專利名稱：主動防止風電場內(nèi)機組同時低壓脫扣的控制方法
主動防止風電場內(nèi)機組同時低壓脫扣的控制方法技術領域
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動化技術領域。
技術背景
隨著制造成本的不斷下降和節(jié)能減排政策的深入推進，風電作為一種技術成熟的 清潔能源，裝機容量得到了快速增長。然而風電的間歇性與相對不可控性使得系統(tǒng)備用緊 張，在一定程度上影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，也給系統(tǒng)調(diào)度帶來了較大壓力。
風電機組低電壓切機脫網(wǎng)是影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行較為明顯的事件，當系統(tǒng)發(fā)生 較嚴重故障而引發(fā)大面積電壓跌落時，集中運行的風電機組可能在短時內(nèi)大范圍脫網(wǎng)停機 (即脫扣運行)，產(chǎn)生鏈鎖反應并可能對系統(tǒng)形成二次沖擊，極易導致功率缺額現(xiàn)象發(fā)生，甚 至會誘發(fā)系統(tǒng)振蕩和電壓崩潰。目前，世界各國均推出了一系列的風電場運行導則，其中 均較詳細地規(guī)定了風電機組的低電壓穿越能力，即在風電場并網(wǎng)點電壓跌落時，要求風電 機組在特定的時間間隔內(nèi)應具有保持并網(wǎng)運行能力，甚至向電網(wǎng)提供一定的無功功率，支 持電網(wǎng)恢復電壓，從而渡越整個低電壓時段，直到電網(wǎng)恢復正常。我國國家電網(wǎng)公司頒布 的《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》中明確要求對于風電裝機容量占電源總?cè)萘勘壤笥?5%的省(自治區(qū))級電力系統(tǒng)，其電力系統(tǒng)內(nèi)新增運行的風電機組應具有低電壓穿越能力。
目前我國絕大部分已投運的風電場機組均缺乏低電壓穿越能力，且大部分風電場 仍處于還貸階段，技術升級壓力重，進行低電壓穿越技術改造難度較大。基于我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)狀和以上分析，本發(fā)明提出了一種化被動為主動的控制方法，通過在風電場安裝測控裝 置，實時監(jiān)測風電場并網(wǎng)點電壓隨時間變化的軌跡，作為系統(tǒng)無功緊急控制、主動切部分風 機或負荷控制措施的信息源，將實時得到的監(jiān)控信息轉(zhuǎn)化為主動的兼顧風電場與電網(wǎng)安全 的控制策略，以期在當前風電產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)背景下可有效實現(xiàn)整體投資與收益的平衡。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種主動防止風電場內(nèi)機組同時因低電壓而脫扣的控制方 法，利用該控制方法可有效防止大量風電機組因低電壓而同時脫扣。
本發(fā)明采用以下技術方案實現(xiàn)，包括下述步驟1)根據(jù)電網(wǎng)模型、參數(shù)和候選控制措施集，通過進行電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析，確定風電場并 網(wǎng)點電壓跌落觸發(fā)控制動作的電壓跌落整定值met，根據(jù)該整定值在風電場低電壓穿越要 求曲線上劃出控制動作區(qū)，并確定每一項控制措施的動作時間；2)通過安裝在風電場的測控裝置，實時監(jiān)視風電場并網(wǎng)點電壓隨時間變化的軌跡；3)將風電場并網(wǎng)點電壓軌跡與風電場低電壓穿越要求曲線進行分析比較；4)當風電場并網(wǎng)點電壓軌跡連續(xù)落在控制動作區(qū)內(nèi)達到一定時間后，按各控制措施的 動作優(yōu)先次序，主動采取無功緊急控制、主動切部分風機或切除部分負荷等措施；有關主動的無功緊急控制、主動切部分風機和切負荷控制措施的先后順序，可通過設 置不同的動作時間來實現(xiàn)，其中，優(yōu)先采用無功緊急控制措施，只有在所有可用的無功控制措施用盡情況下，再主動切部分風機，最后再考慮切負荷；5)當風電場并網(wǎng)點電壓實時軌跡落在控制動作區(qū)外，立即閉鎖控制動作；6)返回步驟2)。
對于步驟4)具體包括，無功緊急控制措施中，主要考慮風電場變電站和匯集站內(nèi) 的靜止無功補償(SVC)等快速無功補償設備，當風電場并網(wǎng)點電壓軌跡連續(xù)落在控制區(qū)域 內(nèi)達到一定時間后觸發(fā)上述設備動作，本策略作為該類無功補償設備常規(guī)控制策略的補 充，可起到快速控制風電場并網(wǎng)點電壓的功效。
無功緊急控制措施全部用完后，風電場并網(wǎng)點電壓軌跡如仍落在控制區(qū)域內(nèi)且持 續(xù)一定時間后，則考慮將部分對系統(tǒng)沒有無功貢獻能力、性價比較低的風機優(yōu)先切除，從而 達到犧牲局部，保全整體的目的。
切負荷有兩種途徑，一種是風電場與某些用戶簽訂協(xié)議，這些用戶負荷可在風電 場低電壓危險期間被切除，當風電場渡越低電壓危險期后，給予這些用戶用電或經(jīng)濟上的 補償；另一種是通過相應的穩(wěn)定控制系統(tǒng)，按照預先設置的切負荷優(yōu)先順序，逐一切除相應 負荷，直到風電場并網(wǎng)點電壓實時軌跡脫離控制區(qū)域為止，其中切負荷的優(yōu)先順序可按照 切負荷點對風電場母線電壓的靈敏度和重要性等級預先設置好。
當風電場并網(wǎng)點電壓軌跡落在控制區(qū)內(nèi)，主動實施無功緊急控制、主動切部分風 機或主動切除部分負荷的目的，是通過提供無功支撐，或減少功率流動，或減少無功消耗， 進而有效防止風電場內(nèi)大量風電機組因低電壓而同時脫扣；其中控制動作區(qū)由以下三段曲 線圍成0—&區(qū)域的風電場低電壓穿越要求曲線，將0—&區(qū)域的風電場低電壓穿越要求 曲線向上平移步驟1)所確定整定值met后的曲線，風電場并網(wǎng)點電壓等于90%額定電壓 的電壓直線，具體如圖2所示。
有益效果本發(fā)明作為一種主動控制方法，將風電場并網(wǎng)點電壓實測軌跡等監(jiān)控信息，作為執(zhí)行 系統(tǒng)無功緊急控制、主動切除部分風電機組或切負荷控制的信息源，進而將實時的監(jiān)控信 息，轉(zhuǎn)化為能兼顧風電場與電網(wǎng)安全的全局控制方法和控制策略。通過采取這種主動防止 風電場內(nèi)大量風電機組同時因低壓而脫扣的控制措施，一方面可延長風電機組使用壽命， 減少開停機損耗，另一方面也可提高風電場有效運行時間，有利于提高電網(wǎng)的節(jié)能減排效 益，第三，可避免在風電發(fā)電所占比重較大電網(wǎng)內(nèi)因風電并網(wǎng)點電壓跌落導致大量風電機 組跳閘后而引起系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)嚴重的功率缺額事故。


圖1是中國《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》關于風電場低電壓穿越要求。
圖2是本發(fā)明控制方案原理圖。
圖3是本發(fā)明控制方案流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖3對本發(fā)明中的具體實施方式
作進一步詳細說明。
附圖3中步驟1描述的是根據(jù)電網(wǎng)模型、參數(shù)和候選控制措施集，通過預先進行電 網(wǎng)安全穩(wěn)定評估，確定風電場并網(wǎng)點電壓跌落觸發(fā)控制動作的電壓跌落整定值het，根據(jù)該整定值在風電場低電壓穿越要求曲線上方劃出控制動作區(qū)，并確定每一項控制措施的動 作時間；附圖3中步驟2描述的是電力系統(tǒng)運行過程中，由安裝在風電場的測控裝置實時監(jiān)測 風電場并網(wǎng)點電壓隨時間的變化軌跡；附圖3中步驟3描述的是，將風電場并網(wǎng)點電壓實測軌跡與風電場低電壓穿越要求曲 線進行分析比較；附圖3中步驟4描述的是，依據(jù)步驟3中的比較結(jié)果，當風電場并網(wǎng)點電壓軌跡落在控 制動作區(qū)內(nèi)且達到一定時間后，按控制措施的動作時間主動實施無功緊急控制、主動切部 分風機或切除部分負荷等措施；附圖3中步驟5描述的是，當風電場并網(wǎng)點電壓實測軌跡落在控制動作區(qū)外，立即閉鎖 本主動控制系統(tǒng)的動作出口；步驟4中，在無功緊急控制、切部分低性價比風機與切負荷三個可選控制措施中，建議 優(yōu)先采用無功緊急控制措施，在系統(tǒng)中所有已安排的無功緊急控制措施用盡時，其次考慮 切部分低性價比風機，最后再考慮切負荷控制措施。其中無功緊急控制是將風電場變電站 和匯集站內(nèi)靜止無功補償裝置(SVC)等快速動作無功補償設備按預定的策略統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控 制；切部分低性價比風機措施則是考慮采取主動切除部分無無功發(fā)出能力且效率不高的風 電機組；切負荷有兩種方案，一是風電場與某些負荷用戶事先簽訂好協(xié)議，這類負荷可在風 電場低電壓危險期間被切除，風電場在渡越危險期后則可給予這些用戶一定的用電或經(jīng)濟 補償；另一種是通過相應的穩(wěn)定控制系統(tǒng)，按預先設置好的切負荷順序切除相應負荷，直到 風電場母線電壓滿足要求。
權利要求
1.主動防止風電場內(nèi)機組同時低壓脫扣的控制方法，其特征在于，包括以下步驟1)根據(jù)電網(wǎng)模型、參數(shù)和候選控制措施集，進行電網(wǎng)安全穩(wěn)定評估，確定風電場并網(wǎng)點 電壓跌落觸發(fā)控制動作的電壓跌落整定值met，根據(jù)該整定值在風電場低電壓穿越要求曲 線上劃出控制動作區(qū)，并確定每一項控制措施的動作時間；2)通過安裝在風電場的測控裝置，實時監(jiān)視風電場并網(wǎng)點電壓隨時間變化的軌跡；3)將風電場并網(wǎng)點電壓軌跡與風電場低電壓穿越要求曲線進行分析比較；4)當風電場并網(wǎng)點電壓軌跡連續(xù)落在控制動作區(qū)內(nèi)達到一定時間后，按各控制措施的 優(yōu)先動作時序，主動實施無功緊急控制、主動切部分風機或切除部分負荷等措施；5)當風電場并網(wǎng)點電壓軌跡落在控制動作區(qū)外，立即閉鎖控制動作；6)返回步驟2)。
2.根據(jù)權利1要求所述的主動防止風電場機組同時低壓脫扣的控制方法，其特征在 于，所述主動實施無功緊急控制是使用風電場變電站和匯集站內(nèi)的靜止無功補償(SVC)快 速無功補償設備，當風電場并網(wǎng)點電壓軌跡連續(xù)落在控制區(qū)域內(nèi)達到一定時間后觸發(fā)上述 設備動作。
3.根據(jù)權利1要求所述的主動防止風電場機組同時低壓脫扣的控制方法，其特征在 于，控制動作區(qū)由以下三段曲線圍成0—&區(qū)域的風電場低電壓穿越要求曲線，將 區(qū)域的風電場低電壓穿越要求曲線向上平移步驟1)所確定整定值met后的曲線，風電場 并網(wǎng)點電壓等于90 %額定電壓的電壓直線。
全文摘要
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)及其自動化技術領域，提出了一種主動防止風電場內(nèi)機組同時低壓脫扣的控制方法，即在電力系統(tǒng)運行過程中，通過安裝在風電場的測控裝置，實時監(jiān)視風電場并網(wǎng)點電壓隨時間變化的軌跡，并與風電場低電壓穿越要求曲線進行比較，當并網(wǎng)點電壓軌跡落在動作區(qū)域且持續(xù)一定時間時，通過采取主動的無功控制、切部分風機或切負荷控制策略，來有效防止風電場內(nèi)機組發(fā)生同時低壓脫扣，從而阻止因并網(wǎng)點電壓跌落向功率缺額事故的演化。
文檔編號H02J3/38GK102035217SQ20101059880
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權日2010年12月21日
發(fā)明者任先成, 劉福鎖, 周霞, 張振宇, 方勇杰, 楊衛(wèi)東, 柯賢波, 牛拴保, 范越, 霍超 申請人:國網(wǎng)電力科學研究院, 西北電網(wǎng)有限公司