脱网方案、采取本发明全部技术方案三种情况下某风电场并网点母线电压响应曲线。

典型方式下，该电网潮流送电方向为西电东送（图中由左向右）。因此，对于直流系统1，R1=1；直流系统2，R2=-1。假定Ld1和Ld2均为115%，安排调制轮次均为2轮，动作二元表及根据公式（1）和公式（2）计算各轮次功率调制量和动作二元表如附表1所示。

附表1基于电压响应轨迹的直流紧急功率调制方案

假定风电场中风机均不具备低电压穿越能力。由附图3可见，利用交直流协调控制，尤其是基于实时电压响应轨迹触发直流低压调制、高压调制及交流侧紧急控制措施时，可有效改善系统电压稳定性，大大降低风机脱网代价。

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范围当中。

Claims (5)

1.一种抑制大规模风机脱网的交直流协调控制方法，其特征在于，利用直流紧急功率调制抑制风机低压脱网，利用直流紧急功率调制和交流系统常规紧急控制抑制风机高压脱网；所述交直流协调控制方法包括如下步骤：

(1)确定n个直流系统紧急调制功率量的参数；

(2)实时测量风电场并网母线电压；

(3)判断直流系统i是否满足低压动作判据；是则根据动作轮次k，令直流系统i执行第k轮紧急功率调制，并进行步骤(4)；否则直接进入步骤(4)；

(4)判断直流系统i是否满足高压动作判据；是则根据动作轮次j，令直流系统i执行第j轮紧急功率调制，并进行步骤(5)；否则结束所述交直流协调控制方法；

(5)判断交流系统是否满足高压动作判据；是则执行常规紧急控制；否则结束所述交直流协调控制方法。

2.如权利要求1所述的交直流协调控制方法，其特征在于，对于直流系统i，步骤(1)紧急调制功率量的参数包括直流系统i的额定功率P_dni、直流系统i的位置R_i、直流系统i过负荷系数L_di。

3.如权利要求2所述的交直流协调控制方法，其特征在于，步骤(3)第k轮紧急功率调制是风电场并网母线电压满足整定的第k轮低压动作二元表(Udnset_k，△tk)，其中，Udnset_k(Udnset_k<1.0pu)，△tk分别为直流低压动作整定值及持续时间，由控制系统向直流系统i发紧急功率调制命令，对直流系统i的功率量进行调整，调整量为：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{di}\_k}=\frac{2(N_i-k)}{N_i-1}\&CenterDot;\frac{R_i(L_{\mathrm{di}}-1)}{N_i}{P}_{\mathrm{dni}}---\left(1\right)$

式中，Ni为直流系统i的低压调制轮次总数+1，且Ni≥2；k＝1，2，…，Ni-1。

4.如权利要求2所述的交直流协调控制方法，其特征在于，步骤(4)第j轮紧急功率调制，是风电场并网母线电压满足整定的第j轮高压动作二元表(Uupset_j，△tj)，其中，Uupset_j(Uupset_j>1.0pu)，△tj分别为直流高压动作整定值及持续时间，由控制系统向直流系统i发紧急功率调制命令，对直流系统i的功率量进行调整，调整量为：

${\mathrm{\&Delta;P}}_{\mathrm{di}\_j}=\frac{2(M_i-j)}{M_i-1}\&CenterDot;\frac{R_i(1-L_{\mathrm{di}})}{M_i}{P}_{\mathrm{dni}}---\left(2\right)$

式中，M_i为直流系统i安排的高压调制轮次总数+1，且M_i≥2；j＝1，2，…，Mi-1。

5.如权利要求1所述的交直流协调控制方法，其特征在于，步骤(5)交流系统的常规紧急控制是在直流紧急功率调制抑制电网电压升高无效时进行控制，包括紧急联切高压双回线路中的一回线或紧急投切低容低抗。