CN105939021A - 一种计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法，属于电力系统自动化技术领域。本发明按照各参与频率控制的可控风电场的低电压穿越能力情况进行优先级排序，事先给定系统允许的最大过切量，优先将不具备低穿或部分具备低穿的机组作为控制对象，并计算剩余风电场主动脱网量，当剩余风电场主动脱网量大于最大过切量时，在应控量中扣除剩余机组主动脱网量中超出最大过切量的部分。本发明解决了含风电系统频率控制策略难以制定的问题，降低了频率紧急控制中过控和欠控的风险，提升了含风电系统的频率紧急控制水平。

Description

一种计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，具体地说本发明涉及一种计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法。

背景技术

大规模风电并网运行后，由于风电机组出力特性、运行特性与常规电源不同，导致系统稳定特性发生变化，控制策略难以制定，紧急控制中欠控或过控导致电网崩溃的风险增大，传统电网紧急控制技术难以适用。

为提高风电并网运行特性，GBT_19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》中对风电场并网需具备低电压穿越能力做了明确规定。但受风机厂商、低电压穿越检测资质等多个因素影响，实际电网中仍然存在低电压穿越能力不具备情况。风电机组不具备低电压穿越功能时，由于变速风电机组的变频器对电网故障过于敏感，电网轻微故障会引起机组瞬时脱网切除。

文献《多源并存外送系统高频问题分析及控制策略》(宋晓芳、常康、周玲等，《华东电力》,2013，41(13):2002-2007)针对多源并存外送系统孤网运行后存在的高频问题，指出若风机频率保护定值整定不当，大量风机同时退出运行导致的有功损失可能大于系统有功功率过剩量，引起低频问题。与风机高频保护对频率特性影响类似，如果部分风电场风机不具备低电压穿越能力，故障后稳控切机量与风机主动脱网量累加，会导致系统功率不平衡，引起低频问题，诱发连锁故障。

发明内容

本发明目的是：为了解决上述问题，提供一种计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法。该方法将按照风电场低电压穿越能力作为频率紧急控制对象优先指标，解决了含风电系统频率控制策略难以制定的问题，降低了频率紧急控制中过控和欠控的风险，提升了含风电系统的频率紧急控制水平。

具体地说，本发明是采用以下技术方案实现的，包括以下步骤：

1)按照所有风机具备低电压穿越能力进行电网预想故障集下安全稳定分析，确定需要进行频率控制的局部电网；

2)求取所研究局部电网不同有功外送水平下的预估控制量；

3)计算所研究局部电网的最大预估控制量和最大允许过切量；

4)对可控风电场进行优先级排序；

5)按照故障前运行方式，计算频率实时控制量，确定控制对象，完成频率控制。

上述技术方案的进一步特征在于，步骤1)中根据所研究电网的电源开机方式、负荷水平和对外联络线中断后频率响应情况，选择需要进行频率控制的局部电网。

上述技术方案的进一步特征在于，步骤2)的具体步骤包括：

2-1)在工程允许条件下按照常规电源出力、风电出力和负荷变化范围确定所研究局部电网有功外送水平的变化区间(P_min,P_max)；

2-2)将所研究局部电网有功外送水平的变化区间分为M档，每档步长为P_t，如下式所示：

M＝[(P_max-P_min)/P_t]+1

2-3)对应不同外送功率水平档位m，按照风电出力最大且小负荷的运行方式计算预估控制量P_c,m，使得系统频率恢复到正常水平，其中m＝1,2,...,M。

上述技术方案的进一步特征在于，步骤3)的具体步骤包括：

3-1)在步骤2)计算得到的不同有功外送水平下的预估控制量中，搜索最大预估控制量P_cmax，如下式所示：

P_cmax＝max(P_c,m)

3-2)在最大预估控制量对应方式下，采用摄动法增加控制量直到系统处于频率安全标准下限，此时增加的控制量为最大过切量P_c,ext。

上述技术方案的进一步特征在于，步骤4)具体为：

设可控风电场共N个，第i个可控风电场故障前出力为P_i，根据优先级的类别分别对可控风电场进行排序：

(1)优先级I：不具备低电压穿越能力的风场，对于此类可控风电场，按照故障前出力从大到小排序，排序后风电场出力记为P_i,I，i＝1,2,...,N_I；

(2)优先级II：部分具备低电压穿越能力的风场，按照可能脱网功率P_i,lose从大到小排序，排序后风电场出力记为P_i,II，i＝N_I+1,N_I+2,...,N_II：

P_i,lose＝P_i,II×λ_i

上述式中，λ_i为第i个可控风电场中不具备低电压穿越能力的风机比例；

(3)优先级III：具备低电压穿越能力的风场，按照事故前出力从大到小排序，排序后风电场出力记为P_i,III，i＝N_II+1,N_II+2,...,N。

上述技术方案的进一步特征在于，步骤5)的具体步骤包括：

5-1)按照故障前运行方式，确定外送功率水平的档位及其对应的预估控制量P_c,m；

5-2)按照风电场低电压穿越能力，修正预估控制量，得到频率实时控制量，基于最小过控原则按照优先级I、II、III排序筛选满足控制要求的可控风电场使得其中N_s为按照优先级I、II、III排序筛选出的满足控制要求的可控风电场个数：

若N_s＜N_I且剩余风机主动脱网量大于最大过切量时，频率实时控制量P′_c,m为预估控量中扣除剩余机组主动脱网量中超出最大过切量的部分，如下式所示：

$P_{c,m}^{\′}=P_{c,m}-(\underset{i=N_S+1}{\overset{N_I}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,I}+\underset{i=N_I+1}{\overset{N_{\mathrm{II}}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,\mathrm{lose}}-P_{c,\mathrm{ext}})$

若N_s＜N_I且剩余风机主动脱网量小于或等于最大过切量时，修正后频率实时控制量P′_c,m为预估控制量P_c,m；

若N_I≤N_s＜N_II且剩余风机主动脱网量大于最大过切量时，频率实时控制量P'_e,m为预估控量中扣除剩余机组主动脱网量中超出最大过切量的部分，如下式所示：

$P_{c,m}^{\′}=P_{c,m}-(\underset{i=N_I+1}{\overset{N_{\mathrm{II}}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,\mathrm{lose}}-P_{c,\mathrm{ext}})$

若N_I≤N_s＜N_II且剩余风机主动脱网量小于或等于最大过切量时，修正后频率实时控制量P′_c,m为预估控制量P_c,m；

若N_s≥N_II，修正后频率实时控制量P′_c,m为预估控制量P_c,m。

5-3)根据修正后频率实时控制量的大小，按照可控风电场优先级顺序，基于最小过控原则，确定频率控制对象，完成频率控制。

本发明的有益效果如下：本发明按照各参与频率控制的可控风电场的低电压穿越能力情况进行频率控制量的动态修正，避免了剩余风电场主动脱网引起新安全稳定问题，解决了含风电系统频率控制策略难以制定的问题，降低了频率紧急控制中过控和欠控的风险。本发明将风电场低电压穿越能力比例为稳控策略定值，避免了稳控系统的频繁改造，满足工程实用性。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

本发明的一个实施例，其步骤如图1所示：

步骤1：按照所有风机具备低电压穿越能力进行电网预想故障集下安全稳定分析，确定需要进行频率控制的局部电网。即根据所研究电网的电源开机方式、负荷水平和对外联络线中断后频率响应情况，选择需要进行频率控制的局部电网。

步骤2：求取所研究局部电网不同有功外送水平下的预估控制量，具体步骤包括：

2-1)在工程允许条件下按照常规电源出力、风电出力和负荷变化范围确定所研究局部电网有功外送水平的变化区间(P_min,P_max)；

2-2)将所研究局部电网有功外送水平的变化区间分为M档，每档步长为P_t，如下式所示：

M＝[(P_max-P_min)/P_t]+1

2-3)对应不同外送功率水平档位m，按照风电出力最大且小负荷的运行方式计算预估控制量P_c,m，使得系统频率恢复到正常水平，其中m＝1,2,...,M。

步骤3：计算所研究局部电网的最大预估控制量和最大允许过切量，具体步骤包括：

3-1)在步骤2)计算得到的不同有功外送水平下的预估控制量中，搜索最大预估控制量P_cmax，如下式所示：

P_cmax＝max(P_c,m)

3-2)在最大预估控制量对应方式下，采用摄动法增加控制量直到系统处于频率安全标准下限，此时增加的控制量为最大过切量P_c,ext。

4)对可控风电场进行优先级排序，设可控风电场共N个，第i个可控风电场故障前出力为P_i，根据优先级的类别分别对可控风电场进行排序：

(1)优先级I：不具备低电压穿越能力的风场，对于此类可控风电场，按照故障前出力从大到小排序，排序后风电场出力记为P_i,I，i＝1,2,...,N_I；

(2)优先级II：部分具备低电压穿越能力的风场，按照可能脱网功率P_i,lose从大到小排序，排序后风电场出力记为P_i,II，i＝N_I+1,N_I+2,...,N_II：

P_i,lose＝P_i,II×λ_i

上述式中，λ_i为第i个可控风电场中不具备低电压穿越能力的风机比例；

(3)优先级III：具备低电压穿越能力的风场，按照事故前出力从大到小排序，排序后风电场出力记为P_i,III，i＝N_II+1,N_II+2,...,N。

步骤5：按照故障前运行方式，计算频率实时控制量，确定控制对象，完成频率控制，具体步骤包括：

5-1)按照故障前运行方式，确定外送功率水平的档位及其对应的预估控制量P_c,m；

5-2)按照风电场低电压穿越能力，修正预估控制量，得到频率实时控制量，基于最小过控原则按照优先级I、II、III排序筛选满足控制要求的可控风电场使得其中N_s为按照优先级I、II、III排序筛选出的满足控制要求的可控风电场个数：

若N_s＜N_I且剩余风机主动脱网量大于最大过切量时，频率实时控制量P′_c,m为预估控量中扣除剩余机组主动脱网量中超出最大过切量的部分，如下式所示：

$P_{c,m}^{\′}=P_{c,m}-(\underset{i=N_S+1}{\overset{N_I}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,I}+\underset{i=N_I+1}{\overset{N_{\mathrm{II}}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,\mathrm{lose}}-P_{c,\mathrm{ext}})$

若N_s＜N_I且剩余风机主动脱网量小于或等于最大过切量时，修正后频率实时控制量P′_c,m为预估控制量P_c,m；

若N_I≤N_s＜N_II且剩余风机主动脱网量大于最大过切量时，频率实时控制量P'_e,m为预估控量中扣除剩余机组主动脱网量中超出最大过切量的部分，如下式所示：

$P_{c,m}^{\′}=P_{c,m}-(\underset{i=N_I+1}{\overset{N_{\mathrm{II}}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,\mathrm{lose}}-P_{c,\mathrm{ext}})$

若N_I≤N_s＜N_II且剩余风机主动脱网量小于或等于最大过切量时，修正后频率实时控制量P′_c,m为预估控制量P_c,m；

若N_s≥N_II，修正后频率实时控制量P′_c,m为预估控制量P_c,m。

5-3)根据修正后频率实时控制量的大小，按照可控风电场优先级顺序，基于最小过控原则，确定频率控制对象，完成频率控制。

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 (6)

1.一种计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照所有风机具备低电压穿越能力进行电网预想故障集下安全稳定分析，确定需要进行频率控制的局部电网；

2)求取所研究局部电网不同有功外送水平下的预估控制量；

3)计算所研究局部电网的最大预估控制量和最大允许过切量；

4)对可控风电场进行优先级排序；

5)按照故障前运行方式，计算频率实时控制量，确定控制对象，完成频率控制。

2.根据权利要求1所述的计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法，其特征在于，步骤1)中根据所研究电网的电源开机方式、负荷水平和对外联络线中断后频率响应情况，选择需要进行频率控制的局部电网。

3.根据权利要求2所述的计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法，其特征在于，步骤2)的具体步骤包括：

2-1)在工程允许条件下按照常规电源出力、风电出力和负荷变化范围确定所研究局部电网有功外送水平的变化区间(P_min,P_max)；

2-2)将所研究局部电网有功外送水平的变化区间分为M档，每档步长为P_t，如下式所示：

M＝[(P_max-P_min)/P_t]+1

2-3)对应不同外送功率水平档位m，按照风电出力最大且小负荷的运行方式计算预估控制量P_c,m，使得系统频率恢复到正常水平，其中m＝1,2,...,M。

4.根据权利要求3所述的计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法，其特征在于，步骤3)的具体步骤包括：

3-1)在步骤2)计算得到的不同有功外送水平下的预估控制量中，搜索最大预估控制量P_cmax，如下式所示：

P_cmax＝max(P_c,m)

3-2)在最大预估控制量对应方式下，采用摄动法增加控制量直到系统处于频率安全标准下限，此时增加的控制量为最大过切量P_c,ext。

5.根据权利要求4所述的计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法，其特征在于，步骤4)具体为：

设可控风电场共N个，第i个可控风电场故障前出力为P_i，根据优先级的类别分别对可控风电场进行排序：

(1)优先级I：不具备低电压穿越能力的风场，对于此类可控风电场，按照故障前出力从大到小排序，排序后风电场出力记为P_i,I，i＝1,2,...,N_I；

(2)优先级II：部分具备低电压穿越能力的风场，按照可能脱网功率P_i,lose从大到小排序，排序后风电场出力记为P_i,II，i＝N_I+1,N_I+2,...,N_II：

P_i,lose＝P_i,II×λ_i

上述式中，λ_i为第i个可控风电场中不具备低电压穿越能力的风机比例；

(3)优先级III：具备低电压穿越能力的风场，按照事故前出力从大到小排序，排序后风电场出力记为P_i,III，i＝N_II+1,N_II+2,...,N。

6.根据权利要求5所述的计及风机低电压穿越能力的电网频率控制方法，其特征在于，步骤5)的具体步骤包括：

5-1)按照故障前运行方式，确定外送功率水平的档位及其对应的预估控制量P_c,m；

5-2)按照风电场低电压穿越能力，修正预估控制量，得到频率实时控制量，基于最小过控原则按照优先级I、II、III排序筛选满足控制要求的可控风电场使得其中N_s为按照优先级I、II、III排序筛选出的满足控制要求的可控风电场个数：

若N_s＜N_I且剩余风机主动脱网量大于最大过切量时，频率实时控制量P′_c,m为预估控量中扣除剩余机组主动脱网量中超出最大过切量的部分，如下式所示：

$P_{c,m}^{\′}=P_{c,m}-(\underset{i=N_S+1}{\overset{N_I}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,I}+\underset{i=N_I+1}{\overset{N_{II}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,lose}-P_{c,ext})$

若N_s＜N_I且剩余风机主动脱网量小于或等于最大过切量时，修正后频率实时控制量P′_c,m为预估控制量P_c,m；

若N_I≤N_s＜N_II且剩余风机主动脱网量大于最大过切量时，频率实时控制量P′_c，m为预估控量中扣除剩余机组主动脱网量中超出最大过切量的部分，如下式所示：

$P_{c,m}^{\′}=P_{c,m}-(\underset{i=N_I+1}{\overset{N_{II}}{\mathrm{\Σ}}}{P}_{i,lose}-P_{c,ext})$

若N_I≤N_s＜N_II且剩余风机主动脱网量小于或等于最大过切量时，修正后频率实时控制量P′_c,m为预估控制量P_c,m；

若N_s≥N_II，修正后频率实时控制量P′_c,m为预估控制量P_c,m。

5-3)根据修正后频率实时控制量的大小，按照可控风电场优先级顺序，基于最小过控原则，确定频率控制对象，完成频率控制。