CN106159945A - 一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法，首先提出脱网路径的概念来描述风机脱网的过程，并建立了一个多场景的路径搜索模式和风险评估体系，风电场脱网路径搜索系统始于电力系统和场景参数的实时数据的输入，通过PSASP仿真软件对各个场景下的风电场进行潮流计算和暂态稳定计算，在每个场景下的脱网路径将会被搜索并存储，并可以通过跳闸断电失效严重性指标和暂态稳定性指标，来评估系统的稳定性。本发明一种避免集群风电场连锁脱网的分层分级控制方法，将电网故障连锁情况应用于风电场，引出风电场脱网路径的概念。通过PSASP仿真平台对脱网路径的搜寻便捷，迅速。

Description

一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法

技术领域

本发明一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法，涉及风电场连锁脱网故障研究领域。

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。

目前，国内外关于风电场连锁脱网故障的研究，绝大多数所考虑的风电场连锁故障的发展模式为：“初始故障后，风电场因大负荷转移而造成了继电保护相继动作跳开电网元件”这种模式，但由于风电场的连锁故障形式多样，故障参数各异，故障深度不定，且搜索连锁故障需要模拟保护动作性能和安全自动装置的控制措施及随机因素，因此连锁故障模式的搜索和分析十分困难。现在国内外风电场严重跳闸间断故障频繁发生，研究人员将这些原因归结为新能源单元的低电压穿越能力，通过建立详细的模型来反应无功补偿器的动态调节能力，并模拟了故障的发展过程。同时，为避免脱网情况的发生，一些研究通过优化模型单元，比如补偿的延时控制，低电压穿越的改善等等，这些需要在结构上进行改变，花费较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法，首先提出脱网路径的概念来描述风机脱网的过程，并建立路径搜索模式和风险评估体系来搜索整个风电场脱网路径，本发明主要基于PSASP仿真软件，对不同场景下各个风电场的连锁故障进行全面仿真。更改初始约束条件，如故障类型、故障点位置、新能源场站出力、无功补偿投入容量等，经过并行计算找出脱网路径并存储。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法，首先提出脱网路径的概念来描述风机脱网的过程，并建立了一个多场景的路径搜索模式和风险评估体系，风电场脱网路径搜索系统始于电力系统和场景参数的实时数据的输入，通过PSASP仿真软件对各个场景下的风电场进行潮流计算和暂态稳定计算，在每个场景下的脱网路径将会被搜索并存储，并可以通过跳闸断电失效严重性指标和暂态稳定性指标，来评估系统的稳定性。

一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法，包括以下步骤：

步骤1，脱网路径的定义：

新能源场站连锁脱网事故的演化过程可用由脱网节点和有向连边组成的路径链来表现，其模型可表述为：对于大规模新能源集中接入地区，若某处新能源场站受扰动后首先脱网，则以此场站为起点，记录受相互影响发生连锁脱网事故的所有邻近新能源场站并分别标记脱网时间轴，最后按照时序排列所有脱网场站形成连锁反应链；脱网节点指一个特定的跳闸断开事件，路径链指由于一个新能源场站发生故障导致临近节点被去除，形成一个链接来连接这两个事件，它是指向路径传播失败方向并由两个时间顺序来确定相邻的事件。

步骤2，脱网路径的搜索方法：

风电场连锁脱网路径搜索方法基于PSASP仿真平台，依照以下步骤进行：

(1)、电力系统和场景参数的实时数据的输入：

在大规模风电场集中接入系统后的连锁故障中，初始约束条件的不同，往往得到的结果也不同。按照不同约束组合对初始数据进行修改与调整，在每次做仿真前对数据进行仔细检查，防止遗漏。

(2)、潮流计算：

建立潮流作业，设置好相应参数，进行潮流计算，确保全网潮流收敛。

(3)、暂态稳定计算：

建立对应的暂态稳定作业，对于场群中选定的故障处地点，设置计算信息、相应的故障点、故障类型、故障时间、切机条件以及输出选择等。

(4)、分析和评估：

通过输出的状态参数，包含电压，频率，功角的值以及功率P损失的大小，来对系统稳定性进行判断，并将所有脱网路径存储起来进行风险评估。

(5)、结果输出：

确认所有场景都已模拟完成，否则重复以上步骤，分析不同场景下的风电场站的脱网情况，找出脱网路径，输出结果。

本发明一种避免集群风电场连锁脱网的分层分级控制方法，优点在于：

1、将电网故障连锁情况应用于风电场，引出风电场脱网路径的概念。

2、将多场景模式应用于大规模风机脱网情况中。

3、通过PSASP仿真平台对脱网路径的搜寻便捷，迅速。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的脱网路径链结构图。

图2为本发明的脱网路径搜索和风险评估体系流程图。

图3为本发明的实施例中故障后贺兰山片区风电场出口母线电压变化图。

具体实施方式

基于大规模新能源电压感应级连锁故障机理，本发明一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法，首先提出脱网路径的概念来描述风机脱网的过程，并建立了一个多场景的路径搜索模式和风险评估体系。风电场脱网路径搜索系统始于电力系统和场景参数的实时数据的输入。通过PSASP仿真软件对各个场景下的风电场进行潮流计算和暂态稳定计算，在每个场景下的脱网路径将会被搜索并存储。并可以通过跳闸断电失效严重性指标和暂态稳定性指标来评估系统的稳定性。

一、脱网路径的定义：

新能源场站连锁脱网事故的演化过程可用由脱网节点和有向连边组成的路径链来表现，其模型可表述为：对于大规模新能源集中接入地区，若某处新能源场站受扰动后首先脱网，则以此场站为起点，记录受相互影响发生连锁脱网事故的所有邻近新能源场站并分别标记脱网时间轴，最后按照时序排列所有脱网场站形成连锁反应链。脱网节点指一个特定的跳闸断开事件，路径链指由于一个新能源场站发生故障导致临近节点被去除，形成一个链接来连接这两个事件，它是指向路径传播失败方向并由两个时间顺序来确定相邻的事件。

1)、脱网节点：

跳闸断开路径的节点被定义为一个特定的跳闸断开事件，其中包含了触发状态K和时间T，以及有功功率损耗P和系统的稳定性A。假定一个联级跳闸在T₁时刻新能源场站N₁发生了脱网事件S₁，其功率损耗为P₁，系统稳定性是A₁。然后脱网事件S₁在T₂时刻触发新能源场站的N₂发生脱网事件S₂，造成功率损失为P₂等等。通过分析这个S_N能够用如下式子表示：

S_N＝K_NS{T_N,P_N,A_N} (1)

式(1)中K_N和A_N的值都是1或0，前者是指跳闸断事件发生与否，后者是指系统稳定与否。

2)、路径链：

一旦一个新能源场站发生故障导致邻近节点被去除，形成了一个链接来连接这两个事件，它是指向路径传播失败方向并由两个时间顺序来确定相邻的事件。一个节点拥有的链越多，判断该事件导致的影响会更大。跳闸断路径的长度，功率损失，时间序列和系统状态分别用L_P,P_P,T_P,A_P表示，此路径的完成模型可以被描述为：

$\left\{\begin{array}{c}{L}_P=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{K}_i{S}_i\\ T_P=\{K_1{T}_1,K_2{T}_2...K_N{T}_N\}\\ P_P=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{K}_i{P}_i\\ A_p=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{K}_i{A}_i\end{array}\right.---\left(2\right)$

式(2)的L_P被定义为脱网跳闸的事件总数。如果每个事件都不发生(S_i＝0)，整个脱网路径不会形成。同时，对于系统的不稳定性条件是A_P≠0。

二、脱网路径的搜索方法：

本发明提供了一个基于PSASP平台的多场景脱网路径搜索方法和风险评估体系。跳闸断电失效的每个场景都普遍含有突发的低电压穿越能力，有功输出电平，无功补偿容量水平。在这个方法中，在实际操作过程中，可能造成风机脱网失效的情形还包括故障类型和故障点位置。脱网路径搜索系统始于电力系统和场景参数的实时数据的输入。

三、下面结合图形详细分析：

为了较为真实与全面的模拟出在不同约束下大规模风电场集中接入时可能引起的脱网事故，对仿真结果能起到有效对比，仿真过程中通过更改不同场景(故障类型、故障点位置、风电机组出力水平、无功补偿投入容量水平、风电机组实际具备低压穿越能力)下的约束条件来模拟多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法。对于每一个场景数都有不同的约束组合方案，如故障类型，可由三相永久性短路和单相永久性短路组成；无功补偿投入容量水平可由100％投入和50％投入两种情况组成，等等。

图1为脱网路径结构图。脱网路径链主要由脱网节点和有向连边所组成的一条完整路径链。1，2，3，4，5分别表示脱网节点，也表示跳闸断电事件，每一个脱网节点由触发状态K和时间T，以及有功功率损耗P和系统的稳定性A组成。可以通过式子S_N＝K_NS{T_N,P_N,A_N}来表示每个脱网事件数。本发明主要是通过引出脱网路径的概念，然后通过PSASP仿真软件对于不同场景下各个脱网路径进行搜寻存储。

进行暂态稳定计算，输出数据与表格进行分析，如图3所示。

由曲线图和数据可分析：宁贺风六110kv出口母线i侧交流线发生三相短路故障时，母线电压瞬时跌入到0.2p.u.以下，风电场从电网中脱离，此阶段其他新能源场站出口母线电压均有降低，其中，宁贺风四出口母线电压跌至0.4238p.u.，且宁贺四风电场中风机类型为鼠笼异步电机，不具备LVRT能力，故在故障过程中从系统切除，其他具备LVRT能力的新能源场站都能在低电压中很好的穿越。当故障结束后，由于各处新能源场站的无功补偿装置的时滞效应，造成一定量的无功过剩，各新能源场站出口母线电压都有上升，在一段时间后达到最大值，但均未达到相应高电压越限保护的触发条件，没有造成高电压脱网事故，故障结束后系统仍然稳定。故本次计算中存在一条低电压脱网路径：起始风电场为宁贺风六，影响脱网风电场为宁贺风四。

图2为脱网路径搜索和风险评估体系流程图。风电场连锁脱网路径搜索方法基于PSASP仿真平台，依照以下步骤进行：

(1)电力系统和场景参数的实时数据的输入：

在大规模风电机组集中接入系统后造成的连锁故障中，初始约束条件的不同，往往得到的结果也不同。例如，实际情况下风电场中风电机组很难达到每台都具备LVRT能力，若单纯只考虑一种情况，将不能准确的模拟出仿真结果。将可能影响到连锁脱网结果的各种因素总结如下表1.1所示：

表1.1影响到连锁脱网结果的各种因素

为了较为真实与全面的模拟出在不同约束条件搭配下宁夏新能源大规模集中接入时可能引起的连锁脱网事故，对仿真结果能起到有效对比，本次仿真中对于新能源场站20％、50％和100％出力这三种情况，所采用的约束条件搭配分别如下：

a.110kV三永+330kV单永三永+100％LVRT+100％无功投入；

b.110kV三永+330kV单永三永+50％LVRT+100％无功投入；

c.110kV三永+330kV单永三永+100％LVRT+50％无功投入；

d.110kV三永+330kV单永+0％LVRT+100％无功投入；

按照当前约束条件对初始数据进行修改与调整，在每次做仿真前都必须对数据进行仔细检查，尤其是各新能源场站无功补偿装置的配置情况，防止遗漏；

(2)潮流计算

建立潮流作业，设置好相应参数，进行潮流计算，确保全网潮流收敛。

(3)暂态稳定计算

建立对应的暂态稳定作业，对于场群中选定的故障处地点，设置计算信息、相应的故障点、故障类型、故障时间、切机条件以及输出选择等。

(4)分析和评估

通过输出的状态参数(包含电压，频率，功角的值以及功率P损失的大小)来对系统稳定性进行判断，并将所有脱网路径存储起来进行风险评估。

(5)结果输出

确认所有场景都已模拟完成，否则重复以上步骤，分析不同场景下的风电场站的脱网情况，找出脱网路径，输出结果。

通过PSASP仿真计算，得出部分仿真结果如下表所示：

Claims (2)

1.一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法，其特征在于：首先提出脱网路径的概念来描述风机脱网的过程，并建立了一个多场景的路径搜索模式和风险评估体系，风电场脱网路径搜索系统始于电力系统和场景参数的实时数据的输入，通过PSASP仿真软件对各个场景下的风电场进行潮流计算和暂态稳定计算，在每个场景下的脱网路径将会被搜索并存储，并可以通过跳闸断电失效严重性指标和暂态稳定性指标，来评估系统的稳定性。

2.根据权利要求1所述一种基于多场景模式下的风电连锁脱网路径链搜寻方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，脱网路径的定义：

新能源场站连锁脱网事故的演化过程可用由脱网节点和有向连边组成的路径链来表现，其模型可表述为：对于大规模新能源集中接入地区，若某处新能源场站受扰动后首先脱网，则以此场站为起点，记录受相互影响发生连锁脱网事故的所有邻近新能源场站并分别标记脱网时间轴，最后按照时序排列所有脱网场站形成连锁反应链；脱网节点指一个特定的跳闸断开事件，路径链指由于一个新能源场站发生故障导致临近节点被去除，形成一个链接来连接这两个事件，它是指向路径传播失败方向并由两个时间顺序来确定相邻的事件；

步骤2，脱网路径的搜索方法：

风电场连锁脱网路径搜索方法基于PSASP仿真平台，依照以下步骤进行：

(1)、电力系统和场景参数的实时数据的输入：

在大规模风电场集中接入系统后的连锁故障中，初始约束条件的不同，往往得到的结果也不同，按照不同约束组合对初始数据进行修改与调整，在每次做仿真前对数据进行仔细检查，防止遗漏；

(2)、潮流计算：

建立潮流作业，设置好相应参数，进行潮流计算，确保全网潮流收敛；

(3)、暂态稳定计算：

建立对应的暂态稳定作业，对于场群中选定的故障处地点，设置计算信息、相应的故障点、故障类型、故障时间、切机条件以及输出选择等；

(4)、分析和评估：

通过输出的状态参数，包含电压，频率，功角的值以及功率P损失的大小，来对系统稳定性进行判断，并将所有脱网路径存储起来进行风险评估；

(5)、结果输出：

确认所有场景都已模拟完成，否则重复以上步骤，分析不同场景下的风电场站的脱网情况，找出脱网路径，输出结果。