主动防止风电场内机组同时低压脱扣的控制方法
专利名称：主动防止风电场内机组同时低压脱扣的控制方法
主动防止风电场内机组同时低压脱扣的控制方法技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域。
技术背景
随着制造成本的不断下降和节能减排政策的深入推进，风电作为一种技术成熟的 清洁能源，装机容量得到了快速增长。然而风电的间歇性与相对不可控性使得系统备用紧 张，在一定程度上影响了电网的安全稳定运行，也给系统调度带来了较大压力。
风电机组低电压切机脱网是影响系统安全稳定运行较为明显的事件，当系统发生 较严重故障而引发大面积电压跌落时，集中运行的风电机组可能在短时内大范围脱网停机 (即脱扣运行)，产生链锁反应并可能对系统形成二次冲击，极易导致功率缺额现象发生，甚 至会诱发系统振荡和电压崩溃。目前，世界各国均推出了一系列的风电场运行导则，其中 均较详细地规定了风电机组的低电压穿越能力，即在风电场并网点电压跌落时，要求风电 机组在特定的时间间隔内应具有保持并网运行能力，甚至向电网提供一定的无功功率，支 持电网恢复电压，从而渡越整个低电压时段，直到电网恢复正常。我国国家电网公司颁布 的《风电场接入电力系统技术规定》中明确要求对于风电装机容量占电源总容量比例大于 5%的省(自治区)级电力系统，其电力系统内新增运行的风电机组应具有低电压穿越能力。
目前我国绝大部分已投运的风电场机组均缺乏低电压穿越能力，且大部分风电场 仍处于还贷阶段，技术升级压力重，进行低电压穿越技术改造难度较大。基于我国电网结构 现状和以上分析，本发明提出了一种化被动为主动的控制方法，通过在风电场安装测控装 置，实时监测风电场并网点电压随时间变化的轨迹，作为系统无功紧急控制、主动切部分风 机或负荷控制措施的信息源，将实时得到的监控信息转化为主动的兼顾风电场与电网安全 的控制策略，以期在当前风电产业结构背景下可有效实现整体投资与收益的平衡。发明内容
本发明的目的是给出一种主动防止风电场内机组同时因低电压而脱扣的控制方 法，利用该控制方法可有效防止大量风电机组因低电压而同时脱扣。
本发明采用以下技术方案实现，包括下述步骤1)根据电网模型、参数和候选控制措施集，通过进行电网安全稳定分析，确定风电场并 网点电压跌落触发控制动作的电压跌落整定值met，根据该整定值在风电场低电压穿越要 求曲线上划出控制动作区，并确定每一项控制措施的动作时间；2)通过安装在风电场的测控装置，实时监视风电场并网点电压随时间变化的轨迹；3)将风电场并网点电压轨迹与风电场低电压穿越要求曲线进行分析比较；4)当风电场并网点电压轨迹连续落在控制动作区内达到一定时间后，按各控制措施的 动作优先次序，主动采取无功紧急控制、主动切部分风机或切除部分负荷等措施；有关主动的无功紧急控制、主动切部分风机和切负荷控制措施的先后顺序，可通过设 置不同的动作时间来实现，其中，优先采用无功紧急控制措施，只有在所有可用的无功控制措施用尽情况下，再主动切部分风机，最后再考虑切负荷；5)当风电场并网点电压实时轨迹落在控制动作区外，立即闭锁控制动作；6)返回步骤2)。
对于步骤4)具体包括，无功紧急控制措施中，主要考虑风电场变电站和汇集站内 的静止无功补偿(SVC)等快速无功补偿设备，当风电场并网点电压轨迹连续落在控制区域 内达到一定时间后触发上述设备动作，本策略作为该类无功补偿设备常规控制策略的补 充，可起到快速控制风电场并网点电压的功效。
无功紧急控制措施全部用完后，风电场并网点电压轨迹如仍落在控制区域内且持 续一定时间后，则考虑将部分对系统没有无功贡献能力、性价比较低的风机优先切除，从而 达到牺牲局部，保全整体的目的。
切负荷有两种途径，一种是风电场与某些用户签订协议，这些用户负荷可在风电 场低电压危险期间被切除，当风电场渡越低电压危险期后，给予这些用户用电或经济上的 补偿；另一种是通过相应的稳定控制系统，按照预先设置的切负荷优先顺序，逐一切除相应 负荷，直到风电场并网点电压实时轨迹脱离控制区域为止，其中切负荷的优先顺序可按照 切负荷点对风电场母线电压的灵敏度和重要性等级预先设置好。
当风电场并网点电压轨迹落在控制区内，主动实施无功紧急控制、主动切部分风 机或主动切除部分负荷的目的，是通过提供无功支撑，或减少功率流动，或减少无功消耗， 进而有效防止风电场内大量风电机组因低电压而同时脱扣；其中控制动作区由以下三段曲 线围成0—&区域的风电场低电压穿越要求曲线，将0—&区域的风电场低电压穿越要求 曲线向上平移步骤1)所确定整定值met后的曲线，风电场并网点电压等于90%额定电压 的电压直线，具体如图2所示。
有益效果本发明作为一种主动控制方法，将风电场并网点电压实测轨迹等监控信息，作为执行 系统无功紧急控制、主动切除部分风电机组或切负荷控制的信息源，进而将实时的监控信 息，转化为能兼顾风电场与电网安全的全局控制方法和控制策略。通过采取这种主动防止 风电场内大量风电机组同时因低压而脱扣的控制措施，一方面可延长风电机组使用寿命， 减少开停机损耗，另一方面也可提高风电场有效运行时间，有利于提高电网的节能减排效 益，第三，可避免在风电发电所占比重较大电网内因风电并网点电压跌落导致大量风电机 组跳闸后而引起系统内出现严重的功率缺额事故。
图1是中国《风电场接入电力系统技术规定》关于风电场低电压穿越要求。
图2是本发明控制方案原理图。
图3是本发明控制方案流程图。
具体实施方式
下面结合附图3对本发明中的具体实施方式
作进一步详细说明。
附图3中步骤1描述的是根据电网模型、参数和候选控制措施集，通过预先进行电 网安全稳定评估，确定风电场并网点电压跌落触发控制动作的电压跌落整定值het，根据该整定值在风电场低电压穿越要求曲线上方划出控制动作区，并确定每一项控制措施的动 作时间；附图3中步骤2描述的是电力系统运行过程中，由安装在风电场的测控装置实时监测 风电场并网点电压随时间的变化轨迹；附图3中步骤3描述的是，将风电场并网点电压实测轨迹与风电场低电压穿越要求曲 线进行分析比较；附图3中步骤4描述的是，依据步骤3中的比较结果，当风电场并网点电压轨迹落在控 制动作区内且达到一定时间后，按控制措施的动作时间主动实施无功紧急控制、主动切部 分风机或切除部分负荷等措施；附图3中步骤5描述的是，当风电场并网点电压实测轨迹落在控制动作区外，立即闭锁 本主动控制系统的动作出口；步骤4中，在无功紧急控制、切部分低性价比风机与切负荷三个可选控制措施中，建议 优先采用无功紧急控制措施，在系统中所有已安排的无功紧急控制措施用尽时，其次考虑 切部分低性价比风机，最后再考虑切负荷控制措施。其中无功紧急控制是将风电场变电站 和汇集站内静止无功补偿装置(SVC)等快速动作无功补偿设备按预定的策略统一协调和控 制；切部分低性价比风机措施则是考虑采取主动切除部分无无功发出能力且效率不高的风 电机组；切负荷有两种方案，一是风电场与某些负荷用户事先签订好协议，这类负荷可在风 电场低电压危险期间被切除，风电场在渡越危险期后则可给予这些用户一定的用电或经济 补偿；另一种是通过相应的稳定控制系统，按预先设置好的切负荷顺序切除相应负荷，直到 风电场母线电压满足要求。
权利要求
1.主动防止风电场内机组同时低压脱扣的控制方法，其特征在于，包括以下步骤1)根据电网模型、参数和候选控制措施集，进行电网安全稳定评估，确定风电场并网点 电压跌落触发控制动作的电压跌落整定值met，根据该整定值在风电场低电压穿越要求曲 线上划出控制动作区，并确定每一项控制措施的动作时间；2)通过安装在风电场的测控装置，实时监视风电场并网点电压随时间变化的轨迹；3)将风电场并网点电压轨迹与风电场低电压穿越要求曲线进行分析比较；4)当风电场并网点电压轨迹连续落在控制动作区内达到一定时间后，按各控制措施的 优先动作时序，主动实施无功紧急控制、主动切部分风机或切除部分负荷等措施；5)当风电场并网点电压轨迹落在控制动作区外，立即闭锁控制动作；6)返回步骤2)。
2.根据权利1要求所述的主动防止风电场机组同时低压脱扣的控制方法，其特征在 于，所述主动实施无功紧急控制是使用风电场变电站和汇集站内的静止无功补偿(SVC)快 速无功补偿设备，当风电场并网点电压轨迹连续落在控制区域内达到一定时间后触发上述 设备动作。
3.根据权利1要求所述的主动防止风电场机组同时低压脱扣的控制方法，其特征在 于，控制动作区由以下三段曲线围成0—&区域的风电场低电压穿越要求曲线，将 区域的风电场低电压穿越要求曲线向上平移步骤1)所确定整定值met后的曲线，风电场 并网点电压等于90 %额定电压的电压直线。
全文摘要
本发明属电力系统及其自动化技术领域，提出了一种主动防止风电场内机组同时低压脱扣的控制方法，即在电力系统运行过程中，通过安装在风电场的测控装置，实时监视风电场并网点电压随时间变化的轨迹，并与风电场低电压穿越要求曲线进行比较，当并网点电压轨迹落在动作区域且持续一定时间时，通过采取主动的无功控制、切部分风机或切负荷控制策略，来有效防止风电场内机组发生同时低压脱扣，从而阻止因并网点电压跌落向功率缺额事故的演化。
文档编号H02J3/38GK102035217SQ20101059880
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者任先成, 刘福锁, 周霞, 张振宇, 方勇杰, 杨卫东, 柯贤波, 牛拴保, 范越, 霍超 申请人:国网电力科学研究院, 西北电网有限公司
主动防止风电场内机组同时低压脱扣的控制方法技术领域
本发明属于电力系统及其自动化技术领域。
技术背景
随着制造成本的不断下降和节能减排政策的深入推进，风电作为一种技术成熟的 清洁能源，装机容量得到了快速增长。然而风电的间歇性与相对不可控性使得系统备用紧 张，在一定程度上影响了电网的安全稳定运行，也给系统调度带来了较大压力。
风电机组低电压切机脱网是影响系统安全稳定运行较为明显的事件，当系统发生 较严重故障而引发大面积电压跌落时，集中运行的风电机组可能在短时内大范围脱网停机 (即脱扣运行)，产生链锁反应并可能对系统形成二次冲击，极易导致功率缺额现象发生，甚 至会诱发系统振荡和电压崩溃。目前，世界各国均推出了一系列的风电场运行导则，其中 均较详细地规定了风电机组的低电压穿越能力，即在风电场并网点电压跌落时，要求风电 机组在特定的时间间隔内应具有保持并网运行能力，甚至向电网提供一定的无功功率，支 持电网恢复电压，从而渡越整个低电压时段，直到电网恢复正常。我国国家电网公司颁布 的《风电场接入电力系统技术规定》中明确要求对于风电装机容量占电源总容量比例大于 5%的省(自治区)级电力系统，其电力系统内新增运行的风电机组应具有低电压穿越能力。
目前我国绝大部分已投运的风电场机组均缺乏低电压穿越能力，且大部分风电场 仍处于还贷阶段，技术升级压力重，进行低电压穿越技术改造难度较大。基于我国电网结构 现状和以上分析，本发明提出了一种化被动为主动的控制方法，通过在风电场安装测控装 置，实时监测风电场并网点电压随时间变化的轨迹，作为系统无功紧急控制、主动切部分风 机或负荷控制措施的信息源，将实时得到的监控信息转化为主动的兼顾风电场与电网安全 的控制策略，以期在当前风电产业结构背景下可有效实现整体投资与收益的平衡。发明内容
本发明的目的是给出一种主动防止风电场内机组同时因低电压而脱扣的控制方 法，利用该控制方法可有效防止大量风电机组因低电压而同时脱扣。
本发明采用以下技术方案实现，包括下述步骤1)根据电网模型、参数和候选控制措施集，通过进行电网安全稳定分析，确定风电场并 网点电压跌落触发控制动作的电压跌落整定值met，根据该整定值在风电场低电压穿越要 求曲线上划出控制动作区，并确定每一项控制措施的动作时间；2)通过安装在风电场的测控装置，实时监视风电场并网点电压随时间变化的轨迹；3)将风电场并网点电压轨迹与风电场低电压穿越要求曲线进行分析比较；4)当风电场并网点电压轨迹连续落在控制动作区内达到一定时间后，按各控制措施的 动作优先次序，主动采取无功紧急控制、主动切部分风机或切除部分负荷等措施；有关主动的无功紧急控制、主动切部分风机和切负荷控制措施的先后顺序，可通过设 置不同的动作时间来实现，其中，优先采用无功紧急控制措施，只有在所有可用的无功控制措施用尽情况下，再主动切部分风机，最后再考虑切负荷；5)当风电场并网点电压实时轨迹落在控制动作区外，立即闭锁控制动作；6)返回步骤2)。
对于步骤4)具体包括，无功紧急控制措施中，主要考虑风电场变电站和汇集站内 的静止无功补偿(SVC)等快速无功补偿设备，当风电场并网点电压轨迹连续落在控制区域 内达到一定时间后触发上述设备动作，本策略作为该类无功补偿设备常规控制策略的补 充，可起到快速控制风电场并网点电压的功效。
无功紧急控制措施全部用完后，风电场并网点电压轨迹如仍落在控制区域内且持 续一定时间后，则考虑将部分对系统没有无功贡献能力、性价比较低的风机优先切除，从而 达到牺牲局部，保全整体的目的。
切负荷有两种途径，一种是风电场与某些用户签订协议，这些用户负荷可在风电 场低电压危险期间被切除，当风电场渡越低电压危险期后，给予这些用户用电或经济上的 补偿；另一种是通过相应的稳定控制系统，按照预先设置的切负荷优先顺序，逐一切除相应 负荷，直到风电场并网点电压实时轨迹脱离控制区域为止，其中切负荷的优先顺序可按照 切负荷点对风电场母线电压的灵敏度和重要性等级预先设置好。
当风电场并网点电压轨迹落在控制区内，主动实施无功紧急控制、主动切部分风 机或主动切除部分负荷的目的，是通过提供无功支撑，或减少功率流动，或减少无功消耗， 进而有效防止风电场内大量风电机组因低电压而同时脱扣；其中控制动作区由以下三段曲 线围成0—&区域的风电场低电压穿越要求曲线，将0—&区域的风电场低电压穿越要求 曲线向上平移步骤1)所确定整定值met后的曲线，风电场并网点电压等于90%额定电压 的电压直线，具体如图2所示。
有益效果本发明作为一种主动控制方法，将风电场并网点电压实测轨迹等监控信息，作为执行 系统无功紧急控制、主动切除部分风电机组或切负荷控制的信息源，进而将实时的监控信 息，转化为能兼顾风电场与电网安全的全局控制方法和控制策略。通过采取这种主动防止 风电场内大量风电机组同时因低压而脱扣的控制措施，一方面可延长风电机组使用寿命， 减少开停机损耗，另一方面也可提高风电场有效运行时间，有利于提高电网的节能减排效 益，第三，可避免在风电发电所占比重较大电网内因风电并网点电压跌落导致大量风电机 组跳闸后而引起系统内出现严重的功率缺额事故。
图1是中国《风电场接入电力系统技术规定》关于风电场低电压穿越要求。
图2是本发明控制方案原理图。
图3是本发明控制方案流程图。
具体实施方式
下面结合附图3对本发明中的具体实施方式
作进一步详细说明。
附图3中步骤1描述的是根据电网模型、参数和候选控制措施集，通过预先进行电 网安全稳定评估，确定风电场并网点电压跌落触发控制动作的电压跌落整定值het，根据该整定值在风电场低电压穿越要求曲线上方划出控制动作区，并确定每一项控制措施的动 作时间；附图3中步骤2描述的是电力系统运行过程中，由安装在风电场的测控装置实时监测 风电场并网点电压随时间的变化轨迹；附图3中步骤3描述的是，将风电场并网点电压实测轨迹与风电场低电压穿越要求曲 线进行分析比较；附图3中步骤4描述的是，依据步骤3中的比较结果，当风电场并网点电压轨迹落在控 制动作区内且达到一定时间后，按控制措施的动作时间主动实施无功紧急控制、主动切部 分风机或切除部分负荷等措施；附图3中步骤5描述的是，当风电场并网点电压实测轨迹落在控制动作区外，立即闭锁 本主动控制系统的动作出口；步骤4中，在无功紧急控制、切部分低性价比风机与切负荷三个可选控制措施中，建议 优先采用无功紧急控制措施，在系统中所有已安排的无功紧急控制措施用尽时，其次考虑 切部分低性价比风机，最后再考虑切负荷控制措施。其中无功紧急控制是将风电场变电站 和汇集站内静止无功补偿装置(SVC)等快速动作无功补偿设备按预定的策略统一协调和控 制；切部分低性价比风机措施则是考虑采取主动切除部分无无功发出能力且效率不高的风 电机组；切负荷有两种方案，一是风电场与某些负荷用户事先签订好协议，这类负荷可在风 电场低电压危险期间被切除，风电场在渡越危险期后则可给予这些用户一定的用电或经济 补偿；另一种是通过相应的稳定控制系统，按预先设置好的切负荷顺序切除相应负荷，直到 风电场母线电压满足要求。
权利要求
1.主动防止风电场内机组同时低压脱扣的控制方法，其特征在于，包括以下步骤1)根据电网模型、参数和候选控制措施集，进行电网安全稳定评估，确定风电场并网点 电压跌落触发控制动作的电压跌落整定值met，根据该整定值在风电场低电压穿越要求曲 线上划出控制动作区，并确定每一项控制措施的动作时间；2)通过安装在风电场的测控装置，实时监视风电场并网点电压随时间变化的轨迹；3)将风电场并网点电压轨迹与风电场低电压穿越要求曲线进行分析比较；4)当风电场并网点电压轨迹连续落在控制动作区内达到一定时间后，按各控制措施的 优先动作时序，主动实施无功紧急控制、主动切部分风机或切除部分负荷等措施；5)当风电场并网点电压轨迹落在控制动作区外，立即闭锁控制动作；6)返回步骤2)。
2.根据权利1要求所述的主动防止风电场机组同时低压脱扣的控制方法，其特征在 于，所述主动实施无功紧急控制是使用风电场变电站和汇集站内的静止无功补偿(SVC)快 速无功补偿设备，当风电场并网点电压轨迹连续落在控制区域内达到一定时间后触发上述 设备动作。
3.根据权利1要求所述的主动防止风电场机组同时低压脱扣的控制方法，其特征在 于，控制动作区由以下三段曲线围成0—&区域的风电场低电压穿越要求曲线，将 区域的风电场低电压穿越要求曲线向上平移步骤1)所确定整定值met后的曲线，风电场 并网点电压等于90 %额定电压的电压直线。
全文摘要
本发明属电力系统及其自动化技术领域，提出了一种主动防止风电场内机组同时低压脱扣的控制方法，即在电力系统运行过程中，通过安装在风电场的测控装置，实时监视风电场并网点电压随时间变化的轨迹，并与风电场低电压穿越要求曲线进行比较，当并网点电压轨迹落在动作区域且持续一定时间时，通过采取主动的无功控制、切部分风机或切负荷控制策略，来有效防止风电场内机组发生同时低压脱扣，从而阻止因并网点电压跌落向功率缺额事故的演化。
文档编号H02J3/38GK102035217SQ20101059880
公开日2011年4月27日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者任先成, 刘福锁, 周霞, 张振宇, 方勇杰, 杨卫东, 柯贤波, 牛拴保, 范越, 霍超 申请人:国网电力科学研究院, 西北电网有限公司
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