一種計及風機低電壓穿越能力的電網頻率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種計及風機低電壓穿越能力的電網頻率控制方法，屬于電力系統(tǒng)自動化技術領域。本發(fā)明按照各參與頻率控制的可控風電場的低電壓穿越能力情況進行優(yōu)先級排序，事先給定系統(tǒng)允許的最大過切量，優(yōu)先將不具備低穿或部分具備低穿的機組作為控制對象，并計算剩余風電場主動脫網量，當剩余風電場主動脫網量大于最大過切量時，在應控量中扣除剩余機組主動脫網量中超出最大過切量的部分。本發(fā)明解決了含風電系統(tǒng)頻率控制策略難以制定的問題，降低了頻率緊急控制中過控和欠控的風險，提升了含風電系統(tǒng)的頻率緊急控制水平。
【專利說明】
-種計及風機低電壓穿越能力的電網頻率控制方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化技術領域，具體地說本發(fā)明設及一種計及風機低電壓 穿越能力的電網頻率控制方法。
【背景技術】
[0002] 大規(guī)模風電并網運行后，由于風電機組出力特性、運行特性與常規(guī)電源不同，導致 系統(tǒng)穩(wěn)定特性發(fā)生變化，控制策略難W制定，緊急控制中欠控或過控導致電網崩潰的風險 增大，傳統(tǒng)電網緊急控制技術難W適用。
[0003] 為提高風電并網運行特性，GBT_19963-2011《風電場接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定》中對 風電場并網需具備低電壓穿越能力做了明確規(guī)定。但受風機廠商、低電壓穿越檢測資質等 多個因素影響，實際電網中仍然存在低電壓穿越能力不具備情況。風電機組不具備低電壓 穿越功能時，由于變速風電機組的變頻器對電網故障過于敏感，電網輕微故障會引起機組 瞬時脫網切除。
[0004] 文獻《多源并存外送系統(tǒng)高頻問題分析及控制策略》(宋曉芳、常康、周玲等，《華東 電力》，2013，41 (13): 2002-2007)針對多源并存外送系統(tǒng)孤網運行后存在的高頻問題，指出 若風機頻率保護定值整定不當，大量風機同時退出運行導致的有功損失可能大于系統(tǒng)有功 功率過剩量，引起低頻問題。與風機高頻保護對頻率特性影響類似，如果部分風電場風機不 具備低電壓穿越能力，故障后穩(wěn)控切機量與風機主動脫網量累加，會導致系統(tǒng)功率不平衡， 引起低頻問題，誘發(fā)連鎖故障。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明目的是：為了解決上述問題，提供一種計及風機低電壓穿越能力的電網頻 率控制方法。該方法將按照風電場低電壓穿越能力作為頻率緊急控制對象優(yōu)先指標，解決 了含風電系統(tǒng)頻率控制策略難W制定的問題，降低了頻率緊急控制中過控和欠控的風險， 提升了含風電系統(tǒng)的頻率緊急控制水平。
[0006] 具體地說，本發(fā)明是采用W下技術方案實現(xiàn)的，包括W下步驟：
[0007] 1)按照所有風機具備低電壓穿越能力進行電網預想故障集下安全穩(wěn)定分析，確定 需要進行頻率控制的局部電網；
[000引2)求取所研究局部電網不同有功外送水平下的預估控制量；
[0009] 3)計算所研究局部電網的最大預估控制量和最大允許過切量；
[0010] 4)對可控風電場進行優(yōu)先級排序；
[0011] 5)按照故障前運行方式，計算頻率實時控制量，確定控制對象，完成頻率控制。
[0012] 上述技術方案的進一步特征在于，步驟1)中根據(jù)所研究電網的電源開機方式、負 荷水平和對外聯(lián)絡線中斷后頻率響應情況，選擇需要進行頻率控制的局部電網。
[0013] 上述技術方案的進一步特征在于，步驟2)的具體步驟包括：
[0014] 2-1)在工程允許條件下按照常規(guī)電源出力、風電出力和負荷變化范圍確定所研究 局部電網有功外送水平的變化區(qū)間(Pmin，Pmax);
[0015] 2-2)將所研究局部電網有功外送水平的變化區(qū)間分為M檔，每檔步長為Pt,如下式 所示：
[0016] M= [(Pmax-Pmin)/Pt ] + 1
[0017] 2-3)對應不同外送功率水平檔位m，按照風電出力最大且小負荷的運行方式計算 預估控制量Pc,m，使得系統(tǒng)頻率恢復到正常水平，其中m=l，2,...，M。
[0018] 上述技術方案的進一步特征在于，步驟3)的具體步驟包括：
[0019] 3-1)在步驟2)計算得到的不同有功外送水平下的預估控制量中，捜索最大預估控 制量P cmax ? 如下式所示：
[0020] P cmax=max ( Pc, m)
[0021 ] 3-2)在最大預估控制量對應方式下，采用攝動法增加控制量直到系統(tǒng)處于頻率安 全標準下限，此時增加的控制量為最大過切量P。, ext。
[0022] 上述技術方案的進一步特征在于，步驟4)具體為：
[0023] 設可控風電場共N個，第i個可控風電場故障前出力為Pi,根據(jù)優(yōu)先級的類別分別 對可控風電場進行排序：
[0024] (1)優(yōu)先級I:不具備低電壓穿越能力的風場，對于此類可控風電場，按照故障前出 力從大到小排序，排序后風電場出力記為Pi,i，i = l，2,...，化；
[0025] (2)優(yōu)先級II:部分具備低電壓穿越能力的風場，按照可能脫網功率Pi,lDse從大到 小排序，排序后風電場出力記為Pi,ii，i=化+1，化+2,. . .，Nii:
[0026] Pi,Iose = Pi,IlXAi
[0027] 上述式中，、為第i個可控風電場中不具備低電壓穿越能力的風機比例；
[0028] (3)優(yōu)先級III:具備低電壓穿越能力的風場，按照事故前出力從大到小排序，排序 后風電場出力記為口1,111，1=化1+1,化1+2,...爪
[0029] 上述技術方案的進一步特征在于，步驟5)的具體步驟包括：
[0030] 5-1)按照故障前運行方式，確定外送功率水平的檔位及其對應的預估控制量Pc,m;
[0031] 5-2)按照風電場低電壓穿越能力，修正預估控制量，得到頻率實時控制量，基于最 小討梓原則按照優(yōu)先級I、II、III排序篩選滿足控制要求的可控風電場使得
其中化為按照優(yōu)先級I、ii、m排序篩選出的滿足控制要求的可控風電場個 數(shù)：
[0032] 若化 <化且剩余風機主動脫網量大于最大過切量時，頻率實時控制量P/ c,m為預估 控量中扣除剩余機組主動脫網量中超出最大過切量的部分，如下式所示：
[0033]
[0034] 若化<化且剩余風機主動脫網量小于或等于最大過切量時，修正后頻率實時控制 量P^c,m為預估控制量Pc,m;
[0035] 若化《化<化1且剩余風機主動脫網量大于最大過切量時，頻率實時控制量P'e,m為 預估控量中扣除剩余機組主動脫網量中超出最大過切量的部分，如下式所示：
[0036]
[0037] 若化《化<化1且剩余風機主動脫網量小于或等于最大過切量時，修正后頻率實時 控制量為預估控制量Pc,m;
[003引若化^NlI，修正后頻率實時控制量P/ c,m為預估控制量Pc,m。
[0039] 5-3)根據(jù)修正后頻率實時控制量的大小，按照可控風電場優(yōu)先級順序，基于最小 過控原則，確定頻率控制對象，完成頻率控制。
[0040] 本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明按照各參與頻率控制的可控風電場的低電壓穿越 能力情況進行頻率控制量的動態(tài)修正，避免了剩余風電場主動脫網引起新安全穩(wěn)定問題， 解決了含風電系統(tǒng)頻率控制策略難W制定的問題，降低了頻率緊急控制中過控和欠控的風 險。本發(fā)明將風電場低電壓穿越能力比例為穩(wěn)控策略定值，避免了穩(wěn)控系統(tǒng)的頻繁改造，滿 足工程實用性。
【附圖說明】
[0041] 圖1是本發(fā)明的流程圖。
【具體實施方式】
[0042] 下面結合實施例并參照附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0043] 實施例1:
[0044] 本發(fā)明的一個實施例，其步驟如圖1所示：
[0045] 步驟1:按照所有風機具備低電壓穿越能力進行電網預想故障集下安全穩(wěn)定分析， 確定需要進行頻率控制的局部電網。即根據(jù)所研究電網的電源開機方式、負荷水平和對外 聯(lián)絡線中斷后頻率響應情況，選擇需要進行頻率控制的局部電網。
[0046] 步驟2:求取所研究局部電網不同有功外送水平下的預估控制量，具體步驟包括：
[0047] 2-1)在工程允許條件下按照常規(guī)電源出力、風電出力和負荷變化范圍確定所研究 局部電網有功外送水平的變化區(qū)間(Pmin，Pmax);
[0048] 2-2)將所研究局部電網有功外送水平的變化區(qū)間分為M檔，每檔步長為Pt,如下式 所示：
[0049] M= [(Pmax-Pmin)/Pt ] + 1
[0050] 2-3)對應不同外送功率水平檔位m，按照風電出力最大且小負荷的運行方式計算 預估控制量Pc,m，使得系統(tǒng)頻率恢復到正常水平，其中m=l，2,...，M。
[0051] 步驟3:計算所研究局部電網的最大預估控制量和最大允許過切量，具體步驟包 括：
[0052] 3-1)在步驟2)計算得到的不同有功外送水平下的預估控制量中，捜索最大預估控 制量P cmax ? 如下式所示：
[0053] P cmax=max ( Pc, m)
[0054] 3-2)在最大預估控制量對應方式下，采用攝動法增加控制量直到系統(tǒng)處于頻率安 全標準下限，此時增加的控制量為最大過切量P。, ext。
[0055] 4)對可控風電場進行優(yōu)先級排序，設可控風電場共N個，第i個可控風電場故障前 出力為Pl，根據(jù)優(yōu)先級的類別分別對可控風電場進行排序：
[0056] (1)優(yōu)先級I:不具備低電壓穿越能力的風場，對于此類可控風電場，按照故障前出 力從大到小排序，排序后風電場出力記為Pi,i，i = l，2,...，化；
[0057] (2)優(yōu)先級II:部分具備低電壓穿越能力的風場，按照可能脫網功率Pi,lDse從大到 小排序，排序后風電場出力記為Pi,ii，i=化+1，化+2,. . .，Nii:
[0化引 Pi, Iose = Pi, IlXAi
[0059] 上述式中，、為第i個可控風電場中不具備低電壓穿越能力的風機比例；
[0060] (3)優(yōu)先級III:具備低電壓穿越能力的風場，按照事故前出力從大到小排序，排序 后風電場出力記為口1,111，1=化1+1,化1+2,...爪
[0061] 步驟5:按照故障前運行方式，計算頻率實時控制量，確定控制對象，完成頻率控 審IJ，具體步驟包括：
[0062] 5-1)按照故障前運行方式，確定外送功率水平的檔位及其對應的預估控制量Pc,m;
[0063] 5-2)按照風電場低電壓穿越能力，修正預估控制量，得到頻率實時控制量，基于最 小過控原則按照優(yōu)先級i、ii、m排序篩選滿足控制要求的可控風電場使得
其中化為按照優(yōu)先級I、ii、m排序篩選出的滿足控制要求的可控風電場個數(shù)：
[0064] 若扼<化且剩余風機主動脫網量大于最大過切量時，頻率實時控制量P/ c,m為預估 控量中扣除剩余機組主動脫網量中超出最大過切量的部分，如下式所示：
[00 化]
[0066] 若扼<化且剩余風機主動脫網量小于或等于最大過切量時，修正后頻率實時控制 量P^,m為預估控制量Pc,m;
[0067] 若化《扼<化1且剩余風機主動脫網量大于最大過切量時，頻率實時控制量P'e,m為 預估控量中扣除剩余機組主動脫網量中超出最大過切量的部分，如下式所示：
[006引
[0069] 若化《化<化1且剩余風機主動脫網量小于或等于最大過切量時，修正后頻率實時 控制量為預估控制量Pc,m;
[0070] 若化別II，修正后頻率實時控制量p/ c,m為預估控制量Pc,m。
[0071] 5-3)根據(jù)修正后頻率實時控制量的大小，按照可控風電場優(yōu)先級順序，基于最小 過控原則，確定頻率控制對象，完成頻率控制。
[0072] 雖然本發(fā)明已W較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不 脫離本發(fā)明之精神和范圍內，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護范圍。因 此本發(fā)明的保護范圍應當W本申請的權利要求所界定的內容為標準。
【主權項】
1. 一種計及風機低電壓穿越能力的電網頻率控制方法，其特征在于，包括W下步驟： 1) 按照所有風機具備低電壓穿越能力進行電網預想故障集下安全穩(wěn)定分析，確定需要 進行頻率控制的局部電網； 2) 求取所研究局部電網不同有功外送水平下的預估控制量； 3) 計算所研究局部電網的最大預估控制量和最大允許過切量； 4) 對可控風電場進行優(yōu)先級排序； 5) 按照故障前運行方式，計算頻率實時控制量，確定控制對象，完成頻率控制。2. 根據(jù)權利要求1所述的計及風機低電壓穿越能力的電網頻率控制方法，其特征在于， 步驟1)中根據(jù)所研究電網的電源開機方式、負荷水平和對外聯(lián)絡線中斷后頻率響應情況， 選擇需要進行頻率控制的局部電網。3. 根據(jù)權利要求2所述的計及風機低電壓穿越能力的電網頻率控制方法，其特征在于， 步驟2)的具體步驟包括： 2-1)在工程允許條件下按照常規(guī)電源出力、風電出力和負荷變化范圍確定所研究局部 電網有功外送水平的變化區(qū)間(Pmin，Pmax); 2-2)將所研究局部電網有功外送水平的變化區(qū)間分為Μ檔，每檔步長為Pt，如下式所示： Μ = [ ( Pmax-Pmin ) /Pt ] +1 2- 3)對應不同外送功率水平檔位m，按照風電出力最大且小負荷的運行方式計算預估 控制量Pe,m，使得系統(tǒng)頻率恢復到正常水平，其中m=l，2,. . .，M。4. 根據(jù)權利要求3所述的計及風機低電壓穿越能力的電網頻率控制方法，其特征在于， 步驟3)的具體步驟包括： 3- 1)在步驟2)計算得到的不同有功外送水平下的預估控制量中，捜索最大預估控制量 Ponax，如下式所示： P cmax - ΓΠ 日 X ( Pc, m ) 3-2)在最大預估控制量對應方式下，采用攝動法增加控制量直到系統(tǒng)處于頻率安全標 準下限，此時增加的控制量為最大過切量P。,ext。5. 根據(jù)權利要求4所述的計及風機低電壓穿越能力的電網頻率控制方法，其特征在于， 步驟4)具體為： 設可控風電場共N個，第i個可控風電場故障前出力為Pi，根據(jù)優(yōu)先級的類別分別對可控 風電場進行排序： (1) 優(yōu)先級I:不具備低電壓穿越能力的風場，對于此類可控風電場，按照故障前出力從 大到小排序，排序后風電場出力記為Pi,i，i = l，2,...，化； (2) 優(yōu)先級II:部分具備低電壓穿越能力的風場，按照可能脫網功率Pi,iDse從大到小排 序，排序后風電場出力記為Pi,ii，i=化+1，化+2,...，化I: Pi'lose = Pi'IIX入i 上述式中，λι為第i個可控風電場中不具備低電壓穿越能力的風機比例； (3) 優(yōu)先級III:具備低電壓穿越能力的風場，按照事故前出力從大到小排序，排序后風 電場出力記為口1,111，1=化1+1,化1+2,...爪6. 根據(jù)權利要求5所述的計及風機低電壓穿越能力的電網頻率控制方法，其特征在于， 步驟5)的具體步驟包括： 5-1)按照故障前運行方式，確定外送功率水平的檔位及其對應的預估控制量Pc,m; 5-2)按照風電場低電壓穿越能力，修正預估控制量，得到頻率實時控制量，基于最小過 控原則按照優(yōu)先級Ι、Π 、ΙΠ 排序篩選滿足控制要求的可控風電場使得其 中化為按照優(yōu)先級Ι、Π 、ΙΠ 排序篩選出的滿足控制要求的可控風電場個數(shù)： 若化 <化且剩余風機主動脫網量大于最大過切量時，頻率實時控制量Ρ/ c,m為預估控量 中扣除剩余機組主動脫網量中超出最大過切量的部分，如下式所示：若Ns<^且剩余風機主動脫網量小于或等于最大過切量時，修正后頻率實時控制量 P'cm為預估控制量Pc,m; 若化《化 <化1且剩余風機主動脫網量大于最大過切量時，頻率實時控制量P/C,m為預估 控量中扣除剩余機組主動脫網量中超出最大過切量的部分，如下式所示：若化《化 <化1且剩余風機主動脫網量小于或等于最大過切量時，修正后頻率實時控制 量P/C,m為預估控制量Pc,m; 若化>NlI，修正后頻率實時控制量p/c,m為預估控制量Pc,m。 5-3)根據(jù)修正后頻率實時控制量的大小，按照可控風電場優(yōu)先級順序，基于最小過控 原則，確定頻率控制對象，完成頻率控制。
【文檔編號】H02J3/38GK105939021SQ201510937097
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年12月15日
【發(fā)明人】宋曉芳, 薛峰, 陳永華, 汪寧渤, 李峰, 周野, 李碧君, 丁坤
【申請人】國電南瑞科技股份有限公司, 國家電網公司, 國網河北省電力公司, 國網甘肅省電力公司