CN103532520B - 一种防御大规模风电机组连锁脱网的无功补偿装置控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防御大规模风电机组连锁脱网的无功补偿装置控制方法，属于风力发电技术领域。本发明制定无功补偿装置的低电压运行的限值，当并网点电压低于该值时，判断为电网故障，并网开关将自动断开；当故障切除之后，由系统控制中心根据网络运行状态对部分无功补偿装置下发投入指令，保证电压迅速恢复到标准值。本发明可以有效避免风电系统故障扩大，防止出现连锁故障。
Description
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，更准确地说本发明涉及一种用于防御大规模风电机组连锁脱网的无功补偿装置控制方法。
背景技术
大规模风电机组连锁脱网事故是我国集群风电迅速发展过程中出现的新问题之一。风电机组的低电压穿越能力被认为是这些连锁故障发生和传播的主要因素。但通过风电机组连锁脱网仿真分析可以发现，风电机组低电压穿越能力的缺失的确是导致第一批风电机组脱网的主要因素，但是后续连锁脱网则是因为网内无功功率过剩，导致电网各节点电压升高从而引发更多风电机组脱网。
尽管事故后，我国大部分风电场都对其风电机组都加强了低电压穿越能力的检测，使之具备了符合国家标准的低电压穿越能力。但是由于低电压穿越时间有限，并且当故障期间发生叠加扰动时，依旧无法避免风电机组的脱网。从防御大规模风电机组连锁脱网事故来讲，在故障发生，有风电机组因为各种原因脱网之后，能够对网内无功装置进行合理协调控制同样是极为重要的。
SVC和固定电容器在电网出现故障而电压骤降期间，无功输出能力大打折扣，对系统电压的支撑能力大大减小；而在故障切除电压恢复期间，由于故障时参考电纳设置较高，导致电压升高时发出过量无功，从而加剧系统过电压。因此需要考虑在故障发生和发展期间切除一定位置的一定容量的SVC和固定电容器，并在故障电压恢复期间有序并入这部分无功装置。
发明内容
本发明的目的是：针对风电系统出现短路故障导致电压跌落的问题，提供一种用于防御大规模风电机组连锁脱网的无功补偿装置控制方法，实现对网内无功补偿装置进行紧急控制，从而防止风电机组出现过电压脱网，抑制事故影响范围。
具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤：
1）设置各无功补偿装置的低电压运行限值Ul；
2）系统控制中心实时接收各主要节点的电压幅值和各无功补偿装置输出的无功功率数据，同时更新各无功补偿装置所在节点对各主要节点的无功电压灵敏度；
3）就地检测装置检测各无功补偿装置的并网点电压Upcc，若某无功补偿装置Upcc<Ul，则认为电网中出现故障，并打开该无功补偿装置的并网开关闸以切除该无功补偿装置；
4）选定距离故障电气距离最近的主要节点为监控节点，设定监控节点的电压标准值为Uref；当系统接收到故障切除指令后，经过一段延时t，检测监控节点电压Uc，并确定Uref-Uc的结果为调节电压；
5）系统根据已切除无功补偿装置所在节点灵敏度、运行状态、可发出无功功率信息确定重新投入的无功补偿装置，下发投入指令，对电压进行调整。
上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤1）中各无功补偿装置的低电压运行限值Ul为电网无短路故障的正常运行状态下电压最低值。
上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤2）中各无功补偿装置所在节点对各主要节点的无功电压灵敏度的更新间隔为5分钟，各主要节点的电压幅值和无功补偿装置输出的无功功率数据通过电网常规监控系统采集。
上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤4）中监控节点的电压标准值Uref为系统正常运行时该节点的额定电压。
上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤4）中延时t的确定方法为：若从故障切除时刻t1开始，经过一段时间t2后监控节点的电压幅值在前0.1s内的峰谷差小于dU，则t等于t2，其中dU为监控节点的标准电压的0.5倍。
上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤5）中确定重新投入的无功补偿装置的方法为：
5-1）设无功补偿装置的调节能力参数为C，所在节点对监控节点的无功电压灵敏度为S，故障前0.5s发出的无功功率为q，则C=S*q；
5-2）对步骤3）中已切除的无功补偿装置的调节能力参数C从大到小进行排序；
5-3）选取5-2）排序后序列的前m个无功补偿装置作为重新投入的无功补偿装置，m的确定方法为：其中Ci为调节能力从大到小排列的第i个无功补偿装置的调节能力参数。
本发明的有益效果如下：本发明首先对无功补偿装置制定低电压状态下的紧急切除策略，由此避免故障切除时刻系统电压恢复时的过电压问题；继而通过对风电系统内的无功补偿装置统一协调控制，将过量切除的无功补偿装置并入电网，使得电网电压可以迅速恢复到标准值。本发明可以有效避免风电系统故障扩大，防止出现连锁故障。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
图2为实施例含风电电力系统拓扑图。
图3为实施例采用本发明方法和未采用时的效果对比图。
具体实施方式
下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。
图1为本发明方法的流程图。如图1所示，本发明方法包括以下步骤：
1）设置各无功补偿装置的低电压运行限值Ul，Ul可采用电网无短路故障的正常运行状态下电压最低值。
2）系统控制中心实时接收各主要节点的电压幅值和各无功补偿装置输出的无功功率数据，同时更新各无功补偿装置所在节点对各主要节点的无功电压灵敏度。各无功补偿装置所在节点对各主要节点的无功电压灵敏度可采用成熟的灵敏度方法求解更新，更新间隔可为5分钟，各主要节点的电压幅值和无功补偿装置输出的无功功率数据可通过电网常规监控系统采集。
3）就地检测装置检测各无功补偿装置的并网点电压Upcc，若某无功补偿装置Upcc<Ul，则认为电网中出现故障，并打开该无功补偿装置的并网开关闸以切除该无功补偿装置；
4）选定距离故障电气距离最近的主要节点为监控节点，设定监控节点的电压标准值为Uref；当系统接收到故障切除指令后，经过一段延时t，检测监控节点电压Uc，并确定Uref-Uc的结果为调节电压。监控节点的电压标准值Uref可采要系统正常运行时该节点的额定电压。所述延时t的确定方法为：若从故障切除时刻t1开始，经过一段时间t2后监控节点的电压幅值在前0.1s内的峰谷差小于dU，则t等于t2，其中dU为监控节点的标准电压的0.5倍。
5）系统根据已切除无功补偿装置所在节点灵敏度、运行状态、可发出无功功率信息确定重新投入的无功补偿装置，下发投入指令，对电压进行调整，其中确定重新投入的无功补偿装置的方法为：
5-1）设无功补偿装置的调节能力参数为C，所在节点对监控节点的无功电压灵敏度为S，故障前0.5s发出的无功功率为q，则C=S*q。
5-2）对步骤3）中已切除的无功补偿装置的调节能力参数C从大到小进行排序。
5-3）选取5-2）排序后序列的前m个无功补偿装置作为重新投入的无功补偿装置，m的确定方法为：其中Ci为调节能力从大到小排列的第i个无功补偿装置的调节能力参数。
图2是某风力发电系统的一个实例。如图2所示，某地区电网结构中风电场群1，2，3，4均由双馈感应风力发电机组组成，装机容量分别为450MW，300MW，200MW和400MW；230kV/525kV，35kV/230kV，0.69kV/35kV变压器容量分别为2000MVA，500MVA，500MVA；主要并网线路长度为Line1-4：5km；Line3-5：5km；Line2-6：7km；Line7-8：10km；主要外送线路长度为Line5-6：67km；Line4-6：106km；Line6-7：65km。为了提高电压稳定性和补偿风电送出所需无功，在风电场升压变压器35kV侧加装了静止无功补偿器，容量为风电机组装机容量的30%～50%。
各无功补偿装置并网点的电压无功灵敏度和故障前输出无功功率如下表所示。
假设风电场群1的PCC-1处在0.5s时发生三相短路故障，0.62s时切除。则无任何控制策略时各风电场群并网点的电压波动如图3所示。期间，风电场群1，2和3的风电机组陆续因为低电压越限和高电压越限而脱网，损失有功功率770.9MW。
而如果采取本发明方法，则结果完全不同，其步骤和效果为：
（1）设置无功补偿装置低电压运行限值Ul为0.93p.u.。
（2）系统控制中心实时接收各主要节点的电压幅值和各无功补偿装置输出的无功功率数据，这些数据可通过电网常规监控系统采集。同时更新无功补偿装置所在节点对各主要节点的无功电压灵敏度，可采用成熟的灵敏度方法求解，更新间隔为5分钟。
（3）就地检测装置检测各无功补偿装置并网点电压Upcc。若Upcc<Ul，则认为电网中出现故障，该无功补偿装置的并网开关闸打开。此时切除的无功补偿装置有SVC1，SVC5，SVC3和SVC2。
（4）选定距离故障电气距离最近的主要节点PCC-1为监控节点，设定监控节点的电压标准值为1.0p.u.。当系统接收到故障切除指令，经过0.4s延时，检测监控节点电压Uc为0.908p.u.。确定Uref-Uc为调节电压，值为0.092p.u.。
（5）系统根据已切除无功补偿装置所在节点灵敏度、运行状态、可发出无功功率等信息确定重新投入的无功补偿装置，下发投入指令。具体方法为：
5-1）设无功补偿装置的调节能力参数为C，所在节点对监控节点的无功电压灵敏度S，故障前0.5s发出的无功功率q，则C的确定方法为：C=S*q。
5-2）对步骤（3）中已切除的无功补偿装置的调节能力参数C从大到小进行排序。排序顺序为SVC3，SVC2，SVC5，SVC1。
5-3）选取5-2）中序列的前m个无功补偿装置作为重新投入的无功补偿装置，m的确定方法为：Ci为调节能力从大到小排列第i个无功补偿装置的调节能力参数。所以得到的需要重新投入的无功补偿装置为SVC3，SVC2。
采用此控制方式后，只有风电场群1中50台风电机组因为低电压越限而脱网，损失有功功率214.5MW，未有风电机组因为高电压越限而脱网，减少有功功率损失72.1%。各主要并网点电压波动如图3所示。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。
Claims (3)
1.一种防御大规模风电机组连锁脱网的无功补偿装置控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)设置各无功补偿装置的低电压运行限值Ul；所述各无功补偿装置的低电压运行限值Ul为电网无短路故障的正常运行状态下电压最低值；
2)系统控制中心实时接收各主要节点的电压幅值和各无功补偿装置输出的无功功率数据，同时更新各无功补偿装置所在节点对各主要节点的无功电压灵敏度；
3)就地检测装置检测各无功补偿装置的并网点电压Upcc，若某无功补偿装置Upcc＜Ul，则认为电网中出现故障，并打开该无功补偿装置的并网开关闸以切除该无功补偿装置；
4)选定距离故障电气距离最近的主要节点为监控节点，设定监控节点的电压标准值为Uref；当系统接收到故障切除指令后，经过一段延时t，检测监控节点电压Uc，并确定Uref-Uc的结果为调节电压；
所述监控节点的电压标准值Uref为系统正常运行时该节点的额定电压；所述延时t根据以下方法确定：若从故障切除时刻t1开始，经过一段时间t2后监控节点的电压幅值在前0.1s内的峰谷差小于dU，则t等于t2，其中dU为监控节点的标准电压的0.5倍；
5)系统控制中心根据已切除无功补偿装置所在节点灵敏度、运行状态、可发出无功功率信息确定重新投入的无功补偿装置，下发投入指令，对电压进行调整。
2.根据权利要求1所述的防御大规模风电机组连锁脱网的无功补偿装置控制方法，其特征在于，所述步骤2)中各无功补偿装置所在节点对各主要节点的无功电压灵敏度的更新间隔为5分钟，各主要节点的电压幅值和无功补偿装置输出的无功功率数据通过电网常规监控系统采集。
3.根据权利要求1所述的防御大规模风电机组连锁脱网的无功补偿装置控制方法，其特征在于，所述步骤5)中确定重新投入的无功补偿装置的方法为：
5-1)设无功补偿装置的调节能力参数为C，所在节点对监控节点的无功电压灵敏度为S，故障前0.5s发出的无功功率为q，则C＝S*q；
5-2)对步骤3)中已切除的无功补偿装置的调节能力参数C从大到小进行排序；
5-3)选取5-2)排序后序列的前m个无功补偿装置作为重新投入的无功补偿装置，m的确定方法为：其中为调节能力从大到小排列的第i个无功补偿装置的调节能力参数。
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