CN104113086B - 一种风电火电切机策略协调优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电火电切机策略协调优化方法，包括：步骤1，监测到系统发生故障时，启动计算故障后风火打捆系统的暂态能量函数判断系统是否失稳，是，执行步骤2，否，则不启动切机措施；步骤2，根据火电机组的暂态能量函数判断是否有火电机组自身失稳，是，切除失稳的火电机组后执行步骤1，否则，执行步骤3；步骤3，根据故障前风火打捆系统外送电力规模和故障后输电通道外送能力限额，计算应切除风电机组容量，完成切机操作后返回步骤1。本发明提供的一种方法，可以有效保证故障后风火打捆外送能源基地的安全稳定运行，合理分配风电、火电的切机容量，实现损失发电容量最小，为故障后系统恢复创造有利条件，提高了系统的安全性和经济性。

Description

一种风电火电切机策略协调优化方法

技术领域

本发明涉及电力系统安全稳定分析领域，具体涉及一种风电火电切机策略协调优化方法。

背景技术

我国风能资源主要集中在三北地区，当地负荷水平较低，系统规模小，风电消纳能力十分有限，大规模风电必须远距离输送到其他区域消纳。风电年利用小时数低，单独远距离传输经济性很差；同时，传输线路上风电功率的频繁波动极不利于系统的安全稳定运行。采取风电火电打捆外送策略不仅能有效减小线路功率的波动，而且还有利于系统的安全稳定同时明显降低受端电网的供电成本。河西地区目前已形成国内规模最大的风火打捆能源外送基地，通过750/330kV交流通道外送。

但是随着越来越多大容量风火打捆能源基地的建成投运，在带来巨大经济效益的同时，其动态行为变得越来越复杂，电网的安全稳定特性也因此发生很大变化。目前对于火电机组暂态稳定特性的研究已较为成熟，风电机组的暂态稳定特性不仅受制于机组类型而且与其控制模式相关，也是目前的研究热点。以往的研究表明，基于双馈风电机组的风电场对电力系统暂态稳定性的影响要好于在同一接入点接入相同容量的同步发电机组；此外，有学者将风电场功率及控制作用等效为同步发电机机械功率，采用扩展等面积定则定性分析风电场并网对系统暂态稳定特性的影响等。实际电网工程仿真分析表明，大规模风火打捆外送模式下，发生某些严重故障时，仅采取单一切除常规火电机组或风电机组措施难以保证系统稳定运行或切机量代价过大。

因此，有必要深入研究风火打捆外送能源基地风电、火电切机协调优化方法，以最小的代价保证系统稳定运行。

发明内容

本发明针对风火打捆外送能源基地严重故障后仅切除火电机组或风电机组难以保证系统稳定运行或代价过大的问题，通过比对风电、火电机组故障扰动时暂态特性的差异及对送端系统加速功率的影响，提供一种风电火电切机策略协调优化方法，利用暂态能量函数优化风电、火电切机比例，包括：

步骤1，监测到系统发生故障时，启动计算故障后风火打捆系统的暂态能量函数判断系统是否失稳，是，执行步骤2，否，则不启动切机措施；

所述暂态能量函数包括计算故障清除时系统的暂态能量和系统的临界能量的差值，当所述差值大于0时表示所述系统功角失稳，不大于0时表示系统稳定；

步骤2，根据火电机组的暂态能量函数判断是否有火电机组自身失稳，是，切除失稳的火电机组后执行所述步骤1，否则，执行所述步骤3；

步骤3，根据故障前风火打捆系统外送电力规模和故障后输电通道外送能力限额，计算应切除风电机组容量，完成切机操作后返回步骤1。

本发明提供的第一优选实施例中：所述步骤1中，所述故障清除时系统的暂态能量V_c为故障清除时系统的动能V_kc和势能V_p的和：

V_c＝V_kc+V_p (1)。

本发明提供的第二优选实施例中：所述故障清除时系统的动能V_kc的计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{kc}}=\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_i{\mathrm{\ω}}_i^2+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_j{\mathrm{\ω}}_j^2\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0i}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{mi}}-P_{\mathrm{ei}}^{\left(1\right)}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0j}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cj}}}(P_{\mathrm{mj}}-P_{\mathrm{ej}}^{\left(1\right)}){\mathrm{d\δ}}_j\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0i}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{mi}}-P_{\mathrm{ei}}^{\left(1\right)})d{\mathrm{\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0j}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cj}}}(\mathrm{kt}\left({\mathrm{\δ}}_j\right)+P_{m0}-P_{\mathrm{ej}}^{\left(1\right)})d{\mathrm{\δ}}_j\end{array}---\left(2\right)$

其中，n为系统中火电和双馈型风力发电机总台数，m为系统中双馈型风力发电机台数，M_i和M_j分别为第i台火电机组和第j台风电机组的惯性时间常数；ω_i和ω_j分别为第i台火电机组和第j台风电机组的转子角速度和同步转速的偏差；P_mi和P_mj分别为第i台火电机组和第j台风电机组的机械功率；和分别为第i台火电机组和第j台风电机组的电磁功率，采用故障未清除前的电网节点导纳矩阵求解；δ_0i和δ_0j分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障时刻的转子角；δ_ci和δ_cj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障清除时刻的转子角；k为第j台风电机组的机械功率随时间变化速率，t为时间，kt(δ_j)为第j台风电机组在t时刻的机械功率，P_m0为第j台风电机组在故障前的机械功率。

本发明提供的第三优选实施例中：所述故障清除时系统的势能V_p的计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_p=\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sj}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cj}}}(P_{\mathrm{ej}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mj}})d{\mathrm{\δ}}_j\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sj}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cj}}}(P_{\mathrm{ej}}^{\left(2\right)}-[\mathrm{kt}\left({\mathrm{\δ}}_j\right)+P_{m0}\left]\right){\mathrm{d\δ}}_j\end{array}---\left(3\right)$

其中，n为系统中火电和双馈型风力发电机总台数，m为系统中双馈型风力发电机台数；和分别为第i台火电机组和第j台风电机组的电磁功率，采用故障清除后的电网节点导纳矩阵求解；P_mi和P_mj分别为第i台火电机组和第j台风电机组的机械功率；δ_si和δ_sj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障后稳定平衡点对应的转子角；δ_ci和δ_cj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障清除时刻的转子角。

本发明提供的第四优选实施例中：所述步骤1中所述系统的临界能量V_cr的计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{cr}}=\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ui}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sj}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{uj}}}(P_{\mathrm{ej}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mj}}){\mathrm{d\δ}}_j\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ui}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sj}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{uj}}}(P_{\mathrm{ej}}^{\left(2\right)}-[\mathrm{kt}\left({\mathrm{\δ}}_j\right)+P_{m0}\left]\right){\mathrm{d\δ}}_j\end{array}---\left(4\right)$

其中，n为系统中火电和双馈型风力发电机总台数，m为系统中双馈型风力发电机台数；和分别为第i台火电机组和第j台风电机组的电磁功率，采用故障清除后的电网节点导纳矩阵求解；P_mi和P_mj分别为第i台火电机组和第j台风电机组的机械功率；δ_si和δ_sj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障后稳定平衡点对应的转子角；δ_ui和δ_uj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障后不稳定平衡点对应的转子角，δ_ui＝π-δ_si，δ_uj＝π-δ_sj。

本发明提供的第五优选实施例中：所述步骤2中进行判断是否失稳的火电机组为根据经验人为设定的重要火电机组。

本发明提供的第七优选实施例中：所述步骤2中根据所述火电机组的所述暂态能量函数判断是否失稳包括：

计算第i台火电机组的暂态能量V_ci与临界能量V_cri的差值ΔV_i＝V_ci-V_cri，ΔV_i≤0，则表明第i台火电机组稳定；若ΔV_i＞0，则表明第i台火电机组功角失稳；

所述第i台火电机组的暂态能量V_ci为故障清除时第i台火电机组的动能V_kvi和势能V_pi的和，计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{ci}}=V_{\mathrm{kci}}+V_{\mathrm{pi}}\\ =\frac{1}{2}{M}_i{\mathrm{\ω}}_i^2+{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i\\ ={\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0i}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{mi}}-P_{\mathrm{ei}}^{\left(1\right)}){\mathrm{d\δ}}_i+{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i\end{array}---\left(6\right)$

M_i为第i台火电机组的惯性时间常数；ω_i为第i台火电机组的转子角速度和同步转速的偏差；P_mi为第i台火电机组的机械功率；为第i台火电机组的电磁功率，采用故障未清除前的电网节点导纳矩阵求解；为第i台火电机组和第j台风电机组的电磁功率，采用故障清除后的电网节点导纳矩阵求解；δ_0i为第i台火电机组故障时刻的转子角；δ_ci为第i台火电机组故障清除时刻的转子角，δ_ui为第i台火电机组故障后不稳定平衡点对应的转子角。

本发明提供的第七优选实施例中；所述步骤3中计算应切除风电机组容量，如式(7)所示：

P_w＝P₀-P_max (7)

其中，P₀为故障前风火打捆能源基地外送电力规模，P_max为故障后输电通道外送能力限额，所述输电通道外送能力限额P_max为输电线路的静稳极限、暂稳极限、动稳极限和热稳极限中的最低值。

本发明提供的一种风电火电切机策略协调优化方法，相对于最接近的现有技术的有益效果包括：

本发明提供的一种风电火电切机策略协调优化方法，通过计算系统整体和火电机组暂态能量函数确定确保系统稳定的火电机组切机台数，通过评估电力外送需求和故障后通道输电能力确定确保系统稳定的风电机组切机台数，可以有效保证故障后风火打捆外送能源基地的安全稳定运行，合理分配风电、火电的切机容量，实现损失发电容量最小，为故障后系统恢复创造了有利条件，大大提高了系统运行的安全性和经济性。

附图说明

如图1所示为本发明提供的一种风电火电切机策略协调优化方法的流程图；

如图2所示为本发明提供的实施例一中西北某风火打捆基地的电网结构示意图；

如图3所示为本发明提供的实施例一中切除2371MW风电机组后部分火电机组功角曲线；

如图4所示为本发明提供的实施例一中采用风电火电切机策略协调优化方法后系统的功角曲线；

如图5所示为本发明提供的实施例一中采用本发明提供的一种风电火电切机策略协调优化方法后部分母线的电压曲线。

具体实施方式

下面根据附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

本发明提供一种风电火电切机策略协调优化方法，其流程图如图1所示，由图1可知，该方法包括：

步骤1，监测到系统发生故障时，启动计算故障后风火打捆系统的暂态能量函数判断系统是否失稳，是，执行步骤2，否，则不启动切机措施。

暂态能量函数包括计算故障清除时系统的暂态能量和系统的临界能量的差值，当该差值大于0时表示系统功角失稳，不大于0时表示系统稳定。

步骤2，根据火电机组的暂态能量函数判断是否有火电机组自身失稳，是，切除失稳的火电机组后执行步骤1，否则，执行步骤3。

步骤3，根据故障前风火打捆系统外送电力规模和故障后输电通道外送能力限额，计算应切除风电机组容量，完成切机操作后返回步骤1。

具体的，步骤1中，故障清除时系统的暂态能量V_c为故障清除时系统的动能V_kc和势能V_p的和：

V_c＝V_kc+V_p (1)

故障清除时系统的动能V_kc的计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{kc}}=\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_i{\mathrm{\ω}}_i^2+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_j{\mathrm{\ω}}_j^2\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0i}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{mi}}-P_{\mathrm{ei}}^{\left(1\right)}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0j}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cj}}}(P_{\mathrm{mj}}-P_{\mathrm{ej}}^{\left(1\right)}){\mathrm{d\δ}}_j\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0i}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{mi}}-P_{\mathrm{ei}}^{\left(1\right)})d{\mathrm{\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0j}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cj}}}(\mathrm{kt}\left({\mathrm{\δ}}_j\right)+P_{m0}-P_{\mathrm{ej}}^{\left(1\right)})d{\mathrm{\δ}}_j\end{array}---\left(2\right)$

其中，n为系统中火电和双馈型风力发电机总台数，m为系统中双馈型风力发电机台数，M_i和M_j分别为第i台火电机组和第j台风电机组的惯性时间常数；ω_i和ω_j分别为第i台火电机组和第j台风电机组的转子角速度和同步转速的偏差；P_mi和P_mj分别为第i台火电机组和第j台风电机组的机械功率；和分别为第i台火电机组和第j台风电机组的电磁功率，采用故障未清除前的电网节点导纳矩阵求解；δ_0i和δ_0j分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障时刻的转子角；δ_ci和δ_cj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障清除时刻的转子角；k为第j台风电机组的机械功率随时间变化速率，t为时间，kt(δ_j)为第j台风电机组在t时刻的机械功率，P_m0为第j台风电机组在故障前(即t＝0时刻)的机械功率。

故障清除时系统的势能V_p的计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_p=\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sj}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cj}}}(P_{\mathrm{ej}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mj}})d{\mathrm{\δ}}_j\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sj}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{cj}}}(P_{\mathrm{ej}}^{\left(2\right)}-[\mathrm{kt}\left({\mathrm{\δ}}_j\right)+P_{m0}\left]\right){\mathrm{d\δ}}_j\end{array}---\left(3\right)$

其中，和分别为第i台火电机组和第j台风电机组的电磁功率，采用故障清除后的电网节点导纳矩阵求解；δ_si和δ_sj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障后稳定平衡点对应的转子角。

步骤1中系统的临界能量V_cr的计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{cr}}=\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ui}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sj}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{uj}}}(P_{\mathrm{ej}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mj}}){\mathrm{d\δ}}_j\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ui}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{sj}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{uj}}}(P_{\mathrm{ej}}^{\left(2\right)}-[\mathrm{kt}\left({\mathrm{\δ}}_j\right)+P_{m0}\left]\right){\mathrm{d\δ}}_j\end{array}---\left(4\right)$

其中，δ_ui和δ_uj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障后不稳定平衡点对应的转子角，δ_ui＝π-δ_si，δ_uj＝π-δ_sj。

故障清除时系统的暂态能量V_c和系统的临界能量V_cr的差值ΔV为：

ΔV＝V_c-V_cr (5)

若ΔV≤0，则表明系统稳定；若ΔV＞0，则表明系统功角失稳。

步骤2中进行判断是否失稳的火电机组为根据经验人为设定的重要火电机组，根据火电机组的暂态能量函数判断是否失稳包括：

计算第i台火电机组的暂态能量V_ci与临界能量V_cri的差值ΔV_i＝V_ci-V_cri，ΔV_i≤0，则表明第i台火电机组稳定；若ΔV_i＞0，则表明第i台火电机组功角失稳。

第i台火电机组的暂态能量V_ci为故障清除时第i台火电机组的动能V_kci和势能V_pi的和，计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_{\mathrm{ci}}=V_{\mathrm{kci}}+V_{\mathrm{pi}}\\ =\frac{1}{2}{M}_i{\mathrm{\ω}}_i^2+{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i\\ ={\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0i}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{mi}}-P_{\mathrm{ei}}^{\left(1\right)}){\mathrm{d\δ}}_i+{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{si}}}^{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ci}}}(P_{\mathrm{ei}}^{\left(2\right)}-P_{\mathrm{mi}}){\mathrm{d\δ}}_i\end{array}---\left(6\right)$

步骤3中计算应切除风电机组容量，如式(7)所示：

P_w＝P₀-P_max (7)

其中，P₀为故障前风火打捆能源基地外送电力规模，P_max为故障后输电通道外送能力限额，该输电通道外送能力限额P_max为输电线路的静稳极限、暂稳极限、动稳极限和热稳极限中的最低值。

实施例一：

本发明提供的实施例一为以西北某风火打捆基地送出系统进行风电火电切机策略协调仿真的具体实施例，如图2所示为该西北某风火打捆基地的电网结构示意图，由图2可知该风火打捆基地送出系统风电总出力2621MW，火电总出力1550MW，该基地经过两回750kV和两回330kV线路向主网送电。

安排运行方式为送电通道四回线路传输功率为2800MW，设定故障为750kV线路中的一回在0.2s发生三相短路故障，0.3s故障线路跳开故障清除，同时跳开另一回无故障750kV线路。

数字仿真表明，故障后若仅采取切除火电机组、保留全部风电机组的措施，由于送端电网电压无功支撑能力明显降低，故障后输电通道稳定限额大幅降低，即使切除全部火电机组1550MW来减少加速能量，系统仍不能保持稳定。数字仿真表明，故障后若仅采取切除风电机组、保留全部火电机组措施，由于部分远距离火电机组自身失稳，即使切除风电2371MW，系统仍不能保持稳定，切除风电机组后部分火电机组功角曲线如图3所示。

计算风火打捆外送系统整体和单台火电机组的故障后暂态能量函数，表明故障后风火打捆外送系统失稳，且1台600MW、2台300MW、1台125MW火电机组自身失稳；考虑火电机组未满负荷发电，实际切除4台火电机组发电容量1250MW；故障后输电断面仅剩两回330kV线路，其稳定限额采用单瞬故障约束的输电能力，考虑到故障清除时刻系统电压仍未充分恢复，计算时采用的输电通道两侧母线电压为0.8p.u.，计算表明故障后输电通道稳定限额约为810MW，因此需切除风电机组740MW，系统才可以恢复稳定。

数字仿真表明，故障后分别切除火电、风电机组1350、780MW，系统恢复稳定，验证了所提风电火电切机策略协调优化方法的有效性。图4、图5为采用风电火电切机策略协调优化方法后风火打捆外送系统的功角和电压恢复曲线。

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 (7)

1.一种风电火电切机策略协调优化方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1，监测到系统发生故障时，启动计算故障后风火打捆系统的暂态能量函数判断系统是否失稳，是，执行步骤2，否，则不启动切机措施；

所述暂态能量函数包括计算故障清除时系统的暂态能量和系统的临界能量的差值，当所述差值大于0时表示所述系统功角失稳，不大于0时表示系统稳定；

步骤2，根据火电机组的暂态能量函数判断是否有火电机组自身失稳，是，切除失稳的火电机组后执行所述步骤1，否则，执行步骤3；

步骤3，根据故障前风火打捆系统外送电力规模和故障后输电通道外送能力限额，计算应切除风电机组容量，完成切机操作后返回步骤1；

所述步骤1中所述系统的临界能量V_cr的计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_{cr}=\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{si}}^{{\mathrm{\δ}}_{ui}}\left(P_{ei}^{\left(2\right)}-P_{mi}\right){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{sj}}^{{\mathrm{\δ}}_{uj}}\left(P_{ej}^{\left(2\right)}-P_{mj}\right){\mathrm{d\δ}}_j\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{si}}^{{\mathrm{\δ}}_{ui}}\left(P_{ei}^{\left(2\right)}-P_{mi}\right){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{sj}}^{{\mathrm{\δ}}_{uj}}\left(P_{ej}^{\left(2\right)}-\[kt\left({\mathrm{\δ}}_j\right)+P_{m0}\]\right){\mathrm{d\δ}}_j\end{array}---\left(4\right)$

其中，n为系统中火电和双馈型风力发电机总台数，m为系统中双馈型风力发电机台数，和分别为第i台火电机组和第j台风电机组的电磁功率，采用故障清除后的电网节点导纳矩阵求解；P_mi和P_mj分别为第i台火电机组和第j台风电机组的机械功率；δ_si和δ_sj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障后稳定平衡点对应的转子角；δ_ui和δ_uj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障后不稳定平衡点对应的转子角，δ_ui＝π-δ_si，δ_uj＝π-δ_sj。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述故障清除时系统的暂态能量V_c为故障清除时系统的动能V_kc和势能V_p的和：

V_c＝V_kc+V_p (1)。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述故障清除时系统的动能V_kc的计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_{kc}=\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_i{\mathrm{\ω}}_i^2+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{2}{M}_j{\mathrm{\ω}}_j^2\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0i}}^{{\mathrm{\δ}}_{ci}}\left(P_{mi}-P_{ei}^{\left(1\right)}\right){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0j}}^{{\mathrm{\δ}}_{cj}}\left(P_{mj}-P_{ej}^{\left(1\right)}\right){\mathrm{d\δ}}_j\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0i}}^{{\mathrm{\δ}}_{ci}}\left(P_{mi}-P_{ei}^{\left(1\right)}\right){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0j}}^{{\mathrm{\δ}}_{cj}}\left(kt\left({\mathrm{\δ}}_j\right)+P_{m0}-P_{ej}^{\left(1\right)}\right){\mathrm{d\δ}}_j\end{array}---\left(2\right)$

其中，n为系统中火电和双馈型风力发电机总台数，m为系统中双馈型风力发电机台数，M_i和M_j分别为第i台火电机组和第j台风电机组的惯性时间常数；ω_i和ω_j分别为第i台火电机组和第j台风电机组的转子角速度和同步转速的偏差；P_mi和P_mj分别为第i台火电机组和第j台风电机组的机械功率；和分别为第i台火电机组和第j台风电机组的电磁功率，采用故障未清除前的电网节点导纳矩阵求解；δ_0i和δ_0j分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障时刻的转子角；δ_ci和δ_cj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障清除时刻的转子角；k为第j台风电机组的机械功率随时间变化速率，t为时间，kt(δ_j)为第j台风电机组在t时刻的机械功率，P_m0为第j台风电机组在故障前的机械功率。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述故障清除时系统的势能V_p的计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_P=\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{si}}^{{\mathrm{\δ}}_{ci}}\left(P_{ei}^{\left(2\right)}-P_{mi}\right){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{sj}}^{{\mathrm{\δ}}_{cj}}\left(P_{ej}^{\left(2\right)}-P_{mj}\right){\mathrm{d\δ}}_j\\ =\underset{i=1}{\overset{n-m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{si}}^{{\mathrm{\δ}}_{ci}}\left(P_{ei}^{\left(2\right)}-P_{mi}\right){\mathrm{d\δ}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{sj}}^{{\mathrm{\δ}}_{cj}}\left(P_{ej}^{\left(2\right)}-\[kt\left({\mathrm{\δ}}_j\right)+P_{m0}\]\right){\mathrm{d\δ}}_j\end{array}---\left(3\right)$

其中，n为系统中火电和双馈型风力发电机总台数，m为系统中双馈型风力发电机台数；和分别为第i台火电机组和第j台风电机组的电磁功率，采用故障清除后的电网节点导纳矩阵求解；P_mi和P_mj分别为第i台火电机组和第j台风电机组的机械功率；δ_si和δ_sj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障后稳定平衡点对应的转子角；δ_ci和δ_cj分别为第i台火电机组和第j台风电机组故障清除时刻的转子角。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中进行判断是否失稳的火电机组为根据经验人为设定的重要火电机组。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中根据所述火电机组的所述暂态能量函数判断是否失稳包括：

计算第i台火电机组的暂态能量V_ci与临界能量V_cri的差值ΔV_i＝V_ci-V_cri，ΔV_i≤0，则表明第i台火电机组稳定；若ΔV_i＞0，则表明第i台火电机组功角失稳；

所述第i台火电机组的暂态能量V_ci为故障清除时第i台火电机组的动能V_kci和势能V_pi的和，计算公式为：

$\begin{array}{c}{V}_{ci}=V_{kci}+V_{pi}\\ =\frac{1}{2}{M}_i{\mathrm{\ω}}_i^2+{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{si}}^{{\mathrm{\δ}}_{ci}}\left(P_{ei}^{\left(2\right)}-P_{mi}\right){\mathrm{d\δ}}_i\\ ={\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{0i}}^{{\mathrm{\δ}}_{ci}}\left(P_{mi}-P_{ei}^{\left(1\right)}\right){\mathrm{d\δ}}_i+{\∫}_{{\mathrm{\δ}}_{si}}^{{\mathrm{\δ}}_{ci}}\left(P_{ei}^{\left(2\right)}-P_{mi}\right){\mathrm{d\δ}}_i\end{array}---\left(6\right)$

M_i为第i台火电机组的惯性时间常数；ω_i为第i台火电机组的转子角速度和同步转速的偏差；P_mi为第i台火电机组的机械功率；为第i台火电机组的电磁功率，采用故障未清除前的电网节点导纳矩阵求解；为第i台火电机组的电磁功率，采用故障清除后的电网节点导纳矩阵求解；δ_0i为第i台火电机组故障时刻的转子角；δ_ci为第i台火电机组故障清除时刻的转子角；δ_ui为第i台火电机组故障后不稳定平衡点对应的转子角。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中计算应切除风电机组容量，如式(7)所述：

P_w＝P₀-P_max (7)

其中，P₀为故障前风火打捆能源基地外送电力规模，P_max为故障后输电通道外送能力限额，所述输电通道外送能力限额P_max为输电线路的静稳极限、暂稳极限、动稳极限和热稳极限中的最低值。