CN104578106B - 一种避免风电场脱网的无功控制域计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种避免风电场脱网的无功控制域计算方法，包括：步骤1：输入电网数据；步骤2：确定可能引起脱网的风电场；步骤3：确定故障风电场和无功控制对象风电场；步骤4：设置无功控制对象风电场并网点母线平衡电容电抗；步骤5：模拟脱网过程；步骤6：找到满足预设条件的平衡电容电抗阻抗值；步骤7：绘制距离‑控制无功极限曲线，划分无功控制域；步骤8：重复步骤3到步骤7，直到遍历所有风电场。该方法能够帮助运行人员在脱网事故发生前与发生时进行有效的风电场无功控制，全面掌握大规模风电接入系统的安全稳定情况，避免因风电场连锁脱网对电网造成的严重损失，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。

Description

一种避免风电场脱网的无功控制域计算方法
技术领域
本发明为利用两对平衡电容电抗来计算在一座风电场发生脱网故障后，距离其不同电气距离下的邻近风电场避免发生高压或低压脱网的无功控制域的方法。
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。
在风电连锁脱网事故过程中通常会经历两个阶段：低电压脱网阶段与高电压脱网阶段。在故障发生时刻，事故风电场中的双馈风机因电压跌落触发Crowbar动作，向系统吸收大量无功，造成邻近风电场并网点母线电压下降引起低压脱网；在故障切除后，由于脱网风电场中无功补偿装置的缓慢动作造成系统无功过剩，邻近风电场并网点母线电压升高越限导致高压脱网，所以，对风电连锁脱网事故中的无功流动进行准确地预测与控制是防止事故发生的有效方法。然而在现有的大电网仿真中，风电场数量多，数据大，很难做到对每座风电场制定相应的无功控制策略。
发明内容
本发明的目的在于提供计算避免发生高压或低压脱网的无功控制域的方法。
本发明提供一种避免风电场脱网的无功控制域计算方法，包括：
步骤1：输入电网数据；
步骤2：确定可能引起脱网的风电场；
步骤3：确定故障风电场和无功控制对象风电场；
步骤4：设置无功控制对象风电场并网点母线平衡电容电抗；
步骤5：模拟脱网过程；
步骤6：找到满足预设条件的平衡电容电抗阻抗值；
步骤7：绘制距离-控制无功极限曲线，划分无功控制域；
步骤8：重复步骤3到步骤7，直到遍历所有风电场。
上述方法的有益技术效果在于：
本发明的方法利用两对加在对象风电场并网点母线上的平衡电容电抗，模拟风电场在故障情况下的无功变化过程，得到不同电气距离下避免风电场脱网的无功控制域。该方法能够帮助运行人员在脱网事故发生前与发生时进行有效的风电场无功控制，全面掌握大规模风电接入系统的安全稳定情况，避免因风电场连锁脱网对电网造成的严重损失，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。
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是本发明实施例的一种避免风电场脱网的无功控制域计算方法的流程框图；
图2是本发明实施例的避免风电场脱网的无功控制域示意图。
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。
本发明提出了利用两对平衡电容电抗来计算在一座风电场发生脱网故障后，距离其不同电气距离下的邻近风电场避免发生高压或低压脱网的无功控制域的方法，利用计算出的控制域对脱网事故发生前与发生时进行有效的风电场无功控制。
本发明利用两对加在无功控制对象风电场并网点母线上的平衡电容电抗，分别模拟在不同电气距离下，故障风电场发生脱网时的低电压阶段内，无功控制对象风电场避免发生低压脱网所能供给的最大无功，以及在高电压阶段内，对象风电场避免发生高压脱网所能吸收的最大无功，并绘制出无功控制域。按照下面的步骤具体实施：
步骤1：输入电网数据；
具体地，本步骤输入用于仿真计算的风电场的网络数据和电气数据(如PSASP格式数据等)，数据中风电场数量为N，每座风电场都配置有无功补偿装置，且风场内双馈异步风机都具备Crowbar保护。
步骤2：确定可能引起脱网的风电场；
具体地，本步骤对N个风电场进行扫描：对其并网点出线进行三相短路故障仿真，0.1s后故障清除，若在故障期间该风电场并网点母线电压低于0.2p.u.，则确定其可能引起脱网。将这些可能引起脱网的风电场编号为1,...,M,M≤N。
步骤3：确定故障风电场i(i＝1,...,M)和无功控制对象风电场j(j＝1,...,Ki)。
无功控制对象风电场j是与故障风电场i在同一风电汇集区的风电场，设对于故障风电场i这样的风电场j数量为Ki。
步骤4：设置无功控制对象风电场并网点母线平衡电容电抗；
具体地，本步骤记录连接风电场i与j的交流线长度Lij。在风电场j并网点母线上增加两对平衡电容电抗A与B，每对电容电抗的阻抗大小相等、方向相反，设置电容电抗初始值的绝对值分别为XA0与XB0。电容A用于模拟在故障风电场i发生脱网的低电压阶段中，无功控制对象风电场j的无功变化过程，电容B用于模拟故障风电场i发生脱网的高电压阶段中，无功控制对象风电场j的无功变化过程。
步骤5：模拟脱网过程；
具体地，本步骤对修改后的风电场系统进行潮流计算。对故障风电场i并网点出线进行三相短路故障仿真，令其因故障后电压跌落脱网，0.1s后故障清除。低电压阶段：在故障风电场i Crowbar保护动作时设置切电容A的扰动，在Crowbar保护动作结束时设置切电容A电抗与切除风电场i的扰动；高电压阶段：在风电场i切除时设置切电容B电抗的扰动，在故障清除一段时间后设置切电容B的扰动。在完成一次暂态稳定计算后，记录无功控制对象风电场j并网点母线电压在低电压阶段的最小值Ujmin与高电压阶段的最大值Ujmax。
步骤6：找到满足预设条件的平衡电容电抗阻抗值；
具体地，在本步骤中，若Ujmin不等于0.2p.u.，且Ujmax不等于1.1p.u.，则需重新设置XA与XB的值，重复步骤4、5，直到找到合适的XA与XB为止。
步骤7：绘制风电场j相对于风电场i的距离-控制无功极限曲线，划分无功控制域；
具体地，按照一定的增量ΔLij改变Lij的值，重复步骤4、步骤5、步骤6，找出对应的XA与XB，并计算出对应的无功上限QA和无功下限QB，最后绘制出L-Q可行域图。图中两条上下界曲线所包围区域即为风电场i故障时风电场j避免脱网的无功控制域。
步骤8：重复步骤3到步骤7，直到遍历所有的i(i＝1,...,M)及其对应的j(j＝1,...,Ki)。
本发明为利用两对平衡电容电抗来计算在一座风电场发生脱网故障后，距离其不同电气距离下的邻近风电场避免发生高压或低压脱网的无功控制域的方法。该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控制中，为大规模风电集中接入系统的电压诱导型连锁故障防治提供一种新的思路。具体而言，有以下优点：
1)本发明能够直观地反映出不同电气距离下风电场为避免发生连锁脱网事故而对其无功控制的范围，增强了风电场无功控制的合理性与灵活性。
2)本发明的计算方法简明易懂，能够大大减少仿真计算量，提高仿真效率。
3)本发明可以作为风电连锁故障的紧急控制策略，对预防脱网事故发生具有一定意义。
本发明的避免风电场脱网的无功控制域计算方法是大规模风电接入系统的安全稳定控制策略中的一种新思路。该方法利用两对加在对象风电场并网点母线上的平衡电容电抗，分别模拟在不同电气距离下，故障风电场发生脱网时的低电压阶段内无功控制对象风电场避免发生低压脱网所能供给的最大无功，以及在高电压阶段内对象风电场避免发生高压脱网所能吸收的最大无功，并绘制出无功控制域。本发明方法易于实现、计算量小，具有很强的灵活性与实用性，能够帮助运行人员在脱网事故发生前与发生时进行有效的风电场无功控制，避免因风电场连锁脱网对电网造成的严重损失，为电力系统的安全稳定运行提供了有利参考，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。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。
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 (9)

1.一种避免风电场脱网的无功控制域计算方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：输入电网数据；
步骤2：确定可能引起脱网的风电场；
步骤3：确定故障风电场和无功控制对象风电场；
步骤4：设置无功控制对象风电场并网点母线平衡电容电抗；
步骤5：模拟脱网过程；
步骤6：找到满足预设条件的平衡电容电抗阻抗值；
步骤7：绘制距离-控制无功极限曲线，划分无功控制域；
步骤8：重复步骤3到步骤7，直到遍历所有风电场。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：输入用于仿真计算的风电场的网络数据和电气数据。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：
对N个风电场进行扫描；
对风电场并网点出线进行三相短路故障仿真，0.1s后故障清除，若在故障期间该风电场并网点母线电压低于0.2p.u.，则确定其可能引起脱网，将这些可能引起脱网的风电场编号为1,...,M,M≤N。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：
确定故障风电场i和无功控制对象风电场j；其中，i的取值范围是i＝1,...,M，j的取值范围是j＝1,...,Ki，无功控制对象风电场j是与故障风电场i在同一风电汇集区的风电场，设对于故障风电场i这样的无功控制对象风电场j的数量为Ki。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：
记录连接故障风电场i与无功控制对象风电场j的交流线长度Lij；
在无功控制对象风电场j并网点母线上增加两对平衡电容电抗A与B，每对电容电抗的阻抗大小相等、方向相反，设置电容电抗初始值的绝对值分别为XA0与XB0；
其中，电容A用于模拟在故障风电场i发生脱网的低电压阶段中，无功控制对象风电场j的无功变化过程，电容B用于模拟故障风电场i发生脱网的高电压阶段中，无功控制对象风电场j的无功变化过程。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤5包括：
对修改后的风电场系统进行潮流计算；
对故障风电场i并网点出线进行三相短路故障仿真，令其因故障后电压跌落脱网，0.1s后故障清除；
在低电压阶段，在故障风电场i Crowbar保护动作时设置切电容A的扰动，在Crowbar保护动作结束时设置切电容A电抗与切除故障风电场i的扰动；
在高电压阶段，在故障风电场i切除时设置切电容B电抗的扰动，在故障清除一段时间后设置切电容B的扰动；
在完成一次暂态稳定计算后，记录无功控制对象风电场j并网点母线电压在低电压阶段的最小值Ujmin与高电压阶段的最大值Ujmax。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤6包括：
若Ujmin不等于0.2p.u.，且Ujmax不等于1.1p.u.，则需重新设置XA与XB的值，重复步骤4、步骤5，直到找到合适的XA与XB为止，其中XA与XB为平衡电容电抗A与B的值。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤7包括：
按照一定的增量ΔLij改变Lij的值，重复步骤4、步骤5、步骤6，找出对应的XA与XB，并计算出对应的无功上限QA和无功下限QB，最后绘制出L-Q可行域图，图中两条上下界曲线所包围区域为风电场i故障时风电场j避免脱网的无功控制域，其中XA与XB为平衡电容电抗A与B的值。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤8包括：
重复步骤3到步骤7，直到遍历所有的故障风电场i及其对应的无功控制对象风电场j。
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