一种基于功率平衡原理的集群风电场有功和无功的协调控制方法
技术领域
本发明属电力系统及其自动化技术领域,更准确地说本发明涉及一种基于功率平衡原理的集群风电场有功和无功的协调控制方法。
背景技术
2011年底,国家标准化管理委员会发布2011年第23号国家标准公告,批准《风电场接入电力系统技术规定》(GB/T 19963-2011)。该标准规定风电场并网的通用技术要求,其中规定了风电场有功功率的变化率和紧急控制等要求,并且对风电场的无功容量和风电场电压控制的要求做了较详细的规定,上述入网技术规定表明风电场入网必须具有一定的有功功率和无功功率调节能力,遗憾的是目前国内电力系统界还没有研发出有效的风电场有功和无功协调控制的装置,即使有零星的风电场功率控制的试点装置,但运行效果均不理想,满足不了调度运行的实际需求。本发明提供的风电场有功和无功控制的协调控制方法弥补了国内风电场有功和无功协调控制方面的空白。
本发明基于风机、风电场和风电汇集站的实测信息和功率平衡原理实现了集群风电场稳态和暂态下有功与无功的协调控制,采用的原理通俗易懂,所用技术均成熟可靠,可大面积推广应用。利用本发明提供的方法不但可实现集群风电场关键断面有功功率的预防控制和紧急控制,更重要的是其采用的无功功率控制方法可避免故障下风电场风机的大面积脱网,可有效保障风电大规模接入地区电网和风电场的安全稳定运行。
发明内容
本发明目的是:实现集群风电场稳态和暂态下有功、无功功率的协调控制, 确保集群风电场关键断面运行在调度运行的合理范围内,避免风电场暂态故障下风机的大面积脱网。
本发明采用以下的技术方案来实现,包括下述步骤:
1)风电机组的电气量和控制信息通过控制装置上送给风电场升压站的控制装置,风电场升压站的电气和控制信息再上送至风电汇集站的主站控制装置,风电汇集站接收并汇总风电场升压站上送的风电机组、线路、主变和无功设备等的电气信息和控制信息;
2)风电机组、风电场升压站和风电汇集主站安装处的控制装置利用实测电气量和元件参数分别计算(Tnow-T1)时刻和Tnow时刻风电机组、变压器(线路)和无功设备的电压、电流的有效值和有功、无功,其中Tnow指的是当前时刻,T1为Tnow时刻之前的固定时间。
3)利用风电机组的实测电气量和参数计算故障前风电机组的有功、无功极限与实测有功、无功的差值,由可调变压器的抽头变化情况计算期最大可调无功量,针对SVC/SVG等不同类型的无功补偿设备计算其最大无功限值与当前实测值的差值;
4)风电机组、风电场升压站和风电汇集主站的控制装置分别将Tnow时刻与(Tnow-T1)时刻风电机组、变压器(线路)和无功设备的实测有功值相减可得出系统线路、主变和无功设备的有功变化情况此处n为线路、主变和无功设备数量的总和,同时判断线路、主变和无功设备任一个元件的有功变化是否超过稳态有功变化门槛值ΔPs,如果满足该条件则记为ΔPi>ΔPs;将Tnow时刻与(Tnow-T1)时刻风电机组、变压器(线路)的实测无功值相减可得出系统风电机组、线路、主变和无功设备的无功变化情况同时判断线路、 主变和无功设备任一个元件的无功变化是否超过稳态无功变化门槛值ΔQs,如果满足该条件则记为ΔQi>ΔQs;
5)不同安装处的控制装置根据电气量信息实时判断电网是否发生暂态故障,若未发生暂态故障,则转向步骤10);
6)风电机组、风电场升压站和风电汇主集站安装处的控制装置利用实测电气量和元件参数计算故障Tk时刻风电机组、变压器(线路)和无功设备的电压、电流的有效值和有功、无功;
7)若发生暂态故障的元件未跳闸,则转向步骤10);否则启动暂态故障有功和无功调整策略;
8)不同安装处的控制装置根据步骤4)的方法重新计算故障Tk时刻与(Tk-T1)时刻系统线路、主变和无功设备的有功变化量ΔPpf和无功变化量ΔQpf;
9)根据安控策略判断线路或主变跳闸后是否需要采取控制措施,如果不需要则转向步骤10);如果需要则根据安控策略搜索得到安控装置切除的有功总量为ΔPsc,如果安控策略切除的具体设备,则直接统计所有被安控装置切除元件的无功总量ΔQsc,如果切除的仅是一个有功总量,则可根据控制措施执行地点的有功、电压和元件参数计算出由于有功被切除而被顺带切除的无功总量ΔQsc。
10)综合步骤4)或步骤6)计算得到的潮流变化有功总量ΔPpf、无功总量ΔQpf和步骤9)计算出的被安控切除有功总量ΔPsc、无功总量ΔQsc计算得到系统故障后系统总的有功变化总量ΔPtotal=ΔPpf-ΔPsc和无功变化总量 ΔQtotal=ΔQpf-ΔQsc,正常运行时的潮流波动或没有元件发生跳闸的情况,则ΔPsc=0,且ΔQsc=0。
11)利用已有的成熟方法按照步骤10)计算出的有功变化总量ΔPtotal和无功变化总量ΔQtotal进行有功和无功的调整,然后转向步骤2)。
12)检测调度是否已经下发有功或无功控制命令,如果有控制命令则利用已有的成熟方法按照调度下发的控制指令进行有功和无功的调整,然后转向步骤2)。
3、有益效果
本发明稳态下自动跟踪集群风电场内部的功率波动,通过实时监测集群风电场有功和无功的功率变化,基于功率平衡原理配合调度中心下发的控制指令可确保集群风电场始终运行在调度指定的合理范围内;暂态故障下综合考虑了故障前后的功率变化和安控系统切除的有功和无功,通过暂态有功和无功的快速协调控制,可防止风电场连锁故障的发生和风机大面积的脱网,保证集群风电场地区电网的安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图1,对本发明方法进行详细描述。
图1中步骤1描述的是在风机、风电场和风电汇集站布置可测量风机、线路、主变和无功设备电气量的控制装置;
图1中步骤2描述的是不同安装处的控制装置计算(Tnow-T1)时刻和Tnow时刻 风机、线路、主变和无功设备的电压、电流、有功和无功等电气量信息,并将电气量和控制相关信息逐级送给上级控制装置;
图1中步骤3描述的是利用风电机组的实测电气量和参数计算故障前风电机组的有功、无功极限与实测有功、无功的差值,由可调变压器的抽头变化情况计算期最大可调无功量,针对SVC/SVG等不同类型的无功补偿设备计算其最大无功限值与当前实测值的差值;
图1中步骤4描述的是风电机组、风电场升压站和风电汇集主站的控制装置分别将Tnow时刻与(Tnow-T1)时刻风电机组、变压器(线路)和无功设备的实测有功值相减可得出系统线路、主变和无功设备的有功变化情况并将Tnow时刻与(Tnow-T1)时刻风电机组、变压器(线路)的实测无功值相减可得出系统风电机组、线路、主变和无功设备的无功变化情况此处n为线路、主变和无功设备数量的总和;然后判断线路、主变和无功设备任一个元件的有功变化是否超过稳态有功变化门槛值ΔPs,如果满足该条件则记为ΔPi>ΔPs;并判断线路、主变和无功设备任一个元件的无功变化是否超过稳态无功变化门槛值ΔQs,如果满足该条件则记为ΔQi>ΔQs;
图1中步骤5描述的是不同安装处的控制装置根据电气量信息实时判断电网是否发生暂态故障,若未发生暂态故障,则转向步骤10);
图1中步骤6描述的是不同安装处的控制装置利用实测电气量和元件参数计算故障Tk时刻风电机组、变压器(线路)和无功设备的电压、电流的有效值和有功、无功;
图1中步骤7描述的是若暂态故障元件已跳闸,则启动暂态故障有功和无 功调整策略,否则转向步骤10);
图1中步骤8描述的是根据步骤4)的方法是不同安装处的控制装置再次计算故障Tk时刻与(Tk-T1)时刻系统线路、主变和无功设备的有功变化量ΔPpf和无功变化量ΔQpf;
图1中步骤9描述的是判断线路或主变跳闸后是否需要采取安控措施,如果不需要则转向步骤10);如果需要则根据安控策略搜索得到安控装置切除的有功总量为ΔPsc,如果安控策略切除的具体设备,则直接统计所有被安控装置切除元件的无功总量ΔQsc,如果切除的仅是一个有功总量,则可根据控制措施执行地点的有功、电压和元件参数计算出由于有功被切除而被顺带切除的无功总量ΔQsc。
图1中步骤10描述的是利用步骤4)或步骤6)计算得到的潮流变化有功总量ΔPpf、无功总量ΔQpf和步骤9)计算出的被安控切除有功总量ΔPsc、无功总量ΔQsc可计算出系统故障后系统总的有功变化总量ΔPtotal=ΔPpf-ΔPsc和无功变化总量ΔQtotal=ΔQpf-ΔQsc,对于正常运行时的潮流波动或没有元件发生跳闸的情况,则有ΔPsc=0,且ΔQsc=0。
图1中步骤11描述的是利用已有的成熟方法按照步骤10)计算出的有功变化总量ΔPtotal和无功变化总量ΔQtotal进行有功和无功的调整,然后转向步骤2)进行下一轮的循环。
图1中步骤12描述的是检测是否有调度下发的有功或无功控制命令,如果有则利用已有的成熟方法按照调度下发的控制指令进行有功和无功的调整,然后转向步骤2)进行下一轮的循环。