CN104573221B - 风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法及装置，该方法为：输入电网数据和风电场无功特性参数；修改风电场出口母线，加入一对平衡电容电抗；对修改后的系统进行潮流计算；对风电聚集区内所有风电场执行一轮低压脱网搜索，获得发生低压脱网的第一风电场集合；对风电聚集区内所有风电场执行一轮高压脱网搜索，获得发生高压脱网的第二风电场集合；根据第一风电场集合和第二风电场集合，判断出风电聚集区内风电场连锁脱网故障状况。该方法利用一对平衡电容电抗模拟风电场内风电机组异步运行的无功特性以及故障切除后的系统无功特性从而仿真得到风电聚集区风电场连锁脱网故障情况，其可简化仿真计算量并保证仿真结果的准确性。

Description

风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法及装置

技术领域

本发明涉及风电场领域，具体涉及一种风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法及装置。

背景技术

大规模新能源的高密度集中接入和分布式接入，给电网安全稳定运行带来巨大挑战。我国频繁发生的大规模风机连锁脱网事故，这是在我国风电发展特点下所表现出的风电对系统安全稳定影响的新问题之一。

防止大规模风电脱网的一个有效方法是对系统进行全面的仿真检查，找到可能存在的连锁脱网路径，对其进行预防控制。然而在现有的大电网仿真中，风机的模型难以精确，特别是双馈异步风机，其Crowbar动作以后的异步运行特性，以及风机切除以后系统的无功特性难以精确仿真模拟。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法及装置，以最大程度的简化仿真计算量同时保证仿真结果的准确性。

为达上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法，所述方法包括如下步骤：

输入电网数据和风电场无功特性参数；

修改风电场出口母线，加入一对平衡电容电抗；

对修改后的系统进行潮流计算；

对风电聚集区内所有风电场执行一轮低压脱网搜索，获得发生低压脱网的第一风电场集合；

对风电聚集区内所有风电场执行一轮高压脱网搜索，获得发生高压脱网的第二风电场集合；

根据第一风电场集合和第二风电场集合，判断出风电聚集区内风电场连锁脱网故障状况。

为达上述目的，另一方面，本发明实施例提供了一种风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断装置，所述装置包括：

输入单元，用于输入电网数据和风电场无功特性参数；

修改单元，用于修改风电场出口母线，加入一对平衡电容电抗；

计算单元，用于对修改后的系统进行潮流计算；

低压脱网搜索单元，用于对风电聚集区内所有风电场执行一轮低压脱网搜索，获得发生低压脱网的第一风电场集合；

高压脱网搜索单元，用于对风电聚集区内所有风电场执行一轮高压脱网搜索，获得发生高压脱网的第二风电场集合；

脱网连锁故障判断单元，用于根据第一风电场集合和第二风电场集合，判断出风电聚集区内风电场连锁脱网故障状况。

上述技术方案具有如下有益效果：

本发明实施例利用一对平衡电容电抗模拟故障发生后风电场异步运行的无功特性以及故障切除后的系统无功特性从而仿真得到风电聚集区内风电场连锁脱网故障情况。为大电网的风电连锁故障仿真分析提供了一种新思路。能够最大程度的简化仿真计算量同时保证仿真结果的准确性，帮助运行人员全面掌握大规模风电接入系统的安全稳定情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法的流程图；

图2是本发明另一个实施例的风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法的流程图；

图3是本发明实施例的一种风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断装置的功能框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种判断风电聚集区内风电场连锁脱网故障情况的方法。该方法利用一对平衡电容电抗模拟故障发生后风电场异步运行的无功特性以及故障切除后的系统无功特性从而仿真得到风电聚集区内风电场连锁脱网故障情况。

图1是本发明一个实施例的风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法的流程图。如图1所法，该方法包括如下步骤：

步骤110：输入电网数据和风电场无功特性参数；

步骤120：修改风电场出口母线，加入一对平衡电容电抗；

步骤130：对修改后的系统进行潮流计算；

步骤140：对风电聚集区内所有风电场执行一轮低压脱网搜索，获得发生低压脱网的第一风电场集合；

步骤150：对风电聚集区内所有风电场执行一轮高压脱网搜索，获得发生高压脱网的第二风电场集合；

步骤160：根据第一风电场集合和第二风电场集合，判断出风电聚集区内风电场连锁脱网故障状况。

本发明实施例利用一对平衡电容电抗模拟故障发生后风电场异步运行的无功特性以及故障切除后的系统无功特性从而仿真得到风电聚集区内风电场连锁脱网故障情况。为大电网的风电连锁故障仿真分析提供了一种新思路，能够最大程度的简化仿真计算量同时保证仿真结果的准确性，帮助运行人员全面掌握大规模风电接入系统的安全稳定情况。

图2是本发明另一个实施例的风电聚集区内风电场连锁脱网故障方法流程框图。如图2所示，该方法按照下面的步骤具体实施：

步骤210：输入电网数据和风电场无功特性参数。

具体地，本步骤是输入用于仿真计算的风电聚集区的网络数据和电气数据(如PSASP格式数据等)，数据中风电聚集区内风电场的数量为N。

本步骤还输入用于风电场无功特性模拟的风机无功特性参数，其具体包括：风电场异步运行过程中无功输出最大值Q_i,i＝1,2,...,N以及故障发生后风电场异步运行的时间T_i,i＝1,2,...,N。

步骤220：修改风电场出口母线，加入一对平衡电容电抗。增加电容电抗主要是为了模拟风电场的无功情况。对于每个风电场而言电容和电抗各一个。

具体地，在第i个风电场出口母线上增加一对平衡电容电抗，阻抗大小相等、符号相反，大小为i＝1,2,...,N。

步骤230：对修改后的系统进行潮流计算。大电网的潮流计算过程为本领域技术人员所熟知，故在此不详细描述。在本步骤的大电网的潮流计算过程中利用到了步骤210输入的数据。在大电网里需要利用潮流计算来为暂态计算提供初值。

步骤240包括步骤241、步骤242和步骤243。

步骤241：进行第i轮低压脱网搜索。低压脱网和高压脱网的搜索都需要对电网进行暂态仿真，潮流计算可以为本步骤中的暂态计算提供初值。

具体地，本步骤对第i(i＝1为初始值)个风电场的出线进行三相短路故障仿真，0.1s后故障清除，获取风电聚集区中所有风电场的出口母线电压。若母线电压低于0.2p.u.则认定该风电场进入异步运行。设进入异步运行的风电场编号为编号集设为K^jK^j(j＝1,2,...,N)。对于K^j中的风电场，在其母线电压低于0.2p.u.时设置切电容的扰动，模拟风电场异步运行中吸收无功的过程，并于u＝1,2,...,l后切除该风电场，其中：T是前面输入的故障发生后风电场异步运行的时间，K表示异步运行的风电场的集合，u是集合中的元素编号。

步骤242：进行第i轮高压脱网搜索。

具体地，故障清除后，切除风电场出口母线上的电抗，模拟系统无功过剩过程。获取所有风电场出口母线电压，若电压高于1.1p.u.则认为风电场高压脱网。设高压脱网的风电场编号为编号集设为G^j(j＝1,2,...,N)。

步骤243：如步骤241和步骤242所示继续进行i＝2,...,N的N-1轮低压脱网和高压脱网搜索。

步骤250：判断风电聚集区内风电场连锁脱网故障情况。

若K^j和G^j(j＝1,2,...,N)均为空集，则在第j个风电场出现三相短路故障时，判定没有出现风电聚集区内风电场连锁脱网故障；

若K^j和G^j(j＝1,2,...,N)为非空集，则在第j个风电场出现三相短路故障时，判定出现K^j中风电场低压脱网和G^j中风电场高压脱网的连锁故障。

本发明实施例利用一对平衡电容电抗模拟故障发生后风电场异步运行的无功特性以及故障切除后的系统无功特性从而仿真得到风电聚集区内风电场连锁脱网故障情况。为大电网的风电连锁故障仿真分析提供了一种新思路。能够最大程度的简化仿真计算量同时保证仿真结果的准确性，帮助运行人员全面掌握大规模风电接入系统的安全稳定情况。具体而言，有以下优点：

1)本发明的计算方法能够大大减少仿真计算量，提高仿真速度和效率。

2)本发明能够给出较为准确的判断结果，并给出具体连锁故障路径。

3)本发明为风电连锁脱网故障的预防控制提供了依据。

本发明实施例提出的风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法可以适用于我国区域电力系统和省级电力系统的运行方式计算中，能够帮助运行人员全面掌握大规模风电接入系统的安全稳定情况，有力保障大规模新能源集中接入电力系统背景下安全稳定运行，促进可再生能源持续、稳定、健康发展，有助于提高国家能源安全保障能力，具有显著的社会价值和经济价值。

图3为本发明实施例的一种风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断装置的功能框图。如图3所示，该装置包括：

输入单元310，用于输入电网数据和风电场无功特性参数；

修改单元320，用于修改风电场出口母线，加入一对平衡电容电抗；

计算单元330，用于对修改后的系统进行潮流计算；

低压脱网搜索单元340，用于对风聚集区内所有风电场执行一轮低压脱网搜索，获得发生低压脱网的第一风电场集合；

高压脱网搜索单元350，用于对风聚集区内所有风电场执行一轮高压脱网搜索，获得发生高压脱网的第二风电场集合；

脱网连锁故障判断单元360，用于根据所述第一风电场集合和所述第二风电场集合，判断出风电聚集区内风电场连锁脱网故障状况。

其中，上述电网数据包括：用于仿真计算的风电聚集区的网络数据和电气数据；所述风电场无功特性参数包括：风电场异步运行过程中无功输出最大值Q_i,i＝1,2,...,N以及故障发生后风电场异步运行的时间T_i,i＝1,2,...,N，N为风电聚集区内风电场数量。

较佳地，修改单元320，具体可用于在第个风电机组的出口母线上增加一对平衡电容电抗，阻抗大小相等、符号相反，大小为i＝1,2,...,N。

较佳地，低压脱网搜索单元340，具体可用于获取所有风电场的出口母线电压，若母线电压低于0.2p.u.则判定该风电场低压脱网并纳入第一风电场集合。其中阈值不以此为限，以上仅为举例说明。

较佳地，高压脱网搜索单元350，具体可用于获取所有风电场的出口母线电压，若母线电压高于1.1p.u.则判定该风电场高压脱网并纳入第二风电场集合。其中阈值不以此为限，以上仅为举例说明。

具体地，脱网连锁故障判断单元360，具体可用于若所述第一风电场集合和所述第二风电场集合均为空集，则判定没有出现风电聚集区内风电场连锁脱网故障；若所述第一风电场集合或者所述第二风电场集合为非空集，则判定出现所述第一风电场集合中的风电场低压脱网和所述第二风电场集合中的风电场高压脱网的连锁故障。

本发明装置实施例的工作过程可参阅前述的方法实施例，故在此不赘述。

本发明实施例的风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断装置属于电力系统自动化分析技术领域，其特点是利用一对平衡电容电抗模拟故障发生后风电场异步运行的无功特性以及故障切除后的系统无功特性，仿真分析得到结果。本发明实施例的装置易于实现、计算量小，可应用于我国区域电力系统和省级电力系统的运行方式计算中，能够帮助运行人员全面掌握大规模风电接入系统的安全稳定情况，有力保障大规模新能源集中接入电力系统背景下安全稳定运行，促进可再生能源持续、稳定、健康发展，有助于提高国家能源安全保障能力，具有显著的社会价值和经济价值。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

输入电网数据和风电场无功特性参数；

修改风电场出口母线，加入一对与该风电场相匹配的平衡电容电抗；

对修改后的系统进行潮流计算；

对风电聚集区内所有风电场执行一轮低压脱网搜索，获得发生低压脱网的第一风电场集合，对于进入第一风电场集合中的风电场，设置切除电容的扰动，模拟风电场异步运行中吸收无功的过程，之后切除该风电场；

对风电聚集区内所有风电场执行一轮高压脱网搜索，切除风电场出口母线上的电抗，模拟系统无功过剩过程，获取所有风电场出口母线电压，获得发生高压脱网的第二风电场集合；

根据第一风电场集合和第二风电场集合，判断出风电聚集区内风电场连锁脱网故障状况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电网数据包括：用于仿真计算的风电聚集区的网络数据和电气数据；所述风电场无功特性参数包括：风电场i内风电机组异步运行过程中无功输出最大值Q_i,i＝1,2,...,N，以及故障后风电场异步运行的时间T_i,i＝1,2,...,N，N为风电聚集区内风电场数量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述修改风电场出口母线，加入一对平衡电容电抗，包括：

在第i个风电场的出口母线上增加一对平衡电容电抗，阻抗大小相等、符号相反，大小为

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对风电聚集区内所有风电场执行一轮低压脱网搜索，获得发生低压脱网的第一风电场集合，包括：

获取所有风电场的出口母线电压，若母线电压低于0.2p.u.则判定该风电场低压脱网并纳入第一风电场集合。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对风电聚集区内所有风电场执行一轮高压脱网搜索，获得发生高压脱网的第二风电场集合，包括：

获取所有风电场的出口母线电压，若母线电压高于1.1p.u.则判定该风电场高压脱网并纳入第二风电场集合；

所述根据所述第一风电场集合和所述第二风电场集合，判断出风电聚集区内风电场连锁脱网故障状况，包括：

若所述第一风电场集合和所述第二风电场集合均为空集，则判定没有出现风电聚集区内风电场连锁脱网故障；

若所述第一风电场集合或者所述第二风电场集合为非空集，则判定出现所述第一风电场集合中的风电场低压脱网和所述第二风电场集合中的风电场高压脱网的连锁故障。

6.一种风电聚集区内风电场连锁脱网故障判断装置，其特征在于，所述装置包括：

输入单元，用于输入电网数据和风电场无功特性参数；

修改单元，用于修改风电场出口母线，加入一对与该风电场相匹配的平衡电容电抗；

计算单元，用于对修改后的系统进行潮流计算；

低压脱网搜索单元，用于对风电聚集区内所有风电场执行一轮低压脱网搜索，获得发生低压脱网的第一风电场集合，对于进入第一风电场集合中的风电场，设置切除电容的扰动，模拟风电场异步运行中吸收无功的过程，之后切除该风电场；

高压脱网搜索单元，用于对风电聚集区内所有风电场执行一轮高压脱网搜索，切除风电场出口母线上的电抗，模拟系统无功过剩过程，获取所有风电场出口母线电压，获得发生高压脱网的第二风电场集合；

脱网连锁故障判断单元，用于根据第一风电场集合和第二风电场集合，判断出风电聚集区内风电场连锁脱网故障状况。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电网数据包括：用于仿真计算的风电聚集区的网络数据和电气数据；所述风电场无功特性参数包括：风电场i内风电机组异步运行过程中无功输出最大值Q_i,i＝1,2,...,N，以及故障后风电场异步运行的时间T_i,i＝1,2,...,N，N为风电聚集区内风电场数量。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述修改单元，具体用于在第i个风电场的出口母线上增加一对平衡电容电抗，阻抗大小相等、符号相反，大小为

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述低压脱网搜索单元，具体用于获取所有风电聚集区中风电场出口母线电压，若母线电压低于0.2p.u.则判定该风电场低压脱网并纳入第一风电机场集合。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述高压脱网搜索单元，具体用于获取所有风电聚集区中风电场出口母线电压，若母线电压高于1.1p.u.则判定该风电场高压脱网并纳入第二风电场集合；

所述脱网连锁故障判断单元，具体用于若所述第一风电场集合和所述第二风电场集合均为空集，则判定没有出现风电聚集区内风电场连锁脱网故障；若所述第一风电场集合或者所述第二风电场集合为非空集，则判定出现所述第一风电场集合中的风电场低压脱网和所述第二风电场集合中的风电场高压脱网的连锁故障。