CN110598976A - 一种风电机组产品一致性评估方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种风电机组产品一致性评估方法及系统,包括:基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,以及所述风电机组故障电压穿越性能指标值;基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,确定所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值;基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估;简单实用、易于实现,为判断并网风电机组的故障电压穿越能力是否与型式试验的样机特性一致提供了手段,为风电并网监管提供技术支撑,保障大规模风电接入系统后的电网运行安全。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域,具体涉及一种风电机组产品一致性评估方法及系统。
背景技术
中国标准GB/T 19963-2011《风电场接入电力系统技术规定》明确要求,当接入同一并网点的风电场装机容量超过4万千瓦,需要向电力系统调度机构提供风电场接入电力系统测试报告,测试内容包括:风电场有功/无功控制能力测试;风电场电能质量测试,包含闪变与谐波;风电机组低电压穿越能力测试;风电场低电压穿越能力验证;风电机组电压、频率适应性测试;风电场电压、频率适应能力验证,其中风电机组低电压穿越能力是影响风电场接入系统后电网暂态稳定性的关键性能指标。另外,正在修订的《风电场接入电力系统技术规定》标准中要求风电场具备高电压穿越能力,相应的需要开展风电机组高电压穿越能力测试。
目前,风电机组通过低/高电压穿越能力型式试验,即认为该型风电机组故障电压穿越能力满足并网要求,允许批量生产投运。但是,通过对风电机组低电压穿越型式试验和现场短路试验数据进行对比分析发现,并网风电机组的实际低电压运行特性与型式试验样机的运行数据存在较大的差别,对电网的安全稳定运行存在不利影响,同时为风电并网监管带来了新挑战。
现有技术手段没有对风电机组并网运行的数据进行计算分析,无法保证风电机组接入电网后是否安全稳定运行,因此,亟需研究风电机组故障电压穿越能力的产品一致性评估方法,只有通过一致性评估的风电机组才能满足并网的要求。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足,本发明提供一种风电机组产品一致性评估方法及系统。
本发明提供的技术方案是:
一种风电机组产品一致性评估方法,所述方法包括:
基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,以及所述风电机组故障电压穿越性能指标值;
基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,计算所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值;
基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估。
优选的,所述故障电压穿越性能指标,包括:有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值。
优选的,所述基于风电机组并网运行数据,确定所述风电机组故障电压穿越性能指标值,包括:
基于所述风电机组并网运行数据,计算故障风电机组的有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值;
其中,所述并网运行数据包括:机端母线电压、有功功率、无功功率、电流、风速、发电机转速、风电机组状态信号、并网开关状态信号、低电压穿越信号、变流器动作信号。
优选的,基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,包括:
根据风电机组并网运行数据中监测点的电压标幺值获得电压跌落/升高的幅值;
基于所述风电机组电压跌落/升高的幅值,得到所述风电机组的启停机信号;
若所述信号从运行状态切换到停机状态,则所述风电机组在故障期间,低压/高压保护动作脱网;
否则,所述风电机组在故障期间维持并网运行。
优选的,所述基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,确定所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值,包括:
基于制定的型式试验样机在全部测试工况下的故障电压穿越性能指标表,判断所述风电机组故障类型和电压跌落/升高幅值是否属于所述故障电压穿越性能指标表;
若所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值属于故障电压穿越性能指标表,则获取所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值对应的型式试验样机有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值;
若所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值不属于所述故障电压穿越性能指标表,则基于所述故障电压穿越性能指标表选取,与风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值最接近的两组数据,采用插值法计算型式试验样机的有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值。
优选的,所述有功功率恢复速率的计算式如下:
式中,kp为有功功率恢复速率;P1为电压恢复时刻风电机组有功功率;P2为有功功率恢复至故障前90%的功率值;t1为电压恢复时刻;tp为有功功率恢复至持续大于P2的起始时刻。
优选的,所述无功电流注入响应时间的计算式如下:
tres=tr1-t0
式中,tres为无功电流注入响应时间;tr1为电压跌落期间\电压升高期间风电机组无功电流注入持续大于无功电流注入参考值的90%的起始时刻;t0为电压跌落至x1\电压升高至x2的开始时刻,x1、x2为设定阈值,且x1<x2。
优选的,所述无功电流注入平均值的计算式如下:
式中,Iq为无功电流注入平均值;Iq(t)为t时刻风电机组无功电流;t0为电压跌落至x1\电压升高至x2的开始时刻,x1、x2为设定阈值,且x1<x2;tr1为电压跌落期间\电压升高期间风电机组无功电流注入持续大于无功电流注入参考值的90%的起始时刻;tr2为电压跌落期间\电压升高期间风电机组无功电流注入持续大于无功电流注入参考值的90%的结束时刻。
优选的,所述基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估,包括:
分别计算故障风电机组与型式试验样机的有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值的偏差;
若所述偏差在预设范围内,则所述风电机组与型式试验样机一致,否则所述风电机组与型式试验样机不一致。
一种风电机组产品一致性评估系统,所述系统包括:
确定模块:用于基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,以及所述风电机组故障电压穿越性能指标值;
计算模块:用于基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,计算所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值;
评估模块:用于基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估。
优选的,所述评估模块,包括:计算单元和判断单元;
所述计算单元,用于分别计算故障风电机组与型式试验样机有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值的偏差;
所述判断单元,用于若所述偏差在预设范围内,则所述风电机组与型式试验样机一致,否则所述风电机组与型式试验样机不一致。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
本发明提供的技术方案,包括:基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,以及所述风电机组故障电压穿越性能指标值;基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,确定所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值;基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估;简单实用、易于实现,为判断并网风电机组的故障电压穿越能力是否与型式试验的样机特性一致提供了手段,为风电并网监管提供技术支撑,保障大规模风电接入系统后的电网运行安全。
附图说明
图1为本发明的风电机组故障电压穿越能力的产品一致性评估流程图;
图2为本发明的风电机组故障电压穿越能力的产品一致性评估方法具体步骤流程图;
图3为本发明的风电机组故障电压穿越性能指标计算分析步骤示意图;
图4为本发明的风电机组故障电压穿越能力与其型式试验样机的特性一致性评估步骤示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例1
风电机组故障电压穿越能力是影响风电场接入系统后电网暂态稳定性的关键性能指标。目前,风电机组通过低电压(或高电压)穿越能力型式试验,即认为该型风电机组故障电压穿越能力满足并网要求,允许批量生产投运。但是,通过对风电机组低电压穿越型式试验和现场短路试验数据进行对比分析发现,并网风电机组的实际低电压运行特性与型式试验具有较大的差别,严重威胁电网安全。因此,亟需研究风电机组故障电压穿越能力的产品一致性评估方法。
如图1所示,包括如下步骤:
步骤一:基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,以及所述风电机组故障电压穿越性能指标值;
步骤二:基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,确定所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值;
步骤三:基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估。
本发明提供的方法,为判断并网风电机组的故障电压穿越能力是否与型式试验的样机特性一致提供了手段,为风电并网监管提供技术支撑,保障大规模风电接入系统后的电网运行安全。具体实施步骤如图2所示;
其中,步骤一:基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,以及所述风电机组故障电压穿越性能指标值,包括:
(1):监测并获取风电机组并网运行数据;
(2):基于风电机组并网运行数据,计算分析风电机组故障电压穿越性能指标;
所述(1)中风电机组并网运行数据包括机端母线电压、有功功率、无功功率、电流、风速、发电机转速、风电机组状态信号、并网开关状态信号、低电压穿越信号、变流器Chopper动作信号、变流器Crowbar动作信号等,数据采样时间周期应不大于1ms。
如图3所示,所述(2)中计算分析风电机组故障电压穿越性能指标包括如下步骤:
(2.1):计算风电机组电压跌落/升高幅值和持续时间,计算方法如下:
电压跌落幅值:
Udip=[U(t)]min (t0<t<t1)...........................................(1)
电压升高幅值:
Uswell=[U(t)]max (t0<t<t1)...................................(2)
故障持续时间:
tdur=t1-t0.............................................(3)
式中:U(t)为监测点电压标幺值;t0为电压跌落/升高故障开始时刻;t1为电压跌落/升高故障结束时刻;Udip为监测点电压跌落标幺值;Uswell为监测点电压升高标幺值。
(2.2):判定故障期间风电机组是否维持并网运行。在电压跌落/升高故障发生后,如果风电机组的启停机信号从运行状态切换到停机状态,则可判定风电机组低压/高压保护动作脱网,反之可判定故障期间风电机组维持并网运行。
(2.3):计算风电机组有功功率恢复速率,计算方法如下:
式中,P1为电压恢复时刻风电机组有功功率;P2为有功功率恢复至故障前90%的功率值;t1为电压恢复时刻;tp为有功功率恢复至持续大于P2的起始时刻。
(2.4):计算风电机组动态无功电流注入注入响应时间和平均值,计算方法如下:
无功电流注入响应时间:
tres=tr1-t0.............................................(5)
无功电流注入平均值:
式中,Iq(t)为t时刻风电机组无功电流;IQ为无功电流注入参考值的90%;t0为电压跌落至x1\电压升高至x2的开始时刻,x1、x2为设定阈值,且x1<x2;tr1为电压跌落期间\电压升高期间风电机组无功电流注入持续大于IQ的起始时刻;tr2为电压跌落期间\电压升高期间\风电机组无功电流注入持续大于IQ的结束时刻;
这里,阈值x1取值0.9p.u,x2取值1.1p.u。
步骤二:基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,确定所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值,包括:
基于在投入风电机组运行之前制定的故障电压性能穿越指标表,判断实际运行的风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值是否属于表格内数据;
若实际运行的风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值属于故障电压穿越性能指标表,则获取所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值对应的型式试验样机有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值;
若所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值不属于所述故障电压穿越性能指标表,则通过实际运行风电机组故障的类型和电压跌落/升高幅值,以及故障前的有功功率出力,在结果表格中找到相近的故障工况,并获取相近工况的有功恢复时间(电压恢复时刻到故障恢复稳态值的时间)、无功电流响应时间和无功电流稳态均值;
然后采用插值法计算测试样机在实际运行风电机组故障类型和电压跌落/升高幅值下的有功恢复时间(电压恢复时刻到故障恢复稳态值的时间)、无功电流响应时间和无功电流稳态均值。
故障电压性能穿越指标表的制定方法如下:
在投入风电机组运行之前,对型式试验样机进行的低/高电压穿越能力测试,得到型式试验样机低/高电压穿越能力测试报告,获取型式试验样机全部工况下的低/高电压穿越性能指标值;
其中,所述指标包括:通过电压恢复时刻到故障恢复稳态值的时间计算得到的有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值;
将型式试验的数据整理得到故障电压性能穿越指标表,其中故障电压性能穿越指标表包括两个方面,一个是风电机组低电压穿越性能及有功恢复,如表1所示,另一个是故障期间动态无功支撑性能如表2所示,(表1和表2中只给出部分实验数据);
表1风电机组低电压穿越性能及有功恢复
表2故障期间动态无功支撑性能
步骤三:基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估,如图4所示,包括:
(1)评估风电机组故障电压穿越能力与其型式试验样机的特性是否一致;
(2)记录监测与评估结果。
(1):判定风电机组有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和平均值与型式试验结果的偏差是否满足要求,要求风电机组有功功率恢复速率、动态无功电流注入响应时间和平均值与型式试验结果的偏差应不大于20%。各偏差值具体计算方法如下:
有功功率恢复速率偏差:
无功电流注入响应时间偏差:
无功电流注入平均值偏差:
式中:Kpe为风电机组有功功率恢复速率监测评估结果,Kpt为型式试验有功功率恢复速率监测评估结果;tre为风电机组无功电流注入响应时间监测评估结果,trt为型式试验无功电流注入响应时间监测评估结果;iqe为风电机组无功电流注入平均值监测评估结果,iqt为型式试验无功电流注入平均值监测评估结果。
(2)中评估结果包括:电压跌落/升高幅值和持续时间、故障期间风电机组是否脱网、有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和平均值、以及产品一致性评价结果等信息。
实施例2
基于同一种构思发明,本申请还提供一种风电机组产品一致性评估系统,其特征在于,所述系统包括:
确定模块:用于基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的故障电压穿越性能指标以及所述风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型;
计算模块:用于基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,计算型式试验样机的故障电压穿越性能指标;
评估模块:用于基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对故障风电机组与型式试验样机进行一致性评估。
所述评估模块,包括:计算单元和判断单元;
所述计算单元,用于计算故障风电机组与型式试验样机有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值的偏差;
所述判断单元,用于若所述偏差在预设范围内,则所述故障风电机组与型式试验样机一致,否则所述故障风电机组与型式试验样机不一致。
实施例2
基于同一种构思发明,本申请还提供一种风电机组产品一致性评估系统,所述系统包括:
确定模块:用于基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,以及所述风电机组故障电压穿越性能指标值;
计算模块:用于基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,计算所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值;
评估模块:用于基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估。
所述评估模块,包括:计算单元和判断单元;
所述计算单元,用于分别计算故障风电机组与型式试验样机有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值的偏差;
所述判断单元,用于若所述偏差在预设范围内,则所述风电机组与型式试验样机一致,否则所述风电机组与型式试验样机不一致。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,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,均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (11)
1.一种风电机组产品一致性评估方法,其特征在于,所述方法包括:
基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,以及所述风电机组故障电压穿越性能指标值;
基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,确定所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值;
基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述故障电压穿越性能指标,包括:有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述基于风电机组并网运行数据,确定所述风电机组故障电压穿越性能指标值,包括:
基于所述风电机组并网运行数据,计算故障风电机组的有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值;
其中,所述并网运行数据包括:机端母线电压、有功功率、无功功率、电流、风速、发电机转速、风电机组状态信号、并网开关状态信号、低电压穿越信号、变流器动作信号。
4.如权利要求2所述的方法,其特征在于,基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,包括:
根据风电机组并网运行数据中监测点的电压标幺值获得电压跌落/升高的幅值;
基于所述风电机组电压跌落/升高的幅值,得到所述风电机组的启停机信号;
若所述信号从运行状态切换到停机状态,则所述风电机组在故障期间,低压/高压保护动作脱网;
否则,所述风电机组在故障期间维持并网运行。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,确定所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值,包括:
基于制定的型式试验样机在全部测试工况下的故障电压穿越性能指标表,判断所述风电机组故障类型和电压跌落/升高幅值是否属于所述故障电压穿越性能指标表;
若所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值属于故障电压穿越性能指标表,则获取所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值对应的型式试验样机有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值;
若所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值不属于所述故障电压穿越性能指标表,则基于所述故障电压穿越性能指标表选取,与风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值最接近的两组数据,采用插值法计算型式试验样机的有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值。
6.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述有功功率恢复速率的计算式如下:
式中,kp为有功功率恢复速率;P1为电压恢复时刻风电机组有功功率;P2为有功功率恢复至故障前90%的功率值;t1为电压恢复时刻;tp为有功功率恢复至持续大于P2的起始时刻。
7.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述无功电流注入响应时间的计算式如下:
tres=tr1-t0
式中,tres为无功电流注入响应时间;tr1为电压跌落期间\电压升高期间风电机组无功电流注入持续大于无功电流注入参考值的90%的起始时刻;t0为电压跌落至x1\电压升高至x2的开始时刻,x1、x2为设定阈值,且x1<x2。
8.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述无功电流注入平均值的计算式如下:
式中,Iq为无功电流注入平均值;Iq(t)为t时刻风电机组无功电流;t0为电压跌落至x1\电压升高至x2的开始时刻,x1、x2为设定阈值,且x1<x2;tr1为电压跌落期间\电压升高期间风电机组无功电流注入持续大于无功电流注入参考值的90%的起始时刻;tr2为电压跌落期间\电压升高期间风电机组无功电流注入持续大于无功电流注入参考值的90%的结束时刻。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估,包括:
分别计算故障风电机组与型式试验样机的有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值的偏差;
若所述偏差在预设范围内,则所述风电机组与型式试验样机一致,否则所述风电机组与型式试验样机不一致。
10.一种风电机组产品一致性评估系统,其特征在于,所述系统包括:
确定模块:用于基于风电机组并网运行数据,确定故障风电机组的电压跌落/升高幅值和故障类型,以及所述风电机组故障电压穿越性能指标值;
计算模块:用于基于所述风电机组的故障类型和电压跌落/升高幅值,计算所述风电机组对应的型式试验样机的故障电压穿越性能指标值;
评估模块:用于基于所述风电机组和型式试验样机的故障电压穿越性能指标的偏差,对风电机组与型式试验样机进行一致性评估。
11.如权利要求10所述的系统,其特征在于,所述评估模块,包括:计算单元和判断单元;
所述计算单元,用于分别计算故障风电机组与型式试验样机有功功率恢复速率、无功电流注入响应时间和无功电流注入平均值的偏差;
所述判断单元,用于若所述偏差在预设范围内,则所述风电机组与型式试验样机一致,否则所述风电机组与型式试验样机不一致。
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