CN108493995A - 计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统及方法，属于电力系统及其自动化技术领域。随着大功率特高压直流和清洁能源机组的迅速发展，直流受端电网常规机组不断被替代，受端电网防御大功率特高压直流闭锁故障引发低频问题的能力降低。本发明以直流闭锁信号作为紧急控制启动条件，以直流闭锁后有功功率损失量和系统跌落频率响应作为判据，根据故障后风电机组运行状态，利用受端电网风电机组进行紧急功率支援，降低受端电网发生低频问题的风险，有效防御大功率直流闭锁后导致的大面积限电问题。

Description

计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统及方法

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说，本发明涉及一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统及方法。

背景技术

由于我国负荷中心与能源分布呈现严重的不均衡现象，特高压直流的快速发展，有效缓解上述矛盾，为实现我国资源的大范围优化配置发挥了重要作用。随着大规模新能源并网发电，渗透率逐渐升高，新能源发电势必也要取代部分常规能源发电机组，这将进一步恶化电网动态频率调节特性，降低了电网防御大功率直流闭锁后引发低频连锁反应的能力。

目前我国普遍使用的双馈变速风机和直驱永磁风机由于控制系统使机组转速与电网频率完全解耦，在电网频率发生改变时不能像传统机组一样对电网提供频率支撑，无法参与电网一次调频。随着风力发电控制技术的提高，风机可以通过一些附加频率控制实现不同程度的有功频率响应，随着负荷中心新能源装机容量的不断增加，若发挥风电机组的调频能力，可有效缓解特高压直流受端大功率直流闭锁后引发的低频问题。

目前，风电并网控制技术方面的研究，大多集中在预防控制及无功电压协调控制层面，风机参与大功率直流闭锁后引发受端电网低频的紧急控制研究还缺乏，传统上一方面还是依靠电网常规机组一次调频或直流运行功率进行预控，另一方面就是依靠电网的二、三道防线进行切负荷等控制措施，代价较大。随着直流受端电网风电机组装机容量不断增加，计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统及方法，将有效预防直流闭锁后受端电网限电的问题。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明目的是：为了解决风电高占比和多馈入特高压直流受端电网，大功率直流闭锁后引发低频连锁反应的问题，提出一种计及风机调频应对大功率直流闭锁后受端电网低频的紧急控制方法。

为实现上述目的，本发明技术方案如下。

一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统，包括紧急控制主站、直流闭锁信息子站、风电场汇集子站以及风电场执行站；

紧急控制主站用于接收直流闭锁信息子站发送的直流闭锁信息，实时获取各风电场汇集子站上送的可参与的紧急支援功率ΔP_i-可调量，根据控制策略表向对应的风电场汇集子站下达实际紧急支援功率ΔP_i；

直流闭锁信息子站用于接收直流控制保护系统发出的直流闭锁信息，并将直流闭锁信息发送给紧急控制主站；

风电场汇集子站用于接受风电场执行站发出的风电场内风机投运及停运信息、风电场当前运行功率以及风电场可参与的调频功率ΔP_ij-可调量，并将风电场汇集站可参与的调频功率ΔP_i-可调量信息上送给紧急控制主站，接受紧急控制主站下发的实际紧急支援功率ΔP_i，并将信息下达给风电场执行站；i表示风电场汇集站的序号。

风电场执行站用于获取风电场内风机投运及停运信息、风电场当前运行功率以及风电场可参与的调频功率ΔP_ij-可调量，并将信息上送给风电场汇集子站，接收风电场汇集子站下发各风电场实际紧急支援功率ΔP_ij指令，并向风电场控制系统下达紧急动作指令。

一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制方法，包括以下步骤：

1)通过安装在风电场的测控装置，检测风电场内当前运行控制信息，获取检测信息，并将检测信息实时上送至风电场执行站，由风电场执行站上送至对应的风电场汇集子站，每个风电场汇集子站再把相关信息发送至紧急控制主站；

2)利用电网控制系统中的子站作为直流闭锁信息子站，接收直流控制保护系统发出的直流闭锁信息，当直流发生闭锁时，由直流闭锁信息子站将直流闭锁信息发送到电网控制系统的紧急控制主站；

3)紧急控制主站接收直流闭锁信息后，获取发生闭锁的直流损失功率P_缺额和电网当前运行信息；

4)紧急控制主站根据直流损失功率P_缺额和电网当前运行信息，从紧急控制主站控制策略表匹配紧急控制措施，发送给风电场汇集子站；

5)风电场汇集子站接收到紧急控制主站下达的紧急控制措施指令后(步骤4)中的紧急控制主站下达给风电场汇集子站的紧急控制措施指令)，风电场汇集子站从风电场汇集子控制策略表匹配合适的紧急控制措施，发送给风电场执行站；

6)风电场执行站向对应的风电场控制系统下达动作指令(风电场控制系统开始动作，增加风电场的有功出力，参与系统调频)，当电网频率f高于设定门槛值f_set时，完成风机调频紧急控制。

步骤1)中风电场测控装置检测信息，包括风电场内风机的投运及停运信息、风电场当前运行功率和风电场可参与的调频功率ΔP_ij-可调量，其中：i＝1,2,…表示第i个风电场汇集站，j＝1,2,…表示第i个风电场汇集站下第j个风电场，检测信息实时送至风电场执行站，再由风电场执行站上送至对应风电场汇集子站。

步骤1)中风电场汇集子站上送紧急控制主站的相关信息，包括每个风电场汇集子站可参与的调频功率ΔP_i-可调量，其中：i＝1,2,…表示第i个风电场汇集站。

步骤3)中电网当前运行信息，包括重要节点(重要节点为全网安装频率检测装置的节点)的频率信息。

步骤4)中紧急控制主站控制策略表根据离线时域仿真计算或在线时域仿真计算获取确定；具体包括以下步骤：

4-1)风机紧急功率支援的启动目标值：通过离线分析计算，计及低频安全稳定极限f_{低频_jx}和系统自身频率调控能力的电网可承受的功率缺额为P_承受，若电网频率f≤f_set且P_缺额≥P_承受，启动风机紧急功率支援控制模式，若不启动则结束，其中：f_set为紧急功率支援电网频率启动门槛值(f_set＞f_{低频_jx})，紧急功率支援控制目标值P_支援的计算为：

P_支援＝P_缺额-P_承受 (1)

4-2)风电场汇集站紧急功率支援的分配值：通过每个风电场汇集子站实时上传的可参与的调频功率ΔP_i-可调量，算出每个风电场汇集子站支撑占比λ_i，基于该占比计算每个风电场汇集子站实际支撑功率ΔP_i，其中：

ΔP_i＝λ_iP_支撑 (3)；

其中，n为风电场汇集站个数。

步骤5)中风电场汇集子控制策略表，包括风电场汇集子站下达给该风电场汇集站下每个风电场实际紧急支撑功率ΔP_ij，计算如下：

ΔP_ij＝λ_jΔP_i (5)；

n为风电场汇集站个数。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的有益效果如下：本申请技术方案通过直流闭锁信息子站检测直流闭锁信号，并将告警信息发送给紧急控制主站，紧急控制主站从控制策略表匹配合适的紧急控制措施，通过风电场汇集子站、风电场执行站，把紧急功率支援指令发送至风电场控制系统，实现了风电机组参与直流闭锁后引发直流受端电网低频的紧急控制中，降低受端电网发生低频问题的风险，有效防御大功率直流闭锁后导致的大面积限电问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1为本发明公开的一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统框图；

图2为本发明一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效，且为了使该评价方法易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统，包括紧急控制主站、直流闭锁信息子站、风电场汇集子站以及风电场执行站；

紧急控制主站用于接收直流闭锁信息子站发送的直流闭锁信息，实时获取各风电场汇集子站上送的可参与的紧急支援功率ΔP_i-可调量，根据控制策略表向对应的风电场汇集子站下达实际紧急支援功率ΔP_i；

直流闭锁信息子站用于接收直流控制保护系统发出的直流闭锁信息，并将直流闭锁信息发送给紧急控制主站；直流闭锁信息子站为若干个。

风电场汇集子站用于接受风电场执行站发出的风电场内风机投运及停运信息、风电场当前运行功率以及风电场可参与的调频功率ΔP_ij-可调量，并将风电场汇集站可参与的调频功率ΔP_i-可调量信息上送给紧急控制主站，接受紧急控制主站下发的实际紧急支援功率ΔP_i，并将信息下达给风电场执行站；风电场汇集子站为若干个。

风电场执行站用于获取风电场内风机投运及停运信息、风电场当前运行功率以及风电场可参与的调频功率ΔP_ij-可调量，并将信息上送给风电场汇集子站，接收风电场汇集子站下发各风电场实际紧急支援功率ΔP_ij指令，并向风电场控制系统下达紧急动作指令。风电场执行站为若干个，1个风电场汇集子站对应若干个风电场执行站。

如图2所示，一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制方法，包括以下步骤：

1)通过安装在风电场的测控装置，检测风电场内当前运行控制信息，获取检测信息，并将检测信息实时上送至风电场执行站，由风电场执行站上送至对应的风电场汇集子站，每个风电场汇集子站再把相关信息发送至紧急控制主站；

2)利用电网控制系统中的子站作为直流闭锁信息子站，接收直流控制保护系统发出的直流闭锁信息，当直流发生闭锁时，由直流闭锁信息子站将直流闭锁信息发送到电网控制系统的紧急控制主站；

3)紧急控制主站接收直流闭锁信息后，获取发生闭锁的直流损失功率P_缺额和电网当前运行信息；

4)紧急控制主站根据直流损失功率P_缺额和电网当前运行信息，从紧急控制主站控制策略表匹配紧急控制措施，发送给风电场汇集子站；

5)风电场汇集子站接收到紧急控制主站下达的紧急控制措施指令后(步骤4)中的紧急控制主站下达给风电场汇集子站的紧急控制措施指令)，风电场汇集子站从风电场汇集子控制策略表匹配合适的紧急控制措施，发送给风电场执行站；

6)风电场执行站向对应的风电场控制系统下达动作指令(风电场控制系统开始动作，增加风电场的有功出力，参与系统调频)，当电网频率f高于设定门槛值f_set时，完成风机调频紧急控制。

步骤1)中风电场测控装置检测信息，包括风电场内风机的投运及停运信息、风电场当前运行功率和风电场可参与的调频功率ΔP_ij-可调量，其中：i＝1,2,…表示第i个风电场汇集站，j＝1,2,…表示第i个风电场汇集站下第j个风电场，检测信息实时送至风电场执行站，再由风电场执行站上送至对应风电场汇集子站。

步骤1)中风电场汇集子站上送紧急控制主站的相关信息，包括每个风电场汇集子站可参与的调频功率ΔP_i-可调量，其中：i＝1,2,…表示第i个风电场汇集站。

步骤3)中电网当前运行信息，包括重要节点(重要节点为全网安装频率检测装置的节点)的频率信息，即电网频率f。

步骤4)中紧急控制主站控制策略表根据离线时域仿真计算或在线时域仿真计算获取确定；具体包括以下步骤：

4-1)风机紧急功率支援的启动目标值：通过离线分析计算，计及低频安全稳定极限f_{低频_jx}和系统自身频率调控能力的电网可承受的功率缺额为P_承受，若电网频率f≤f_set且P_缺额≥P_承受，启动风机紧急功率支援控制模式，若不启动则结束，其中：f_set为紧急功率支援电网频率启动门槛值(f_set＞f_{低频_jx})，紧急功率支援控制目标值P_支援的计算为：

P_支援＝P_缺额-P_承受 (1)

4-2)风电场汇集站紧急功率支援的分配值：通过每个风电场汇集子站实时上传的可参与的调频功率ΔP_i-可调量，算出每个风电场汇集子站支撑占比λ_i，基于该占比计算每个风电场汇集子站实际支撑功率ΔP_i，其中：

ΔP_i＝λ_iP_支撑 (3)；

其中，n为风电场汇集站个数。

步骤5)中风电场汇集子控制策略表，包括风电场汇集子站下达给该风电场汇集站下每个风电场实际紧急支撑功率ΔP_ij，计算如下：

ΔP_ij＝λ_jΔP_i (5)；

n为风电场汇集站个数。

本发明的实施过程如图2所示，图2中步骤1描述的是在直流发生闭锁时，直流控制保护系统检测到直流闭锁后立即发送闭锁信息至直流闭锁信息子站，再由直流闭锁信息子站发送到紧急控制主站。

图2中步骤2描述的是紧急控制主站接收上述直流闭锁信息后，立刻获取闭锁直流损失功率P_缺额以及电网频率f，判段若系统f≤f_set且P_缺额≥P_承受，启动风机紧急功率支援控制模式，否则，不启动，直接结束。

图2中步骤3描述的是紧急控制主站立刻从控制策略表匹配合适的紧急控制措施，向对应的风电场汇集子站下达实际紧急支援功率ΔP_i；

图2中步骤4描述的是风电场汇集子站收到紧急控制主站下达的指令，立刻从控制策略表匹配合适的紧急控制措施，向对应的风电场执行站下达实际紧急支援功率ΔP_ij；

图2中步骤5描述的是风电场执行站立刻向对应的风电场控制系统下达紧急动作指令，进行紧急功率支援。

本发明系统包括直流闭锁信息子站、紧急控制主站、风电场汇集子站以及风电场执行站，具体如图2 所示。

直流闭锁信息子站用于接收直流控制保护系统发出的直流闭锁信息，并将该信息发送给紧急控制主站；

紧急控制主站用于接收直流闭锁信息子站发送的直流闭锁信息，实时获取各风电场汇集子站上送可参与紧急支援功率，根据控制策略表向对应的风电场汇集子站下达实际紧急支援功率；

风电场汇集子站用于接受各风电场执行站发出的风电场内风机投运及停运信息、风电场当前运行功率以及该风电场可参与调频功率，并将该风电场汇集站可参与调频功率信息上送给紧急控制主站，接受紧急控制主站下发的实际紧急支援功率，并将该信息下达给风电场执行站；

风电场执行站用于获取风电场内风机投运及停运信息、风电场当前运行功率以及该风电场可参与调频功率，并将该信息上送给风电场汇集子站，接收风电场汇集子站下发各风电场实际紧急支援功率指令，并向风电场控制系统下达紧急动作指令。

本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统，其特征在于，

包括紧急控制主站、直流闭锁信息子站、风电场汇集子站以及风电场执行站；

所述紧急控制主站用于接收直流闭锁信息子站发送的直流闭锁信息，实时获取各风电场汇集子站上送的可参与的紧急支援功率ΔP_i-可调量，根据控制策略表向对应的风电场汇集子站下达实际紧急支援功率ΔP_i；

所述直流闭锁信息子站用于接收直流控制保护系统发出的直流闭锁信息，并将直流闭锁信息发送给紧急控制主站；

所述风电场汇集子站用于接受风电场执行站发出的风电场内风机投运及停运信息、风电场当前运行功率以及风电场可参与的调频功率ΔP_ij-可调量，并将风电场汇集站可参与的调频功率ΔP_i-可调量信息上送给紧急控制主站，接受紧急控制主站下发的实际紧急支援功率ΔP_i，并将信息下达给风电场执行站；

所述风电场执行站用于获取风电场内风机投运及停运信息、风电场当前运行功率以及风电场可参与的调频功率ΔP_ij-可调量，并将信息上送给风电场汇集子站，接收风电场汇集子站下发各风电场实际紧急支援功率ΔP_ij指令，并向风电场控制系统下达紧急动作指令。

2.一种计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过安装在风电场的测控装置，检测风电场内当前运行控制信息，获取检测信息，并将检测信息实时上送至风电场执行站，由风电场执行站上送至对应的风电场汇集子站，每个风电场汇集子站再把相关信息发送至紧急控制主站；

2)利用电网控制系统中的子站作为直流闭锁信息子站，接收直流控制保护系统发出的直流闭锁信息，当直流发生闭锁时，由直流闭锁信息子站将直流闭锁信息发送到电网控制系统的紧急控制主站；

3)紧急控制主站接收直流闭锁信息后，获取发生闭锁的直流损失功率P_缺额和电网当前运行信息；

4)紧急控制主站根据直流损失功率P_缺额和电网当前运行信息，从紧急控制主站控制策略表匹配紧急控制措施，发送给风电场汇集子站；

5)风电场汇集子站接收到紧急控制主站下达的紧急控制措施指令后，风电场汇集子站从风电场汇集子控制策略表匹配合适的紧急控制措施，发送给风电场执行站；

6)风电场执行站向对应的风电场控制系统下达动作指令，当电网频率f高于设定门槛值f_set时，完成风机调频紧急控制。

3.根据权利要求2所述的计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制系统及方法，其特征在于，

所述步骤1)中风电场测控装置检测信息，包括风电场内风机的投运及停运信息、风电场当前运行功率和风电场可参与的调频功率ΔP_ij-可调量，其中：i＝1,2,…表示第i个风电场汇集站，j＝1,2,…表示第i个风电场汇集站下第j个风电场，检测信息实时送至风电场执行站，再由风电场执行站上送至对应风电场汇集子站。

4.根据权利要求2所述的计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制方法，其特征在于，

所述步骤1)中风电场汇集子站上送紧急控制主站的相关信息，包括每个风电场汇集子站可参与的调频功率ΔP_i-可调量，其中：i＝1,2,…表示第i个风电场汇集站。

5.根据权利要求2所述的计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制方法，其特征在于，

所述步骤3)中电网当前运行信息，包括重要节点的频率信息。

6.根据权利要求2所述的计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制方法，其特征在于，

所述步骤4)中紧急控制主站控制策略表根据离线时域仿真计算或在线时域仿真计算获取确定；具体包括以下步骤：

4-1)风机紧急功率支援的启动目标值：通过离线分析计算，计及低频安全稳定极限f_{低频_jx}和系统自身频率调控能力的电网可承受的功率缺额为P_承受，若电网频率f≤f_set且P_缺额≥P_承受，启动风机紧急功率支援控制模式，若不启动则结束，其中：f_set为紧急功率支援电网频率启动门槛值(f_set＞f_{低频_jx})，紧急功率支援控制目标值P_支援的计算为：

P_支援＝P_缺额-P_承受 (1)

4-2)风电场汇集站紧急功率支援的分配值：通过每个风电场汇集子站实时上传的可参与的调频功率ΔP_i-可调量，算出每个风电场汇集子站支撑占比λ_i，基于该占比计算每个风电场汇集子站实际支撑功率ΔP_i，其中：

ΔP_i＝λ_iP_支撑(3)；其中，n为风电场汇集站个数。

7.根据权利要求3所述的计及风机调频应对直流闭锁后低频的紧急控制方法，其特征在于，

所述步骤5)中风电场汇集子控制策略表，包括风电场汇集子站下达给该风电场汇集站下每个风电场实际紧急支撑功率ΔP_ij，ΔP_ij计算如下：

ΔP_ij＝λ_jΔP_i(5)；n为风电场汇集站个数。