CN112910003A - 新能源发电机组并网运行实时监测系统及其故障控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，包括第一层的监控主站、与监控主站通过区域电网主干线路连接的第二层区域电网、与区域电网通过电站主干线路连接的第三层电站、与电站通过机组主干线路连接的第四层机组和用于各层之间数据传输的联络线；并且包括了该新能源发电机组并网运行实时监测系统的故障控制方法。本发明通过新能源机组分层监测和控制相结合，即可达到全网所有机组的统一协调监测控制，精准柔性停机，也可以对事后反推分析振荡的原因提供仿真数据，解决了由于新能源场站引起的系统振荡问题。

Description

新能源发电机组并网运行实时监测系统及其故障控制方法

技术领域

本发明涉及电网监测技术领域，特别涉及一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，并且涉及其故障控制方法。

背景技术

新能源发电并网系统在电网中占比不断升高，现阶段电网管理通常将其列为受控电流源型发电设备，根据电网的需求进行有功和无功的输出。虽然新能源单机尤其是风机的单机容量逐年的增大，电站装机容量也屡创新高，但是相较于传统能源，还是具有容量小，点分散以及不易控制等特点。近几年由于电网的网架结构发生了变化，对于新能源发电系统也有了新的需求，具体为低电压穿越、过电压穿越以及频率穿越等暂态要求以及一次调频等稳态要求等。虽然新能源并网性能不断提升，但是其本身的受控电流源型发电以及电力电子器件并网等特性并未改变。

目前新能源单机详细的数学模型，尤其是锁相部分并未能够在电力系统仿真中能够起到指导性的作用，这就导致当系统发生小的扰动故障时，新能源单机在进行应激性反应对于系统的扰动形成负反馈，有时会加剧扰动的幅值以及时长，从而可能造成电网系统与新能源电站之间或者联络线的同步或者超同步振荡的发生。

进而，针对电网系统在出现次同步或者超同步振荡时，会危及到同步发电机的转子，一般保护同步发电机的方式为关停同步机，当系统振荡消失后再重新启动；针对采取在联络线增加串联电容，减小系统阻抗，而降低振荡的发生概率；针对新能源电站采取的逐步关停，而减少由于新能源电站引起的振荡；针对在大的发散式振荡，只能解列系统，减少振荡带来的危害；针对现有的电力系统监测的范围仅仅是新能源电站的并网点，对于电厂内部的新能源机组并不全面，导致当振荡发生时只能粗放的切厂、切联络线直至振荡的消失，有时候的这种操作会造成新能源机组形成孤岛造成元器件的损坏等现象。

因此，对于新能源机组的阻抗特性以及并网特性的实时监测就会变得极为重要，也是焦点和难点。而如何有效的对新能源占比较高的地区进行统一协调的监视，保证系统扰动时候减少振荡的发生成为了一项重要的研究课题。

发明内容

本发明的第一方面提供了一种新能源发电机组并网运行实时监测系统的具体结构，包括第一层的监控主站、与监控主站通过区域电网主干线路连接的第二层区域电网、与区域电网通过电站主干线路连接的第三层电站、与电站通过机组主干线路连接的第四层机组和用于各层之间数据传输的联络线；所述机组为一组机组1以上的n组机组n构成，且与上一级电站并联连接而组成的电站1；所述电站为一个电站1以上的n个电站n构成，且与上一级区域电网并联连接而组成的区域电网1；所述区域电网为一个区域电网1以上的n个区域电网n构成，且与上一级监控主站所连接；并且所述监控主站通过联络线获得下一层位置内的区域电网、电站和机组任意一层所在位置电气的实时数据信息，所述区域电网通过联络线获得下一层位置内的电站和机组任意一层所在位置电气的实时数据信息，从而实现对整个新能源发电机组并网系统数据的统计分析目的，同时对于其中发生振源点的故障电气发出干预控制指令，从而对其进行紧急停机，避免了对整个新能源发电机组并网系统而产生的冲击和故障影响。

进一步的，所述监控主站包括电网电气监控信息模块、电网电气信息统计模块、电网控制模块和电网设置模块；所述电网监控电气信息模块用于监控各区域电网的关键节点的电气信息，所述电网统计电气信息模块用于统计各区域电网的所有级别的电气信息，所述电网控制模块用于向区域电网和/或电站发出干预控制指令，从而对故障机组进行紧急停机；所述电网设置模块用于配置网络参数和控制指令的编程。

进一步的，所述区域电网包括电站电气信息采集模块、电站电气信息统计模块、电站控制模块和电站设置模块；所述电站电气信息采集模块用于监控共用一个联络线连接到区域电网主干线路所有电站关键节点的电气信息，所述电站电气信息统计模块用于统计区域电网内所有电站的电气信息，所述电站控制模块用于向电站发出干预控制指令，从而对故障机组进行紧急停机；所述电站设置模块用于配置网络参数和控制指令的编程。

进一步的，所述电站电气信息采集模块用于监控共用一个联络线连接到区域电网主干线路所有电站关键节点的电气信息的技术方案，可以由电站电气信息采集模块用于监控共同经过一个升压站连接到区域电网主干线路所有电站关键节点的电气信息的技术方案替代。

进一步的，所述电站包括机组电气信息采集模块、机组电气信息统计模块、机组控制模块和机组设置模块；所述机组电气信息采集模块用于监控各机组并网点及汇集线的关键节点的电气信息，所述机组电气信息统计模块用于统计各机组的电气信息，所述机组控制模块用于向机组发出干预控制指令，从而对故障机组进行紧急停机；所述机组设置模块用于配置网络参数和控制指令的编程。

进一步的，所述机组设置有采集其所在端所有电气信息的传感器端，包括电压、电流波形及相角传感器、谐波及间谐波传感器、有功及无功传感器和其他数据传感器，从而采集电压、电流波形、相角、谐波、间谐波、有功、无功及温湿度等其他数据的电气信息。

优选的，所述联络线可以由网络双绞线、同轴线缆和无线载波等的任意一种方式替代，或者以任意组合的方式替代，从而达到因地制宜、灵活组网和成本控制的目的。

本发明的第二方面提供了一种新能源发电机组并网运行实时监测系统的故障控制方法：

第一、在新能源发电机组并网运行实时监测系统在处于正常运行状态时，

监控主站实时监控第二层区域电网主干线路以及通过联络线连接的第三层电站和第四层机组的电气信息，同时统计所有区域电网、电站以及机组的信息，并且对下层系统的数据信息进行设置和干预控制。

第二、在新能源发电机组存在故障时，可以通过以下方式实现对电网的干预控制，

S1、对于监控主站采取的控制方法为：

监控主站判断第二层区域电网所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在区域电网，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；

或者，监控主站判断第三层电站所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在电站，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；

或者，监控主站判断第四层机组所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在机组，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机。

S2、对于区域电网采取的控制方法为：

区域电网判断第三层电站所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在电站，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；同时，将故障数据向监控主站传送；

或者，区域电网判断第四层机组所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在机组，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；同时，将故障数据向区域电网和监控主站传送。

S3、对于电站采取的控制方法为：

电站判断第四层机组所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在机组，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；同时，将故障数据向区域电网和监控主站传送。

第三、电网的进一步优化设置，

通过上述新能源发电机组并网运行实时监测系统的故障控制方法，可以根据实际需要而进行不同紧急停机控制指令的设置，即：

S1、在小的电网架构可以减少层级进行统计和监测，并通过直控的方式对振源点的机组进行紧急停机；

S2、在大的电网架构可以根据需要分级统计和监测，并可分配下发给振源点区域电网停机容量，由区域电网下达紧急停机命令。

S3、同样的，也可以由电站下发紧急停机命令。

第四、电网的故障分析，

当对振源点故障的处理直至振荡消失后，电网管理人员继而由区域电网或者主站调取实时机组以及关键节点的实时录波，进行机组模型的分析，发现问题后调整机组参数或者更改机组并网策略，达到减小下一次发生振荡的概率。

实施本发明所述的新能源发电机组并网运行实时监测系统及其故障控制方法，具有以下有益效果：

新能源发电机组并网运行实时监测系统实现了在线实时监测电网系统所有关键节点尤其是新能源机组的电压、电流波形、相角、谐波、间谐波、有功、无功等信息；新能源发电机组并网运行实时监测系统的故障控制方法实现了对所有信息进行分层处理，当发生振荡初期，能够精准判断出振荡的起始点以及周期，对于产生振荡的机组进行柔性机，从而减少系统的停机范围，缩小停机规模，降低停电损失。

通过新能源机组分层监测和控制相结合，即可达到全网所有机组的统一协调监测控制，精准柔性停机，也可以对事后反推分析振荡的原因提供仿真数据，解决了由于新能源场站引起的系统振荡问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：新能源发电机组并网运行实时监测系统结构示意图；

图2：监控主站结构示意图；

图3：区域电网结构示意图；

图4：电站结构示意图；

图5：机组结构示意图；

图6：新能源发电机组并网运行实时监测系统故障控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图1，本发明的第一方面所要说明的是新能源发电机组并网运行实时监测系统的具体结构，即：

该新能源发电机组并网运行实时监测系统包括第一层的监控主站、与监控主站通过区域电网主干线路连接的第二层区域电网、与区域电网通过电站主干线路连接的第三层电站、与电站通过机组主干线路连接的第四层机组和用于各层之间数据传输的联络线；所述机组为一组机组1以上的n组机组n构成，且与上一级电站并联连接而组成的电站1；所述电站为一个电站1以上的n个电站n构成，且与上一级区域电网并联连接而组成的区域电网1；所述区域电网为一个区域电网1以上的n个区域电网n构成，且与上一级监控主站所连接；并且所述监控主站通过联络线获得下一层位置内的区域电网、电站和机组任意一层所在位置电气的实时数据信息，所述区域电网通过联络线获得下一层位置内的电站和机组任意一层所在位置电气的实时数据信息，从而实现对整个新能源发电机组并网系统数据的统计分析目的，同时对于其中发生振源点的故障电气发出干预控制指令，从而对其进行紧急停机，避免了对整个新能源发电机组并网系统而产生的冲击和故障影响。

结合附图2，所述监控主站的具体结构如下：

所述监控主站包括电网电气监控信息模块、电网电气信息统计模块、电网控制模块和电网设置模块；所述电网监控电气信息模块用于监控各区域电网的关键节点的电气信息，所述电网统计电气信息模块用于统计各区域电网的所有级别的电气信息，所述电网控制模块用于向区域电网和/或电站发出干预控制指令，从而对故障机组进行紧急停机；所述电网设置模块用于配置网络参数和控制指令的编程。

结合附图3，所述区域电网的具体结构如下：

所述区域电网包括电站电气信息采集模块、电站电气信息统计模块、电站控制模块和电站设置模块；所述电站电气信息采集模块用于监控共用一个联络线连接到区域电网主干线路所有电站关键节点的电气信息，所述电站电气信息统计模块用于统计区域电网内所有电站的电气信息，所述电站控制模块用于向电站发出干预控制指令，从而对故障机组进行紧急停机；所述电站设置模块用于配置网络参数和控制指令的编程。

进一步的，所述电站电气信息采集模块用于监控共用一个联络线连接到区域电网主干线路所有电站关键节点的电气信息的技术方案，可以由电站电气信息采集模块用于监控共同经过一个升压站连接到区域电网主干线路所有电站关键节点的电气信息的技术方案替代。

结合附图4，所述电站的具体结构如下：

所述电站包括机组电气信息采集模块、机组电气信息统计模块、机组控制模块和机组设置模块；所述机组电气信息采集模块用于监控各机组并网点及汇集线的关键节点的电气信息，所述机组电气信息统计模块用于统计各机组的电气信息，所述机组控制模块用于向机组发出干预控制指令，从而对故障机组进行紧急停机；所述机组设置模块用于配置网络参数和控制指令的编程。

结合附图5，所述机组的具体结构如下：

所述机组设置有采集其所在端所有电气信息的传感器端，包括电压、电流波形及相角传感器、谐波及间谐波传感器、有功及无功传感器和其他数据传感器，从而采集电压、电流波形、相角、谐波、间谐波、有功、无功及温湿度等其他数据的电气信息。

作为上述实施例中优选的技术方案，所述联络线可以由网络双绞线、同轴线缆和无线载波等的任意一种方式替代，或者以任意组合的方式替代，从而达到因地制宜、灵活组网和成本控制的目的。

结合附图6，本发明的第二方面所要说明的是新能源发电机组并网运行实时监测系统的故障控制方法，即：

在新能源发电机组并网运行实时监测系统在处于正常运行状态时，

监控主站实时监控第二层区域电网主干线路以及通过联络线连接的第三层电站和第四层机组的电气信息，同时统计所有区域电网、电站以及机组的信息，并且对下层系统的数据信息进行设置和干预控制。

在新能源发电机组存在故障时，

S1、对于监控主站采取的控制方法为：

监控主站判断第二层区域电网所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在区域电网，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；

或者，监控主站判断第三层电站所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在电站，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；

或者，监控主站判断第四层机组所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在机组，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；

S2、对于区域电网采取的控制方法为：

区域电网判断第三层电站所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在电站，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；同时，将故障数据向监控主站传送；

或者，区域电网判断第四层机组所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在机组，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；同时，将故障数据向区域电网和监控主站传送；

S3、对于电站采取的控制方法为：

电站判断第四层机组所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在机组，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；同时，将故障数据向区域电网和监控主站传送。

通过上述新能源发电机组并网运行实时监测系统的故障控制方法，可以根据实际需要而进行不同紧急停机控制指令的设置：

在小的电网架构可以减少层级进行统计和监测，并通过直控的方式对振源点的机组进行紧急停机；

在大的电网架构可以根据需要分级统计和监测，并可分配下发给振源点区域电网停机容量，由区域电网下达紧急停机命令。

同样的，也可以由电站下发紧急停机命令。

当对振源点故障的处理直至振荡消失后，电网管理人员继而由区域电网或者主站调取实时机组以及关键节点的实时录波，进行机组模型的分析，发现问题后调整机组参数或者更改机组并网策略，达到减小下一次发生振荡的概率。

通过新能源机组分层监测和控制相结合，即可达到全网所有机组的统一协调监测控制，精准柔性停机，也可以对事后反推分析振荡的原因提供仿真数据，解决了由于新能源场站引起的系统振荡问题。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (8)

1.一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，其特征在于，包括第一层的监控主站、与监控主站通过区域电网主干线路连接的第二层区域电网、与区域电网通过电站主干线路连接的第三层电站、与电站通过机组主干线路连接的第四层机组和用于各层之间数据传输的联络线；所述机组为一组机组1以上的n组机组n构成，且与上一级电站并联连接而组成的电站1；所述电站为一个电站1以上的n个电站n构成，且与上一级区域电网并联连接而组成的区域电网1；所述区域电网为一个区域电网1以上的n个区域电网n构成，且与上一级监控主站所连接；并且所述监控主站通过联络线获得下一层位置内的区域电网、电站和机组任意一层所在位置电气的实时数据信息，所述区域电网通过联络线获得下一层位置内的电站和机组任意一层所在位置电气的实时数据信息，从而实现对整个新能源发电机组并网系统数据的统计分析目的，同时对于其中发生振源点的故障电气发出干预控制指令，从而对其进行紧急停机，避免了对整个新能源发电机组并网系统而产生的冲击和故障影响。

2.根据权利要求1所述的一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，其特征在于，所述监控主站包括电网电气监控信息模块、电网电气信息统计模块、电网控制模块和电网设置模块；所述电网监控电气信息模块用于监控各区域电网的关键节点的电气信息，所述电网统计电气信息模块用于统计各区域电网的所有级别的电气信息，所述电网控制模块用于向区域电网和/或电站发出干预控制指令，从而对故障机组进行紧急停机；所述电网设置模块用于配置网络参数和控制指令的编程。

3.根据权利要求1所述的一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，其特征在于，所述区域电网包括电站电气信息采集模块、电站电气信息统计模块、电站控制模块和电站设置模块；所述电站电气信息采集模块用于监控共用一个联络线连接到区域电网主干线路所有电站关键节点的电气信息，所述电站电气信息统计模块用于统计区域电网内所有电站的电气信息，所述电站控制模块用于向电站发出干预控制指令，从而对故障机组进行紧急停机；所述电站设置模块用于配置网络参数和控制指令的编程。

4.根据权利要求3所述的一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，其特征在于，所述电站电气信息采集模块用于监控共用一个联络线连接到区域电网主干线路所有电站关键节点的电气信息的技术方案，可以由电站电气信息采集模块用于监控共同经过一个升压站连接到区域电网主干线路所有电站关键节点的电气信息的技术方案替代。

5.根据权利要求1所述的一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，其特征在于，所述电站包括机组电气信息采集模块、机组电气信息统计模块、机组控制模块和机组设置模块；所述机组电气信息采集模块用于监控各机组并网点及汇集线的关键节点的电气信息，所述机组电气信息统计模块用于统计各机组的电气信息，所述机组控制模块用于向机组发出干预控制指令，从而对故障机组进行紧急停机；所述机组设置模块用于配置网络参数和控制指令的编程。

6.根据权利要求1所述的一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，其特征在于，所述机组设置有采集其所在端所有电气信息的传感器端，包括电压、电流波形及相角传感器、谐波及间谐波传感器、有功及无功传感器和其他数据传感器，从而采集电压、电流波形、相角、谐波、间谐波、有功、无功及温湿度等其他数据的电气信息。

7.根据权利要求1至6所述的任一项一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，其特征在于，所述联络线可以由网络双绞线、同轴线缆和无线载波等的任意一种方式替代，或者以任意组合的方式替代。

8.根据权利要求7所述的一种新能源发电机组并网运行实时监测系统，其特征在于该新能源发电机组并网运行实时监测系统的故障控制方法：

第一、在新能源发电机组并网运行实时监测系统在处于正常运行状态时，

监控主站实时监控第二层区域电网主干线路以及通过联络线连接的第三层电站和第四层机组的电气信息，同时统计所有区域电网、电站以及机组的信息，并且对下层系统的数据信息进行设置和干预控制；

第二、在新能源发电机组存在故障时，可以通过以下方式实现对电网的干预控制，

S1、对于监控主站采取的控制方法为：

监控主站判断第二层区域电网所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在区域电网，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；

或者，监控主站判断第三层电站所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在电站，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；

或者，监控主站判断第四层机组所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在机组，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；

S2、对于区域电网采取的控制方法为：

区域电网判断第三层电站所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在电站，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；同时，将故障数据向监控主站传送；

或者，区域电网判断第四层机组所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在机组，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；同时，将故障数据向区域电网和监控主站传送；

S3、对于电站采取的控制方法为：

电站判断第四层机组所在电网系统的运行状态是否存在故障，在发生振荡故障时判断出发生振源点的所在机组，对其发出紧急停机控制指令从而完成紧急停机；同时，将故障数据向区域电网和监控主站传送；

第三、电网的进一步优化设置，

通过上述新能源发电机组并网运行实时监测系统的故障控制方法，可以根据实际需要而进行不同紧急停机控制指令的设置，即：

S1、在小的电网架构可以减少层级进行统计和监测，并通过直控的方式对振源点的机组进行紧急停机；

S2、在大的电网架构可以根据需要分级统计和监测，并可分配下发给振源点区域电网停机容量，由区域电网下达紧急停机命令；

S3、同样的，也可以由电站下发紧急停机命令；

第四、电网的故障分析，

当对振源点故障的处理直至振荡消失后，电网管理人员继而由区域电网或者主站调取实时机组以及关键节点的实时录波，进行机组模型的分析，发现问题后调整机组参数或者更改机组并网策略，达到减小下一次发生振荡的概率。

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