CN111725821A - 一种电网系统次同步振荡防线建立方法 - Google Patents

一种电网系统次同步振荡防线建立方法 Download PDF

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Abstract

一种电网系统次同步振荡防线建立方法，涉及一种电网系统保护技术，为了消除次同步谐振对电网系统的稳定与安全的威胁。本发明首先确定产生次同步振荡的影响因素；然后调整电网运行方式；再次优化风机机端的无功控制方式，优化静止无功补偿装置和静止无功发生装置的无功控制方式；最后建立次同步振荡控制策略。有益效果为消除了次同步谐振，保护电网系统的稳定与安全。

Description

一种电网系统次同步振荡防线建立方法
技术领域
本发明涉及一种电网系统保护技术。
背景技术
近年来，随着经济与科技的发展，我国对电能的需求越来越大，大容量、远距离输电迫切性亦愈加明显，而串联补偿输电和高压直流输电系统的广泛应用，大大提高了线路的输电能力。但是，串补输电系统在扰动作用下，可能会产生由于机网耦合引起次同步谐振；在高压直流输电系统中也可能会由于换流站快速控制等其他原因导致次同步振荡；诱发次同步振荡的原因包括串联电容、稳定器的加装、励磁系统、直流输电等。次同步谐振会造成汽轮机或发电机的轴系长时间呈现低振幅扭振的状态，又因为发电机或汽轮机的转子具有较大的惯性，轴系具有灵敏的低阶扭转模态特性，所以发电机或汽轮机会出现低周高应力的机电共振，对发电机组的安全运行造成严重的威胁。
发明内容
本发明的目的是为了消除次同步谐振对电网系统的稳定与安全的威胁，提出了一种电网系统次同步振荡防线建立方法。
本发明所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法包括以下步骤：
步骤一、确定产生次同步振荡的影响因素；
步骤二、调整电网运行方式；
步骤三、优化风机机端的无功控制方式；
步骤四、优化静止无功补偿装置和静止无功发生装置的无功控制方式；
步骤五、建立次同步振荡控制策略。
本发明的有益效果是通过对电网系统产生次同步振荡的影响因素的确定，调整电网的运行方式，并通过对风机机端的无功控制方式进行优化以及对静止无功补偿装置和静止无功发生装置的无功控制方式进行优化，减少发生次同步谐振的可能性，最后通过建立次同步振荡控制策略，消除次同步谐振，保护电网系统的稳定与安全。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法流程图；
图2为具体实施方式六中次同步控制系统结构框图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法包括以下步骤：
步骤一、确定产生次同步振荡的影响因素；
步骤二、调整电网运行方式；
步骤三、优化风机机端的无功控制方式；
步骤四、优化静止无功补偿装置和静止无功发生装置的无功控制方式；
步骤五、建立次同步振荡控制策略。
在本实施方式中，通过对电网系统产生次同步振荡的影响因素的确定，调整电网的运行方式，并通过对风机机端的无功控制方式进行优化以及对静止无功补偿装置和静止无功发生装置的无功控制方式进行优化，减少发生次同步谐振的可能性，最后通过建立次同步振荡控制策略，消除次同步谐振，保护谐振电网系统的稳定与安全。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法进一步限定，在本实施方式中，步骤一中产生次同步振荡的影响因素包括：
因素一、网架结构与风机接入系统的方式及规模；新能源汇集区域风电装机规模较大，网架结构相对薄弱，风电场串供经长距离接入电网，风电汇集点的短路容量较小，风电上网汇集点短路比较小，不利于风电上网稳定运行；
因素二、风机类型及风机控制模式；通过试验数据和现场运行数据分析，次同步振荡的谐波与风机类型、风机控制模式及控制参数有一定的关联关系；
因素三、静止无功补偿装置或静止无功发生装置的类型及控制模式；经多次对静止无功补偿装置或静止无功发生装置进行现场和仿真试验后发现，次同步谐波与静止无功补偿装置或静止无功发生装置类型、控制模式及控制参数均有一定关联关系；
因素四、网源运行方式；经多次现场试验后发现，多次次同步振荡存在一定的不确定性和偶然性因素，但也表明振荡与网源及系统运行方式等多因素有一定的关联关系。
在本实施方式中，上述因素是通过对大量的次同步振荡事故分析，次同步振荡的频率范围较宽，主要集中分布在7～85Hz频率范围内，有7Hz、25Hz、30Hz、75Hz等多个频率段，且动态漂移，存在次同步、超同步两种频带；由于振荡频率发散漂移、振荡区域动态转移变化，次同步振荡源可能不止一个区域；电网系统多种扰动可能激发次同步振荡；风电大发、小发、正常发电均可能出现振荡，出力大振荡频率低，出力小振荡频率高。即次同步谐波与超同步谐波同时存在；超同步谐波分量大于次同步谐波分量；风电场周围线路的次同步及超同步谐波含量较多，随着线路功率的传输及电压等级的升高，谐波含量减少；振荡频率呈动态漂移的趋势，穿透能力强，能穿越多个电压等级。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法进一步限定，在本实施方式中，步骤二中调整电网运行方式的具体方法为：采用电磁环网运行，增加次同步振荡传播路径。
在本实施方式中，能源汇集区域电网网架结构较为薄弱，电网系统短路电流水平以及抗扰动能力较低；为了提升能源汇集区域短路电流容量，在电网安全稳定运行前提下，调整运行方式，采用电磁环网运行，增加次同步振荡传播路径来提高末端电网与系统的电气联系，提升系统短路容量，从而缓解了次同步振荡问题。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法进一步限定，在本实施方式中，步骤三中优化风机机端的无功控制方式的具体方法为：将同一电网系统中所有风电场风机功率因数均设置为恒功率因数1的模式，保证风机在运行过程中机端无功出力恒为0，优化含风电场、风机、风电场汇集站、直流系统及220kV交流系统在内的统一无功电压协调控制策略。
在本实施方式中，通过优化风机机端的无功控制方式，避免了由于风机在有功波动过程中造成风机无功出力的波动，从而引发风电场次同步振荡。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法进一步限定，在本实施方式中，步骤四中优化静止无功补偿装置和静止无功发生装置的无功控制方式的具体方法包括一下步骤：
步骤四一、将具有抑制功能的静止无功发生装置投入自动方式，其余的静止无功补偿装置和静止无功发生装置均投入固定补偿模式；
步骤四二、调整动态无功补偿设备反馈模式；
步骤四三、调整静止无功补偿装置和静止无功发生装置的控制母线，将其由高压改为低压；
步骤四四、改变静止无功补偿装置和静止无功发生装置的比例系数与积分时间常数。
在本实施方式中，针对风机出力较小时会引起误判误调整对次同步谐波的放大问题，优化风电场及风电汇集站的静止无功补偿装置和静止无功发生装置的动态无功控制策略，增加了延时闭锁功能；针对风电场及汇集站静止无功补偿装置和静止无功发生装置的控制参数灵敏度过大和响应性过快问题，缩小了放大倍数；针对动态无功补偿设备反馈信号抗波动性弱的问题，增加了电流反馈采集回路，调整静止无功补偿装置和静止无功发生装置的控制母线由高压改为低压，降低静止无功补偿装置和静止无功发生装置的频繁响应。
具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法进一步限定，在本实施方式中，步骤五中的次同步振荡控制策略是基于次同步控制系统实现的；
所述次同步控制系统包括模拟量采集模块1、坏数据检测模块2、特征频率计算模块3、动作判断模块4、振荡启动模块5、振荡告警模块6和振荡动作模块7；
模拟量采集模块1，用于采集电网系统的模拟量信号；
坏数据检测模块2，用于接收模拟量采集模块1采集的模拟量信号，检测电网系统的电压和电流，输出检测信号；
特征频率计算模块3，用于利用prony算法，解析出检测信号的幅值、相位、阻尼因子和频率，从而计算出检测信号的功率波动量，并输出波动量信号；
动作判断模块4，用于接收检测信号和波动量信号，并分别对检测信号和波动量信号进行判断，确定出电网系统的振荡频率；如果电网系统的振荡频率接近第一阈值时，动作判断模块4输出振荡启动信号；如果电网系统的振荡频率接近第二阈值时，动作判断模块4输出振荡告警信号；如果电网系统的振荡频率接近第三阈值时，动作判断模块4输出振荡动作信号；所述第三阈值大于第二阈值，第二阈值大于第一阈值；
振荡启动模块5，用于接收振荡启动信号，并根据该信号切除电网系统中单个站内最大的风电场；
振荡告警模块6，用于接收振荡告警信号，并根据该信号切除电网系统中单个汇集站全部风电场；
振荡动作模块7，用于接收振荡动作信号，并根据该信号切除电网系统中一定比例的风电场。
在本实施方式中，第一阈值为15.9Hz，第二阈值为26.7Hz，第三阈值为30.76Hz。
在本实施方式中，通过次同步控制系统分轮实现对各相关振荡风电场的切除功能，达到隔离次同步振荡、防范次同步振荡频率的漏监；消除了次同步谐振对电网系统的稳定与安全的威胁。

Claims (6)

1.一种电网系统次同步振荡防线建立方法，其特征在于，该防线建立方法包括以下步骤：
步骤一、确定产生次同步振荡的影响因素；
步骤二、调整电网运行方式；
步骤三、优化风机机端的无功控制方式；
步骤四、优化静止无功补偿装置和静止无功发生装置的无功控制方式；
步骤五、建立次同步振荡控制策略。
2.根据权利要求1所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法，其特征在于，步骤一中产生次同步振荡的影响因素包括：
因素一、网架结构与风机接入系统的方式及规模；
因素二、风机类型及风机控制模式；
因素三、静止无功补偿装置或静止无功发生装置的类型及控制模式；
因素四、网源运行方式。
3.根据权利要求1所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法，其特征在于，步骤二中调整电网运行方式的具体方法为：采用电磁环网运行，增加次同步振荡传播路径。
4.根据权利要求1所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法，其特征在于，步骤三中优化风机机端的无功控制方式的具体方法为：将同一电网系统中所有风电场风机功率因数均设置为恒功率因数1的模式，保证风机在运行过程中机端无功出力恒为0，优化含风电场、风机、风电场汇集站、直流系统及220kV交流系统在内的统一无功电压协调控制策略。
5.根据权利要求1所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法，其特征在于，步骤四中优化静止无功补偿装置和静止无功发生装置的无功控制方式的具体方法包括一下步骤：
步骤四一、将具有抑制功能的静止无功发生装置投入自动方式，其余的静止无功补偿装置和静止无功发生装置均投入固定补偿模式；
步骤四二、调整动态无功补偿设备反馈模式；
步骤四三、调整静止无功补偿装置和静止无功发生装置的控制母线，将其由高压改为低压；
步骤四四、改变静止无功补偿装置和静止无功发生装置的比例系数与积分时间常数。
6.根据权利要求1所述的一种电网系统次同步振荡防线建立方法，其特征在于，步骤五中的次同步振荡控制策略是基于次同步控制系统实现的；
所述次同步控制系统包括模拟量采集模块(1)、坏数据检测模块(2)、特征频率计算模块(3)、动作判断模块(4)、振荡启动模块(5)、振荡告警模块(6)和振荡动作模块(7)；
模拟量采集模块(1)，用于采集电网系统的模拟量信号；
坏数据检测模块(2)，用于接收模拟量采集模块(1)采集的模拟量信号，检测电网系统的电压和电流，输出检测信号；
特征频率计算模块(3)，用于利用prony算法，解析出检测信号的幅值、相位、阻尼因子和频率，从而计算出检测信号的功率波动量，并输出波动量信号；
动作判断模块(4)，用于接收检测信号和波动量信号，并分别对检测信号和波动量信号进行判断，确定出电网系统的振荡频率；如果电网系统的振荡频率接近第一阈值时，动作判断模块(4)输出振荡启动信号；如果电网系统的振荡频率接近第二阈值时，动作判断模块(4)输出振荡告警信号；如果电网系统的振荡频率接近第三阈值时，动作判断模块(4)输出振荡动作信号；所述第三阈值大于第二阈值，第二阈值大于第一阈值；
振荡启动模块(5)，用于接收振荡启动信号，并根据该信号切除电网系统中单个站内最大的风电场；
振荡告警模块(6)，用于接收振荡告警信号，并根据该信号切除电网系统中单个汇集站全部风电场；
振荡动作模块(7)，用于接收振荡动作信号，并根据该信号切除电网系统中一定比例的风电场。
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