一種含有不同類型風(fēng)機(jī)的外送風(fēng)電基地暫態(tài)切機(jī)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種含有不同類型風(fēng)機(jī)的外送風(fēng)電基 地暫態(tài)切機(jī)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國(guó)家規(guī)劃的九個(gè)千萬(wàn)千瓦級(jí)風(fēng)電基地分期建設(shè)的不斷進(jìn)行，一方面使風(fēng)電 裝機(jī)容量在電力系統(tǒng)中的滲透率不斷提高，另一方面形成了一個(gè)風(fēng)電基地含有不同類型 風(fēng)電機(jī)組的格局，不乏存在在初期建設(shè)主要運(yùn)用鼠籠型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Squirrel Cage Induction Generators:SCIG)后逐步轉(zhuǎn)向大規(guī)模使用雙饋感應(yīng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Double Fed Induction Generator, DFIG)的大型風(fēng)電基地。而這些風(fēng)電基地大多位置較偏，就地消納能 力小，大規(guī)模波動(dòng)性風(fēng)電往往通過(guò)采取"風(fēng)電火電打捆"的方式外送至其他區(qū)域電網(wǎng)消納。 風(fēng)電基地分期建設(shè)與外送工程的加速，在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也對(duì)電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定 性造成了影響。而對(duì)于風(fēng)火打捆外送系統(tǒng)，不僅存在傳統(tǒng)長(zhǎng)距離外送通道傳輸能力弱，常規(guī) 火電機(jī)組加速能量過(guò)大的問(wèn)題，還存在風(fēng)電場(chǎng)電壓支撐能力過(guò)弱進(jìn)一步降低了外送系統(tǒng)輸 電能力，以及風(fēng)電機(jī)組本身加速失穩(wěn)的問(wèn)題。并且不同類型風(fēng)機(jī)在暫態(tài)過(guò)程中呈現(xiàn)不同的 特性，同時(shí)會(huì)互相影響，使電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題更復(fù)雜、更嚴(yán)重。
[0003] 電力系統(tǒng)在嚴(yán)重故障后，通常采取切機(jī)控制來(lái)提高暫態(tài)穩(wěn)態(tài)性。但是當(dāng)僅僅切除 常規(guī)火電機(jī)組時(shí)，一方面對(duì)于風(fēng)電場(chǎng)電壓支撐能力過(guò)弱引起的外送系統(tǒng)輸電能力削弱和常 規(guī)火電機(jī)組、風(fēng)電機(jī)組本身加速失穩(wěn)等問(wèn)題不能夠得到很好的解決，另一方面還會(huì)導(dǎo)致剩 余電網(wǎng)的風(fēng)電穿透率較大、系統(tǒng)阻尼比下降明顯，嚴(yán)重影響系統(tǒng)振蕩恢復(fù)過(guò)程。可見(jiàn)傳統(tǒng)的 單純切除火電機(jī)組措施難以保證含風(fēng)電電力系統(tǒng)的穩(wěn)定恢復(fù)，需要研究協(xié)調(diào)切除一定量的 風(fēng)電機(jī)組。然而，不同類型風(fēng)機(jī)在自身穩(wěn)定性、阻尼特性以及對(duì)系統(tǒng)的影響均相異。如何協(xié) 調(diào)不同類型風(fēng)機(jī)和火電機(jī)組，制定有效的切機(jī)方案對(duì)保證風(fēng)電接入電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具 有重要意義。
[0004] 而目前，在風(fēng)電機(jī)組切機(jī)影響和切機(jī)決策方面的研究較少。文獻(xiàn)《風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)對(duì)孤 網(wǎng)高頻切機(jī)的影響研究》（電網(wǎng)技術(shù)，2012, 36 (01) : 58-64)研究了故障后有風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行的孤 網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程和安全控制裝置動(dòng)作情況，原則性地提出了含風(fēng)電場(chǎng)的高頻切機(jī)策略；文 獻(xiàn)《大規(guī)模風(fēng)電接入下風(fēng)電機(jī)組切機(jī)措施研究》（中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011，31 (19) :25-36) 指出常規(guī)火電機(jī)組獲得的加速能量大于風(fēng)電機(jī)組，應(yīng)適當(dāng)增加火電機(jī)組的切機(jī)量，同時(shí)指 出為保證故障后保留的火電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)頻率和電壓的控制能力，應(yīng)適當(dāng)切除風(fēng)電機(jī)組；文 獻(xiàn)《風(fēng)火打捆外送系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定切機(jī)控制》（電網(wǎng)技術(shù)，2013, 37 (02) :514-519)詳細(xì)分析了 風(fēng)電機(jī)組和火電機(jī)組暫態(tài)特性的差異性以及各自對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定的影響，提出了火電機(jī)組 和風(fēng)電機(jī)組切機(jī)優(yōu)化方案。然而上述文獻(xiàn)大多只提出原則性方案，對(duì)于切除風(fēng)電機(jī)組對(duì)暫 態(tài)穩(wěn)定性的定量研究很少涉及。文獻(xiàn)《基于改進(jìn)支路暫態(tài)能量函數(shù)的風(fēng)電并網(wǎng)暫態(tài)最優(yōu)切 機(jī)控制》（電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2014,42 (18) : 72-77)指出在風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的緊急控制中應(yīng) 考慮風(fēng)電和火電機(jī)組切機(jī)比例的配合，并以切機(jī)后母線電壓波動(dòng)最小為目標(biāo)函數(shù)，提出一 種考慮風(fēng)力發(fā)電機(jī)的最優(yōu)切機(jī)決策模型。但研究的對(duì)象只是針對(duì)同一類型的風(fēng)電機(jī)組，并 且沒(méi)有考慮風(fēng)電機(jī)組的自身穩(wěn)定性問(wèn)題。因此為綜合解決以上諸多問(wèn)題，需要一種對(duì)含有 不同類型風(fēng)機(jī)的外送風(fēng)電基地暫態(tài)的切機(jī)控制方法來(lái)有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種在安排風(fēng)電基地中SCIG機(jī)組與DFIG機(jī) 組切機(jī)量時(shí)充分考慮電力系統(tǒng)當(dāng)前擺次改善效果和線路功率振蕩恢復(fù)過(guò)程，有效提高系統(tǒng) 運(yùn)行安全穩(wěn)定性的含有不同類型風(fēng)機(jī)的外送風(fēng)電基地暫態(tài)切機(jī)控制方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種含有不同類型風(fēng)機(jī)的外送風(fēng)電 基地暫態(tài)切機(jī)控制方法，其包括以下步驟：
[0007] 1)計(jì)算出故障下電力系統(tǒng)在暫態(tài)穩(wěn)定約束下所需總切機(jī)量Pz和電力系統(tǒng)在優(yōu)化 風(fēng)火比例切機(jī)情況下的火電機(jī)組切機(jī)量P h;
[0008] 2)參數(shù)初始化，初始參數(shù)包括調(diào)整切機(jī)方案時(shí)電力系統(tǒng)中DFIG機(jī)組切機(jī)量減小 值或增加值A(chǔ) Pwl、SCIG機(jī)組切機(jī)量增加值或減小值A(chǔ) Pw2、DFIG機(jī)組初始切機(jī)量Pwl和SCIG 機(jī)組初始切機(jī)量Pw2;
[0009] 3)建立以電力系統(tǒng)的暫態(tài)能量切機(jī)指標(biāo)和線路功率振蕩阻尼比最大為目標(biāo)的雙 目標(biāo)切機(jī)模型；
[0010] 4)對(duì)雙目標(biāo)切機(jī)模型進(jìn)行模糊化計(jì)算并加入權(quán)重系數(shù)獲得雙目標(biāo)加權(quán)模糊暫態(tài) 切機(jī)模型；
[0011] 5)調(diào)整雙目標(biāo)加權(quán)模糊暫態(tài)切機(jī)模型中的權(quán)重系數(shù)，通過(guò)對(duì)雙目標(biāo)加權(quán)模糊暫態(tài) 切機(jī)模型進(jìn)行計(jì)算獲得DFIG機(jī)組切機(jī)量和SCIG機(jī)組切機(jī)量的分配結(jié)果。
[0012] 所述步驟1)中，電力系統(tǒng)在暫態(tài)穩(wěn)定約束下所需總切機(jī)量Pz為電力系統(tǒng)送端交 流斷面事故前功率和暫態(tài)穩(wěn)定極限傳輸功率差值的K倍，比例系數(shù)K的取值由電力系統(tǒng)中 的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行方式?jīng)Q定，K的取值范圍為5~10。
[0013] 所述步驟2)中，調(diào)整切機(jī)方案時(shí)電力系統(tǒng)中DFIG機(jī)組切機(jī)量減小值或增加值 A Pwl、SCIG機(jī)組切機(jī)量增加值或減小值A(chǔ) Pw2、DFIG機(jī)組初始切機(jī)量Pwl和SCIG機(jī)組初始切 機(jī)量Pw2的關(guān)系如下：
[0014] APwl= APw2;
[0015] Pwl=Pw2= (Pz-Ph)/2。
[0016] 所述步驟3)中以電力系統(tǒng)的暫態(tài)能量切機(jī)指標(biāo)和線路功率振蕩阻尼比最大為目 標(biāo)的雙目標(biāo)切機(jī)模型如下：
[0017]Ininf1 (Pwl，Pw2) =-I ' ；
[0018] minf2 (Pwl, Pw2) = - ^ ；
[0019] 式中，Hiinf1 (Pwl，Pw2)為風(fēng)電基地切機(jī)后電力系統(tǒng)的暫態(tài)能量切機(jī)指標(biāo)負(fù)值的最小 值；I'為風(fēng)電基地切機(jī)后電力系統(tǒng)的暫態(tài)能量切機(jī)指標(biāo)；-I'為風(fēng)電基地切機(jī)后電力系 統(tǒng)的暫態(tài)能量切機(jī)指標(biāo)的負(fù)值;minf 2(Pwl，Pw2)為風(fēng)電基地切機(jī)后電力系統(tǒng)的線路功率振蕩 阻尼比負(fù)值的最小值4為風(fēng)電基地切機(jī)后電力系統(tǒng)的線路功率振蕩阻尼比；為風(fēng)電 基地切機(jī)后電力系統(tǒng)的線路功率振蕩阻尼比的負(fù)值；
[0020] 其中，雙目標(biāo)切機(jī)模型的約束條件包括：
[0021] ①切機(jī)量控制約束條件為：
[0022] ph+pwl+pw2= Pz;
[0023] ②靜態(tài)安全約束條件為：
[0024] Unin彡 u 彡 u 一
[0025] |Pb| 彡 Pbniax;
[0026]式中，u為風(fēng)電基地切機(jī)后電力系統(tǒng)中所有母線的電壓，1!_和u_分別為風(fēng)電基 地切機(jī)后電力系統(tǒng)中所有母線的電壓的上限值和下限值；|Pb|為風(fēng)電基地切機(jī)后電力系統(tǒng) 中所有線路潮流的大小值，P bniax為風(fēng)電基地切機(jī)后電力系統(tǒng)中所有線路潮流的約束值。
[0027] 所述步驟3)中，風(fēng)電基地切機(jī)后電力系統(tǒng)的暫態(tài)能量切機(jī)指標(biāo)I'的計(jì)算包括如 下步驟：
[0028] (1)計(jì)算電力系統(tǒng)的暫態(tài)動(dòng)能Vke，計(jì)算公式為：
[0030] 式中，n為正整數(shù)，i表示第i個(gè)發(fā)電機(jī)，M1為第i個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，《i為第 i個(gè)發(fā)電機(jī)的角速度，其中，第i個(gè)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和第i個(gè)發(fā)電機(jī)的角速度均為在系統(tǒng) 慣性中心坐標(biāo)下的標(biāo)幺值；
[0031] (2)電力系統(tǒng)在故障后的％。時(shí)刻觸發(fā)切機(jī)控制措施u，此后，電力系統(tǒng)在t時(shí)刻的 暫態(tài)動(dòng)能Vke (u, t)為：
[0032] Vke (u,t) =Vke (0, t) + AEk (u, t) ；t G (tec, tec+At)；
[0033] 式中，t為觸發(fā)切機(jī)控制措施u后的一時(shí)刻；A t為切機(jī)控制措施u實(shí)施后的一段 時(shí)間；Vke(0, t)為未觸發(fā)切機(jī)控制措施u時(shí)電力系統(tǒng)在t時(shí)刻的暫態(tài)動(dòng)能；AEk (u，t)為切 機(jī)控制措施u對(duì)電力系統(tǒng)在t時(shí)刻的暫態(tài)動(dòng)能的擾動(dòng)項(xiàng)。
[0034] (3)切機(jī)控制措施u對(duì)電力系統(tǒng)在t時(shí)刻的暫態(tài)動(dòng)能的擾動(dòng)項(xiàng)A EK(u, t)的計(jì)算 公式如下：
[0036] 式中，AEkH(u, t)為切機(jī)控制措施u對(duì)電力系統(tǒng)中火電機(jī)組在t時(shí)刻的暫態(tài)動(dòng)能 的擾動(dòng)項(xiàng)，A Ekw(u，t)為切機(jī)控制措施u對(duì)電力系統(tǒng)中SCIG機(jī)組在t時(shí)刻的暫態(tài)動(dòng)能的 擾動(dòng)項(xiàng)，VKEH(0, t)為未觸發(fā)切機(jī)控制措施u時(shí)電力系統(tǒng)中火電機(jī)組在t時(shí)刻的暫態(tài)動(dòng)能； Vkew (0, t)為未觸發(fā)切