CN109038664A - 计及风机涉网保护高频分轮次整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，根据不同类型风机高频保护定值和电网对风机频率安全的要求，利用摄动法和线性差值算法和暂态频率偏移安全指标得到高频切机量；考虑直流闭锁故障时送端电网潮流变化情况以及输电线路的输电极限和线路负载率，通过配置高频切机机组，使得在高频时通过切机满足对频率的要求。

Description

计及风机涉网保护高频分轮次整定方法

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术领域，特别是涉及计及风机涉网保护高频分轮次整定方法。

背景技术

大规模能源送端电网的建设将显著提高我国大规模、大范围、高效率优化配置能源资源的能力，对于我国清洁能源和大型能源基地的规模开发，能源资源的大范围优化配置，保障国家能源安全具有重大而深远的意义。送端电网向受端电网输送大功率电能的同时，还要向本地区电网提供电力支持以满足地区用电需求，因此送端电网的稳定性对整个电力系统的安全稳定运行影响甚大。然而，高压直流输电在具备一系列优势的同时也给电力系统的运行带来了新的问题。对于交直流混联电力系统，当发生直流闭锁或受端交流系统故障导致的直流换相失败引起直流单极闭锁时，直流功率将转移至交流通道，引发互联区域电网间的功角稳定问题。同时，送端电网和受端电网功角间的大幅振荡又将导致交流输电通道和受端电网电压降低，导致局部地区电压失稳。此外，当区域电网发生扰动时，扰动电网的影响将经由交流联络线波及到其他互联的区域，导致事故范围扩大。

电力系统异步互联为解决上述问题提供了一个很好的解决方法。异步互联是指两个交流系统之间无交流联络线，而仅仅通过直流输电线路相连，两系统内的发电机转子无需保持同步。采用异步联网的系统之间消除了交流联系，发生直流闭锁故障时，不会出现大规模的潮流转移，从而可以避免主网功角失稳的问题；由于互联电网之间仅存在直流联络线，某区域内的故障不容易波及到相联区域；直流系统快速的控制响应、多样的控制手段，可增强互联电力系统的运行灵活性；与交流联网相比，采用直流联网能进一步增强送端能源富集地区的电力外送能力，提高能源利用率。

异步联网在具备一系列优势的同时也给电力系统的运行带来了新的问题。异步联网虽然可以有效避免直流闭锁后导致潮流大规模转移，增强系统功角的稳定性。但是在直流双极闭锁情况下，送端系统将会受到严重冲击，使得系统频率控制问题成为制约异步联网系统安全稳定运行的关键问题。

异步联网方式下发生直流闭锁故障时，将导致送端系统出现大幅度的频率波动，影响系统的安全稳定运行，降低了系统的供电质量。异步联网后，多直流送出的送端电网为小负荷，大送出的运行方式，，频率稳定问题成为威胁电网安全运行的主要风险。当实现异步联网后，直流单极闭锁/双极闭锁均会导致送端电网的频率升高，高频问题出现的概率增大。若直流配套稳控装置拒动作，则需要依靠第三道防线高频切机来保证频率稳定。高频切机作为连锁切机的后备措施，是抑制孤网频率升高的主要手段。

目前，对于送端电网高频切机方案的研究仅针对交流同步互联的小容量区域电网，省级送端电网等，但是对于异步联网后送端电网多直流闭锁情况下，相应的高频切机方案研究还较少。且已有的高频方案研究中，综合考虑各方面影响和约束的情况较少，例如新能源频率耐受能力，常规机组频率耐受能力等，高频方案具有一定的局限性。

因此，提出一种计及风电涉网保护高频分轮次整定策略，考虑不同保护定值和系统频率约束等各个方面的影响因素，综合送端电网功率转移和电源分布情况，有针对性的提出适应大规模新能源接入以及多直流送出的高频切机方案，指导送端电网的频率稳定控制，保证电网的安全、稳定运行，对增强多直流送出的送端电网的频率稳定具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，该方法综合考虑不同机组保护定值和系统频率约束，对送端电网高频切机方案进行整定和优化，在保证送端电网频率安全稳定的基础上，提高整定策略的适应性和经济性。

计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，包括：

根据不同类型风机高频保护定值和电网对风机频率安全的要求，利用启发式算法，摄动法，线性插值法和暂态频率偏移安全指标得到高频切机量；

考虑直流闭锁故障时送端电网潮流变化情况以及输电线路的输电极限和线路负载率，通过配置高频切机机组，使得在高频时通过切机满足对频率的要求。

进一步优选的技术方案，在获得高频切机量时，确定高频切机第一轮动作频率门槛值及切机轮次，第一轮高频切机频率门槛值应大于输送功率最大的直流单极闭锁时的最大频率偏移，同时低于风电机组的高频保护定值；

送端电网发生高频切机之后，频率的最小频率偏移值应大于系统第一轮低频减载动作频率门槛值，利用启发式算法，摄动法和线性差值算法搜索切机最值，结合暂态频率偏移安全性，在极端直流闭锁故障下，获得最大切机量及最小切机量。

进一步优选的技术方案，高频切机每轮切机机组顺序范围选择；将频率耐受能力相同的风机分组；

判断风机容量是否满足，若否，则根据频率耐受能力配置风机和常规机组，若是，则根据频率耐受能力配置切除风机，判断是否适应不同运行方式，若是，则整定高频切机方案，否则根据已选机组调整切机容量。

进一步优选的技术方案，高频切机总容量的目标函数：

3≤n≤5

其中，P_i为每轮高频切机切除的常规机组总容量，n为高频切机轮次。

进一步优选的技术方案，对于给定的最大和最小频率安全二元表[51.5Hz,t_s]和[49.25Hz,t_s]，为使得暂态安全裕度指标(TFDS)η为零，同时加快搜索速度，可先用线性差值法快速求出η为零的大致区间，即：

ΔP₃＝(η₂ΔP₁-η₁ΔP₂)/(η₂-η₁)

式中，ΔP₁，ΔP₂为随机选择的切机初值，η₁，η₂为对应初值的TFDS指标值，ΔP₃为通过线性插值法求出的新的切机量。

然后利用数值摄动法，利用数值仿真得到频率响应曲线，求解得到在各切机点设置摄动值后，暂态安全裕度指标的变化，即：

式中，a_i为灵敏度，反应了切机量的变化对TFDS指标η的影响，η_i(ΔP⁽ⁱ⁾)为切机总量为ΔP⁽ⁱ⁾时的TFDS指标，η_i(ΔP⁽ⁱ⁾,τ_i)为切机总量增加摄动量τ_i后求得的TFDS指标。

η_i(ΔP⁽ⁱ⁺¹⁾)＝η_i(ΔP⁽ⁱ⁾)+a_iΔp⁽ⁱ⁺¹⁾

式中，Δp⁽ⁱ⁺¹⁾为第i+1次要求解令η_i(ΔP⁽ⁱ⁺¹⁾)＝0的切机变化量。

进一步优选的技术方案，将风电机组根据其高频保护定值进行分组，若风机耐受频率f_set,i在两轮切机频率门槛值之间，即f_cr,i<f_set,i<f_cr,i+1，则这类风机应在第i轮切除；

计算可切除风机容量若则需要增加常规机组ΔP_i；

对于第i+1轮切机，其可切除风机容量对于风机装机容量小于直流输送功率的系统，在频率达到风机耐受频率之前，切除的风机应平均分配在高频切机轮次中，同时配置一定容量的常规机组；

对于不同的风机，若风机高频保护定值在两轮切机频率门槛值之间，其必须在前一轮切机动作时全部切除，即：

f_cr,i<f_set,i<f_cr,i+1

式中，f_cr,i表示第i轮高频切机动作频率门槛值；f_cr,i+1表示第i+1轮高频切机动作频率门槛值；f_set,i表示第i轮切除风机的频率保护定值。

进一步优选的技术方案，高频方案总切机量制定时，考虑极端直流闭锁故障情况下，所有轮次高频切机在同一频率门槛定值同时动作，逐渐增加切机量并结合暂态频率偏移安全指标，根据得到最大、最小切机量，通过平均值得到方案最终的高频切机容量，即：

ΔP_min,l<ΔP_total,l<ΔP_max,l

式中，ΔP_min,l表示取第l个第一轮高频切机频率门槛定值时的最小切机量，ΔP_max,l表示取第l个第一轮高频切机频率门槛定值时的最大切机量，ΔP_total,l表示取第l个第一轮高频切机频率门槛定值时的总切机量，m表示所取的第一轮高频切机频率门槛定值的个数，ΔP_total表示方案最终切机量。

进一步优选的技术方案，第一轮切机量不应大于直流单极闭锁的容量即：

P₁<ΔP_DC,B

式中，ΔP_DC,B表示直流单极闭锁容量，P₁表示第一轮高频切机的切机容量。

进一步优选的技术方案，制定高频切机方案时须计及风电出力的随机性和波动性，配置一定量的传统机组，作为风机出力较低时，本轮次切机量的后备容量，即：

P_i＝ΔP_wind+ΔP_i

式中，P_i表示每轮高频切机的切机容量，ΔP_wind表示切除的风机容量，ΔP_i表示配置的传统机组切机容量。

进一步优选的技术方案，基于直流闭锁故障情况下的剩余有功功率，在仅动作一轮且刚好不触发下一轮高频切机情况下，假设高频方案前i-1轮已整定，分别切除机组P₁,P₂,…,P_i-1，通过已确定方案可以求出TFDS指标；

根据分析可得到第i轮动作的临界扰动量ΔP_critical,i，当扰动量大于ΔP_critical,i时将引起第i轮动作，在频率约束条件下，第i轮高频切机量P_i存在一个临界值P_critical,i，以该临界量作为每轮切机量参考值。

进一步优选的技术方案，关于切机量求取：

选择第一轮切机动作频率门槛值，选择极端直流闭锁故障，增加切机量，判断频率是否大于最大值，若是，则继续增加切机量，否则，确定最小切机量；

继续增加切机量，判断频率最小值是否符合要求，若是，则增加切机量，否则，确定最大切机量；

根据最大切机量及最小切机量获得总的切机量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明在制定高频切机方案时，综合考虑系统内不同机组的频率保护定值，能够得到针对送端电网的适应性较强的高频切机方案，能满足实际工程需要。

2)本发明综合考虑不同风电机组的频率耐受能力，使得不同的风机能在频率达到其保护定值之前，有序退出运行，有利于电网的安全稳定运行，具有很强的工程应用价值。

3)本发明采用摄动法，线性插值法和暂态频率偏移安全指标求解高频方案切机量，结合了汽轮机超速保护和低频减载控制及线路负载率，得到高频方案的切机量，十分适合工程利用。

4)本发明以考虑累积效应的频率安全裕度指标分析整定高频切机方案的适应性，并基于最大频率偏移和切机量确定最终方案。

5)本发明没有特殊的应用条件，通用性强，适用于各多直流送端电网，具有推广价值和意义。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明分轮次整定策略流程示意图；

图2是本发明分轮次整定策略切机量求取流程示意图；

图3(a)-图3(c)是实施例中研究电网直流闭锁故障后线路潮流示意图；

图4是实施例中研究电网丰极小运行方式高频切机方案校核频率响应图；

图5是实施例中研究电网丰极平运行方式高频切机方案校核频率响应图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，公开了计及风机涉网保护高频分轮次整定策略，具体的，高频分轮次整定策略包括以下步骤：

(1)首先，高频切机措施应避免切机量过多造成频率降低过多引起低频减载措施动作，因此需采取分轮次动作切机。类比于低频减载的动作轮次及高频限制范围，高频切机一般设置为3～5轮，而为了保证在换相失败时高频切机不误动作，在一般运行方式下高频切机第一轮动作的频率门槛值应高于直流换相失败引起单极闭锁时的送端电网高频，通过一般运行方式下的PSASP仿真，由于直流换相失败而引起换相直流单极闭锁时最大频率偏移为f_max,B，因此第一轮高频切机频率门槛值应大于f_max,B，但是最高不超过50.8Hz，因为对于部分风电机组而言其高频保护定值为51.0Hz；其次，高频切机措施应能使系统迅速恢复到允许范围内，即49.8～50.2Hz之间；再次，高频切机措施应能够适用于不同的功率过剩情况，使得方案切除的常规机组容量最小并且方案需要具有较好的适应性，能适应不同的故障情况，因此需对方案在不同故障情况下进行校核；高频切机方案目标函数为方案中的常规机组容量F最小，即：

高频切机方案目标函数：

3≤n≤5

式中，ΔP_i为每轮高频切机切除的常规机组总容量，n为高频切机轮次。

(2)为了避免高频切机误动作引起低频减载装置动作，高频切机需与低频减载协调配合，保证高频切机误动作后系统频率在暂态过程中的最低频率高于第一轮低频减载动作门槛值(第一轮低频减载动作频率门槛值49.25Hz)。采用定值动作，即所有高频切机轮次同时动作，利用摄动法和线性差值法搜索触发第一轮低频减载动作的最大切机量，结合暂态频率偏移安全性TFDS，使得暂态频率值超出TFDS指标频率限值的时间等于TFDS指标时间限值，在极端直流闭锁故障下，在不同第一轮切机频率动作门槛定值条件下，所有轮次高频切机在同一频率门槛定值同时动作，逐步增加切机量，不考虑切机量与扰动量的大小关系，使得系统最低频率达到49.25Hz，得到最大切机量。

(3)高频切机方案需与汽轮机超速保护(OPC)配合，避免高频过程中超速保护动作导致发电机功率出现反复“振荡”的过程。如图2所示，直流闭锁故障情况下，协同考虑不同运行方式下，高频切机方案均能满足频率要求，即最大频率偏移不超过51.5Hz，稳态频率在允许范围内，并根据步骤(2)求出最小切机量，同样的方法，在极端直流闭锁故障情况下，系统最大频率偏移超出51.5Hz，此时设置高频切机方案，所有轮次同时动作，逐步增加切机容量，最终使得系统的最大频率偏移为51.5Hz，此时的切机量即为最小切机量；最小切机量确定切机容量下限，最大切机量确定切机容量的上限。

(4)避免特高压直流换相失败期间和线路故障再启动期间高频切机误动作而导致机组切除。

(5)直流闭锁引发的高频问题，应该优先由直流配套电源解决，避免通过切除网内其他电源机组而引起送端电网潮流大量转移或越限等问题。

(6)优先切除风电，其次是水电机组，包括发电机运行状态的抽水蓄能机组，最后为火电机组。

(7)对于不同频率耐受能力的风机机组，在高频切机过程中，频率耐受能力较低的风电机组需在频率达到其保护定值之前有序切除，避免风机脱网运行。

(8)为适应不同运行方式下风机并网容量不同而引起高频切机时切机量不足，每轮应适当均匀配置相应常规机组。

(9)预想可能出现的引起频率升高的故障形式，发生概率较高的故障优先考虑，根据故障后的有功功率不平衡情况，定量计算有功功率过剩情况，提出比选方案，系统仿真校核其有效性，选择推荐方案。

具体的，步骤(1)中，当前电网为送端电网，需收集的相关数据为电网频率允许运行范围。为防止单次切机量过多导致低频减载装置动作且能适应不同的功率过剩情况，理论上切机轮次配置的越多、单次切机量越少效果越好；但频率的恢复速度与切机轮次多少成反相关，轮次越多频率恢复速度越慢。对于高频切机轮次的配置问题，文献里鲜有论述，工程上往往根据系统规模、发电机数量及系统对频率控制的精度要求等，拟定不同的方案，通过仿真比选最优方案。根据工程经验，高频切机措施轮次不宜少于两轮，不宜多于五轮，一般以三轮配置居多。动作延时参照低频减载，取0.2s。高频切机方案目标函数：

3≤n≤5

式中，ΔP_i为每轮高频切机切除的常规机组总容量，n为高频切机轮次。

另外，在步骤(1)中，由于换相失败导致直流单极闭锁时，高频切机不应动作，即高频切机第一轮门频率槛值在一般方式运行下，需要大于输送功率最大的直流单极闭锁时的最大频率偏移，即：

f_cr1>f_max,B

49.8Hz<f<50.2Hz

50.6Hz≤f_cr1≤50.8Hz

式中，f表示系统稳态频率；f_cr1表示第一轮高频切机动作频率门槛值，f_max,B表示一般运行方式下，输送功率最大的直流单极闭锁最大频率偏移。

在步骤(2)中，送端电网发生高频切机之后，送端电网频率的最小频率偏移值应大于系统第一轮低频减载动作频率门槛值，利用启发式算法搜索切机最值，结合暂态频率偏移安全性TFDS，在极端直流闭锁故障下，所有轮次高频切机在同一频率门槛定值同时动作，高频切机仅动作一轮，逐步增加切机量，不考虑切机量与扰动量的大小关系，使得系统最低频率达到49.25Hz，得到最大切机量，即：

f_min≥49.25Hz

f_max<51.5Hz

式中，f_min表示暂态频率偏移最小值，f_max表示暂态频率偏移最大值。

高频切机整定的目标是切除的常规机组最小，同时方案具有良好的适应性，以保证不同直流闭锁情况下方案均能可靠控制系统频率。在选取切机机组时，优先选择直流近端配套电源。

对于给定的最大和最小频率安全二元表[51.5Hz,t_s]和[49.25Hz,t_s]，t_s为越过限值允许的时间，为使得暂态安全裕度指标(TFDS)η为零，同时加快搜索速度，可先用线性差值法快速求出η为零的大致区间，即：

ΔP₃＝(η₂ΔP₁-η₁ΔP₂)/(η₂-η₁)

式中，ΔP₁，ΔP₂为任意选定的切机初值，η₁，η₂为对应初值的TFDS指标值，ΔP₃为通过线性插值法求出的新的切机量。

然后利用数值摄动法，可以方便地利用数值仿真得到频率响应曲线，求解得到在各切机点设置摄动值后，暂态安全裕度指标的变化，即：

式中，a_i为灵敏度，反应了切机量的变化对TFDS指标η的影响，η_i(ΔP⁽ⁱ⁾)为切机总量为ΔP⁽ⁱ⁾时的TFDS指标，η_i(ΔP⁽ⁱ⁾,τ_i)为切机总量增加摄动量τ_i后求得的TFDS指标。

η_i(ΔP⁽ⁱ⁺¹⁾)＝η_i(ΔP⁽ⁱ⁾)+a_iΔp⁽ⁱ⁺¹⁾

式中，Δp⁽ⁱ⁺¹⁾为第i+1次要求解令η_i(ΔP⁽ⁱ⁺¹⁾)＝0的切机变化量。

在步骤(3)中，火电机组均装有汽轮机超速保护，当转速超过103％额定转速时，保护动作，控制汽轮机调门的动作，因此系统暂态频率偏移最大值应小于该保护定值，同时在对高频方案进行整定时，最末轮高频动作频率门槛值也应小于该频率保护定值，一般为了避免在OPC保护动作时高频切机也动作，因此最后一轮高频切机定值不超过51.4Hz，即：

f_max<51.5Hz

f_cr,n≤51.4Hz

49.8Hz<f<50.2Hz

式中，f_cr,n表示高频切机末轮动作频率门槛值。

根据所述步骤(2)，以此求得给定第一轮动作值情况下的最小切机量。

在步骤(4)中，避免直流换相失败期间高频切机误动作而导致机组切除，所述步骤(1)已对该部分进行了说明。

在步骤(5)中，由于直流闭锁故障后，大量的直流送出功率会转移到送端电网，因此导致送端电网的潮流发生变化，进而使得送端电网输电线路有功功率发生变化，由于输电线路输送容量存在一个极限，因此需使得线路输送的有功功率短时不超过其极限输送容量，线路长期负载率满足电网运行设计要求，即：

P_flow<P_limit

式中，P_flow表示直流闭锁故障后，线路动态过程中的有功功率潮流，P_limit表示线路极限输送容量，P_∞表示线路故障后长期有功功率潮流，P_N线路设计过程中额定输送有功功率容量，η为电网运行过程中，规定的线路负载率。

在步骤(6)中，由于新能源机组在实际运行中不具备调频能力，无法为系统提供有效的惯量，不利于系统的频率响应及频率恢复，所以在高频切机时，优先切除风电机组。考虑到步骤(5)所提到了，为了防止潮流大规模转移导致线路的输送容量超出其允许范围，在切除常规机组时，应优先切除直流近端的配套电源机组。由于火电机组的启停时间较长，且不具备经济性，而水电机组易调节，且机组启停成本远低于火电机组，因此在传统机组切除时，优先切除水电机组。

在步骤(7)中，考虑不同风电场风机频率耐受能力的不同，根据不同风机的电气参数，即风机高频保护定值将风机进行分类，保证不同频率耐受能力的风机达到其高频保护定值之前，有序的切除风机，防止风机大规模脱网。将风电机组根据其高频保护定值进行分组，若风机耐受频率f_set,i在两轮切机频率门槛值之间，即f_cr,i<f_set,i<f_cr,i+1，则这类风机应在第i轮切除。计算可切除风机容量若则需要增加常规机组ΔP_i。则对于第i+1轮切机，其可切除风机容量对于风机装机容量小于直流输送功率的系统，在频率达到风机耐受频率之前，切除的风机应平均分配在高频切机轮次中，同时配置一定容量的常规机组，以防在风电出力发生波动时导致首轮或次轮高频切机无效，影响系统的频率稳定性。所以对于不同的风机，若风机高频保护定值在两轮切机频率门槛值之间，其必须在前一轮切机动作时全部切除，即：

f_cr,i<f_set,i<f_cr,i+1

式中，f_cr,i表示第i轮高频切机动作频率门槛值；f_cr,i+1表示第i+1轮高频切机动作频率门槛值；f_set,i表示第i轮切除风机的频率保护定值；

在步骤(8)中，高频方案总切机量制定时，考虑极端直流闭锁故障情况下，所有轮次高频切机在同一频率门槛定值同时动作，逐渐增加切机量并结合暂态频率偏移安全指标(TFDS)，根据所述步骤(2)和步骤(3)得到最大、最小切机量，通过平均值得到方案最终的高频切机容量，即：

ΔP_min，l＜ΔP_total，l＜ΔP_max，l

式中，ΔP_min，l表示取第l个第一轮高频切机频率门槛定值时的最小切机量，ΔP_max，l表示取第l个第一轮高频切机频率门槛定值时的最大切机量，ΔP_total，l表示取第l个第一轮高频切机频率门槛定值时的总切机量，m表示所取的第一轮高频切机频率门槛定值的个数，ΔP_total表示方案最终切机量。

当系统出现高频时，前三轮高频切机动作可能性较大，三轮切机量大小应大致相同，但切机量不宜过大，以免造成过切，因此在整定切机量时，第一轮切机量不应大于直流单极闭锁的容量，即：

P₁＜ΔP_DC，B

式中，ΔP_DC，B表示直流单极闭锁容量，P₁表示第一轮高频切机的切机容量。

由于不同运行方式下及不同自然条件下，风机并网容量不同且出力具有波动性，所以制定高频切机方案时须计及风电出力的随机性和波动性，配置一定量的传统机组，作为风机出力较低时，本轮次切机量的后备容量，即：

P_i＝ΔP_wind+ΔP_i

式中，P_i表示每轮高频切机的切机容量，ΔP_wind表示切除的风机容量，ΔP_i表示配置的传统机组切机容量。

基于直流闭锁故障情况下的剩余有功功率，在仅动作一轮且刚好不触发下一轮高频切机情况下，假设高频方案前i-1轮已整定，分别切除机组P₁，P₂，…，P_i-1，通过已确定方案可以求出TFDS指标。根据分析可得到第i轮动作的临界扰动量ΔP_critical，i，当扰动量大于ΔP_critical，i时将引起第i轮动作。在频率约束条件下，第i轮高频切机量P_i存在一个临界值P_critical，i，以该临界量作为每轮切机量参考值。

在步骤(9)中，由于整定方案中的切机容量和实际机组的容量不一定完全一致，方案整定后，需对方案进行校核，并以目标函数和TFDS为方案评价标准，根据不同的运行方式调整每轮高频切机的切机量，使得方案具有更好的适应性，且频率满足电力系统的运行要求即：

f_min>49.25Hz

f_max<51.5Hz

实施例

本发明以某电网为例，对该电网某典型运行方式下，当直流闭锁故障时对其高频切机方案进行整定，该系统风电等新能源并网最大容量约为1000MW。

在某运行方式下，直流A，直流B和直流C三条直流单极或双极闭锁故障，不采取稳控措施，该电网频率响应情况如表1所示。

表1异步联网后送端电网频率响应特性

由上表可知，当出现单条直流闭锁故障时，过剩有功功率会导致送端电网频率升高，且最大频率偏移量和过剩功率大小相关。最大频率偏移出现在丰小运行方式下，直流B双极闭锁情况下，最高频率达到52.35Hz，过剩有功功率8000MW。

表2风机参数

综合上述分析，提出了高频切机方案的配置原则，如表3所示。算例电网以水电机组为主，其频率耐受能力强于风电机组。因此，对于不同频率耐受能力的风机机组，在高频切机过程中，频率耐受能力较低的风电机组需在频率达到其保护定值之前有序切除，避免风机脱网运行。为适应不同运行方式下风机并网容量不同而引起高频切机时切机量不足，每轮应均匀配置相应水电机组。

表3配置原则

设置极端直流闭锁故障(直流B双极闭锁，直流A单极闭锁)，求解最大、最小临界切机量，使得高频切机在仅动作一轮的情况下，暂态频率偏移最大值小于51.5Hz，暂态频率偏移最小值大于49.25Hz(低频减载首轮动作门槛值)。结合暂态频率偏移安全性(TransientFrequency Deviation Security,TFDS)，通过摄动法和线性差值法求解得到临界切机量，其中最大切机量为13.82GW，最小切机量为4.18GW，根据不同频率门槛值的仿真结果，取平均值得出高频切机容量为9.0GW。

根据表1的仿真结果，考虑仿真误差和系统不同运行方式，设定直流闭锁故障后频率高频切机方案首轮动作频率门槛值为50.6Hz～50.8Hz之间，高频动作轮次为4～5轮，高频切机动作后应控制稳态频率在50.0Hz～50.2Hz的安全运行范围内。由于首轮高频切机动作的可能性较大，初始轮次的高频切机量较大可以快速抑制频率的升高，但此时难以配合不同的运行方式，可能导致系统过切。直流出现换相失败导致频率短时升高，进而在制定第一轮高频切机容量时，需考虑直流换相失败直流单极闭锁引起高频切机误动作而使系统频率由高频转为低频。无故障情况下，引起系统低频减载动作的临界扰动量为2800MW，因此第一轮切机量不宜过大。另一方面，切机量需小于三条直流中输送容量最小的线路单极闭锁时的剩余功率容量，因此第一轮高频切机的最小容量应小于3200MW。

根据高频切机方案首轮动作频率门槛值和切机容量的不同，提出高频切机方案，在一般运行方式下，三条直流单极闭锁最大频率偏移小于50.6Hz，因此第1轮高频切机动作值取50.6Hz，末轮切机动作频率门槛值小于51.5Hz并留一定裕度，因此取51.4Hz。首轮末轮以间隔0.2Hz取轮次，高频轮次定为5轮。

根据式步骤(8)求得定值动作的最大切机量为13.82GW，最小切机量为4.18GW，通过取均值得切机总容量为9.0GW。在一定方式下设置直流C双极闭锁，此时增加切机量，使得切机后频率不触发第2轮高频切机，此时求出的临界切机量约为2000MW。然后同样的方法，设置直流B双极闭锁，此时增加切机量，使得切机后不触发第3轮高频切机，求出临界切机量约为1900MW，以此类推求得第3～5轮切机量分别为2000MW，2100MW，1600MW。由于机组容量和计算值存在差异以及不同运行方式下风机并网容量的不同，因此方案在PSASP中，调整后的每轮切机容量如表3中所示。丰极小的运行方式下，算例系统无风电、光伏并网，因此在第二轮切除时增加600MW常规机组。

在PSASP中，在给定方案及丰平运行方式下，设置直流闭锁故障以及风机高频切机，在51.0Hz内切除所有风机、光伏等新能源机组，分析电网局部500kV交流联络线潮流变化情况，局部500kV网络如图3(a)-图3(c)所示。直流A与直流B和直流C为分别处于a、b两个区域，区域间通过节点5向节点6传输有功功率。在不同直流故障下，主要交流联络线传输的有功功率变化如表8所示。由表中分析可知，当发生直流闭锁故障时，与直流送端换流站直接相连的交流线路潮流变化较大。因此，为就地消纳过剩有功功率，需考虑在每一轮动作中加入直流配套电源机组。此时对于近端直流区域可以有效的减少有功功率剩余，对于远端可以减少两直流区域的功率交换，防止故障情况下电网出现大规模潮流转移或越限。

表4高频切机方案

表5电网500kV网架支路潮流

基于典型运行方式，针对上述4种高频方案进行仿真对比。负荷模型采用典型负荷，“40％感应电动机+60％恒阻抗”模型，机组的一次调频功能正常投入，不同直流故障组合对应的有功功率剩余如表6所示。

表6不同直流故障组合对应的送端电网过剩功率

表7高频切机方案动作情况

由表7分析可知，方案在直流双极闭锁故障下，暂态频率偏移最大值未超过51.5Hz的限值，最大频率偏移为51.21Hz。另一方面，结合基于二元表[51.5Hz，0.2s]的暂态频率偏移安全指标，方案均有较好的安全裕度。因此方案具有较好的适应性和安全性，推荐作为异步联网后算例电网的高频切机方案。

图4和图5分别为方案1在极小和一般方式下系统的频率响应。

由上述分析可知，计及风机涉网保护高频分轮次整定策略所得到的高频切机方案，对于实际电网就较好的适应性，验证了本发明方法的有效性。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，包括：

根据不同类型风机高频保护定值和电网对风机频率安全的要求，利用启发式算法，摄动法，线性差值算法，和暂态频率偏移安全指标得到高频切机量；

考虑直流闭锁故障时送端电网潮流变化情况以及输电线路的输电极限和线路负载率，通过配置高频切机机组，使得在高频时通过切机满足对频率的要求。

2.如权利要求1所述的计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，在获得高频切机量时，确定高频切机第一轮动作频率门槛值及切机轮次，第一轮高频切机频率门槛值应大于输送功率最大的直流单极闭锁时的最大频率偏移，同时低于风电机组的高频保护定值；

送端电网发生高频切机之后，频率的最小频率偏移值应大于系统第一轮低频减载动作频率门槛值，利用启发式算法搜索最大切机量，结合暂态频率偏移安全性，在极端直流闭锁故障下，获得切机最大切机量及最小切机量。

3.如权利要求1所述的计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，高频切机每轮切机机组顺序范围选择；将频率耐受能力相同的风机分组；

判断风机容量是否满足要求，若否，则根据频率耐受能力配置风机和常规机组，若是，则根据频率耐受能力配置切除风机，判断是否适应不同运行方式，若是，则整定高频切机方案，否则根据已选机组调整切机容量。

4.如权利要求1所述的计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，高频切机总容量的目标函数：

3≤n≤5

其中，ΔP_i为每轮高频切机切除的常规机组总容量，n为高频切机轮次。

5.如权利要求1所述的计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，对于给定的最大和最小频率安全二元表[51.5Hz,t_s]和[49.25Hz,t_s]，为使得暂态安全裕度指标(TFDS)η为零，同时加快搜索速度，可先用线性差值法快速求出η为零的大致区间，即：

ΔP₃＝(η₂ΔP₁-η₁ΔP₂)/(η₂-η₁)

然后利用数值摄动法，利用数值仿真得到频率响应曲线，求解得到在各切机点设置摄动值后，暂态安全裕度指标的变化，即：

式中，a_i为灵敏度，反应了切机量的变化对TFDS指标η的影响，η_i(ΔP⁽ⁱ⁾)为切机总量为ΔP⁽ⁱ⁾时的TFDS指标，η_i(ΔP⁽ⁱ⁾,τ_i)为切机总量增加摄动量τ_i后求得的TFDS指标；

η_i(ΔP⁽ⁱ⁺¹⁾)＝η_i(ΔP⁽ⁱ⁾)+a_iΔp⁽ⁱ⁺¹⁾

式中，Δp⁽ⁱ⁺¹⁾为第i+1次要求解令η_i(ΔP⁽ⁱ⁺¹⁾)＝0的切机变化量。

6.如权利要求3所述的计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，将风电机组根据其高频保护定值进行分组，若风机耐受频率f_set,i在两轮切机频率门槛值之间，即f_cr,i<f_set,i<f_cr,i+1，则这类风机应在第i轮切除；

计算可切除风机容量若则需要增加常规机组ΔP_i；

对于第i+1轮切机，其可切除风机容量对于风机装机容量小于直流输送功率的系统，在频率达到风机耐受频率之前，切除的风机应平均分配在高频切机轮次中，同时配置一定容量的常规机组；

对于不同的风机，若风机高频保护定值在两轮切机频率门槛值之间，其必须在前一轮切机动作时全部切除，即：

f_cr,i<f_set,i<f_cr,i+1

式中，f_cr,i表示第i轮高频切机动作频率门槛值；f_cr,i+1表示第i+1轮高频切机动作频率门槛值；f_set,i表示第i轮切除风机的频率保护定值。

7.如权利要求3所述的计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，高频方案总切机量制定时，考虑极端直流闭锁故障情况下，所有轮次高频切机在同一频率门槛定值同时动作，逐渐增加切机量并结合暂态频率偏移安全指标，根据得到最大、最小切机量，通过平均值得到方案最终的高频切机容量，即：

ΔP_min,l<ΔP_total,l<ΔP_max,l

式中，ΔP_min,l表示取第l个第一轮高频切机频率门槛定值时的最小切机量，ΔP_max,l表示取第l个第一轮高频切机频率门槛定值时的最大切机量，ΔP_total,l表示取第l个第一轮高频切机频率门槛定值时的总切机量，m表示所取的第一轮高频切机频率门槛定值的个数，ΔP_total表示方案最终切机量。

8.如权利要求7所述的计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，第一轮切机量不应大于直流单极闭锁的容量即：

P₁<ΔP_DC,B

式中，ΔP_DC,B表示直流单极闭锁容量，P₁表示第一轮高频切机的切机容量。

9.如权利要求1所述的计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，制定高频切机方案时须计及风电出力的随机性和波动性，配置一定量的传统机组，作为风机出力较低时，本轮次切机量的后备容量，即：

P_i＝ΔP_wind+ΔP_i

式中，P_i表示每轮高频切机的切机容量，ΔP_wind表示切除的风机容量，ΔP_i表示配置的传统机组切机容量。

10.如权利要求1所述的计及风机涉网保护高频分轮次整定方法，其特征是，基于直流闭锁故障情况下的剩余有功功率，在仅动作一轮且刚好不触发下一轮高频切机情况下，假设高频方案前i-1轮已整定，分别切除机组P₁,P₂,…,P_i-1，通过已确定方案可以求出TFDS指标；

根据分析可得到第i轮动作的临界扰动量ΔP_critical,i，当扰动量大于ΔP_critical,i时将引起第i轮动作，在频率约束条件下，第i轮高频切机量P_i存在一个临界值P_critical,i，以该临界量作为每轮切机量参考值。