一种适应大规模风火打捆接入电网的综合切机方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种综合切机方法，尤其是一种适应大规模风火打捆接入电网的综合切机方法。

背景技术

由于风能具有随机性、间歇性和不确定性等特点，风电单独远距离输送会威胁电网的稳定运行。采用风电与近区火电以“打捆”的方式混合外送，不仅可满足传统能源和可再生能源大规模外送的基本要求，而且还有充分利用输电通道，降低输电价格和落地电价，是较为理想的输电模式。近电气距离的风、火的互交作用，使电网的动态特性变得愈加复杂，深入研究风火打捆外送系统的暂态稳定特性，故障后进行综合协调切机变得尤为迫切。

但现有电网调控的切机方法，一般不考虑新能源机组的频率响应特性，故障发生后直接切除新能源机组。随着新能源并网运行标准要求新能源机组提供一定程度的调频响应能力，故障后单纯切除新能源机组已不能满足新型电力系统运行需求。

因此，本发明提出以及适应大规模风电接入的综合切机方法。

经检索，未发现与本发明相同或相似的现有技术中的文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种适应大规模风火打捆接入电网的综合切机方法，在外送线路三永N-1功角失稳场景下，能满足新能源短路比要求，并有效提高了系统稳定性。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种适应大规模风火打捆接入电网的综合切机方法，包括以下步骤：

步骤1、构建两种典型外送方式；

步骤2、基于步骤1所构建的两种典型外送方式，故障后分析获得风电机组与常规机组不同的响应特性；

步骤3、基于步骤2的风电机组同常规机组不同的响应特性分析结果，获得系统功角失稳切除风电、常规机组的差异响应特性；

步骤4、基于步骤3的获得系统功角失稳切除风电、常规机组的差异响应结果，提出考虑新能源短路比的综合切机方法。

而且，所述步骤1的具体方法为：

分别构建两种4火电机5风电机和5火电机4风电机两种典型风火打捆外送方式；

其中，送端电源由风电机组和火电机组组成，风电机组经过两级升压同火电机组高压母线相联，送端高压母线通过交流线路同无穷大系统相联。

而且，所述步骤2的具体方法为：

在仿真软件中设置外送交流通道三永N-1故障，计算并获取两种方式下风电机组与常规机组的响应特性：

风电机组在故障期间，进入低电压穿越状态，风电机组向系统增发无功，提供无功支撑，故障后风电机组退出低电压穿越状态，有功功率缓慢恢复，无功功率缓慢减少；

常规机组在故障期间，发电机在励磁系统驱动下，向系统增发大量无功，提供无功支撑，故障后发电机功率迅速提升；

由此可知，风电占比较高时，故障后系统发生功角失稳的时刻较长，系统功角稳定性较差。

而且，所述步骤3的具体方法为：

系统功角失稳后，分别对两种场景下切除风电或常规机组进行仿真计算，并获取不同切机方法的差异响应特性；

故障后火电机组有功功率恢复较快，风电机组则由于低穿恢复特性，机组有功功率恢复较慢；

在切除等容量的风电、火电机组时，切除火电的有功功率较大，有利于降低送端系统外送功率水平，进而提升送端系统的功角稳定性；

由此可知，针对风火打捆外送功角失稳场景，切除常规机组更有利于提升系统功角稳定性。

而且，所述步骤4的具体方法为：

基于步骤3的获得系统功角失稳切除风电、常规机组的差异响应结果，考虑新能源场站短路比不低于3.0的稳定运行约束，提出一种考虑新能源短路比约束的综合切机方法。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明提出一种适应大规模风火打捆接入电网的综合切机方法，通过分析外送线路三永N-1场景下系统的稳定性，明确了风电、常规机组在扰动过程中的有功、无功响应对系统功角稳定差异化的影响；

2、本发明分析了风电、常规机组对送端系统功角稳定的提升作用，进而在功角失稳场景下可观察切除风电、常规机组的差异响应；

3、本发明考虑了新能源场站强度的约束，最终提出一种适应大规模风火打捆接入电网的综合切机方法。

附图说明

图1是本发明的典型风火打捆外送系统示意图；

图2是本发明的不同风电、火电比例下火电机组功角响应曲线图；

图3是本发明的方式1下扰动发生后火电机组、风电机组有功功率曲线图；

图4是本发明的方式1下扰动发生后火电机组、风电机组无功功率曲线图；

图5是本发明的不同方式下扰动后送端母线电压曲线图；

图6是本发明的不同方式下扰动后外送线路功率曲线图；

图7是本发明的功角失稳场景下切除不同机组后发电机组功角曲线图；

图8是本发明的被切火电、风电机组功率响应曲线图；

图9是本发明的被切不同机组后外送线路功率曲线图；

图10是本发明的不同切机方案下送端常规机组功角曲线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

一种适应大规模风火打捆接入电网的综合切机方法，包括以下步骤：

步骤1、构建两种典型外送方式；

所述步骤1的具体方法为：

分别构建两种4火电机5风电机和5火电机4风电机两种典型风火打捆外送方式；

其中，送端电源由风电机组和火电机组组成，风电机组经过两级升压同火电机组高压母线相联，送端高压母线通过交流线路同无穷大系统相联。

步骤2、基于步骤1所构建的两种典型外送方式，故障后分析获得风电机组与常规机组不同的响应特性；

所述步骤2的具体方法为：

在仿真软件中设置外送交流通道三永N-1故障，计算并获取两种方式下风电机组与常规机组的响应特性：

风电机组在故障期间，进入低电压穿越状态，风电机组向系统增发无功，提供无功支撑，故障后风电机组退出低电压穿越状态，有功功率缓慢恢复，无功功率缓慢减少；

常规机组在故障期间，发电机在励磁系统驱动下，向系统增发大量无功，提供无功支撑，故障后发电机功率迅速提升。

因此，风电占比较高时，故障后系统发生功角失稳的时刻较长，系统功角稳定性较差。

步骤3、基于步骤2的风电机组同常规机组不同的响应特性分析结果，获得系统功角失稳切除风电、常规机组的差异响应特性；

所述步骤3的具体方法为：

系统功角失稳后，分别对两种场景下切除风电或常规机组进行仿真计算，并获取不同切机方法的差异响应特性；

故障后火电机组有功功率恢复较快，风电机组则由于低穿恢复特性，机组有功功率恢复较慢；

在切除等容量的风电、火电机组时，切除火电的有功功率较大，有利于降低送端系统外送功率水平，进而提升送端系统的功角稳定性；

综上所示，针对风火打捆外送功角失稳场景，切除常规机组更有利于提升系统功角稳定性。

步骤4、基于步骤3的获得系统功角失稳切除风电、常规机组的差异响应结果，提出考虑新能源短路比的综合切机方法；

所述步骤4的具体方法为：

基于步骤3的获得系统功角失稳切除风电、常规机组的差异响应结果，考虑新能源场站短路比不低于3.0的稳定运行约束，提出一种考虑新能源短路比约束的综合切机方法。

发生交流故障诱发系统功角失稳后，切除常规机组后系统稳定性较高。然而，切除常规机组将降低送端系统短路比水平，新能源场站短路比水平降低，不利于新能源机组稳定运行，需考虑新能源场站短路比约束，提升系统故障后稳定运行水平。

下面通过具体算例，对本发明作进一步说明：

(1)构建两种典型外送场景

如图1所示，送端电源由5个风电场和5台火电机组组成，每个风电场额定功率300MW、每个火电厂额定功率为300MW，风电机组经过两级升压同火电机组高压母线相联，送端高压母线通过425km双回500kV LGJ4*630交流线路同无穷大系统相联。

(2)故障后分析风电机组同常规机组不同的响应特性

送端电源中风电、火电比例不同，送端电源不同新能源占比条件下，500kV外送交流通道三永N-1后系统稳定性如表1所示。

两种方式下机组功角曲线如图2所示，风电占比较高时，故障后系统发生功角失稳的时刻较长，系统功角稳定性较强。

表1不同风电、火电比例下系统稳定性

针对方式1，扰动发生后，风电场、常规机组的有功、无功响应如图3、图4所示。

分析可知，故障发生后，风电机组同常规机组存在不同的响应特性：

1)风电机组在故障期间，进入低电压穿越状态，风电机组向系统增发无功，提供无功支撑，故障后风电机组退出低电压穿越状态，有功功率缓慢恢复，无功功率缓慢增加。

2)常规机组在故障期间，发电机在励磁系统驱动下，向系统增发大量无功，提供无功支撑，故障后发电机功率迅速提升。

由上述分析可知，扰动发生后，风电机组由于自身低电压穿越及恢复特性，相较于常规机组，能够显著降低故障后送端电源有功功率，进而减小送端系统功率外送水平、提升送端系统功角稳定性。火电机组则由于自身励磁特性，在故障发生后能够向交流系统提供显著的电压支撑，有利于维持送端电压水平，进而提升送端系统功角稳定性。然而，相较于风电机组，故障后火电机组有功功率恢复较快，增加了送端系统外送水平，不利于送端系统功角稳定性。

针对方式1、2，扰动发生后送端母线电压及外送线路功率如图5、图6所示。

结合扰动过程中风电机组、火电机组差异化响应可知，送端新能源占比高，故障后新能源由低穿状态恢复过程中机组有功功率较低，外送线路功率增长较慢，送端母线电压跌落较慢，系统稳定性较高。

(3)系统功角失稳切除风电、常规机组的差异响应

基于方式1，研究外送线路三永N-1诱发系统功角失稳后，切除1台风电和切除1台常规机组后，发电机功角曲线如图7所示。分析可知，切除常规机组后系统功角稳定性较好。被切风电机被切火电有功、无功功率如图8所示，切除不同机组后外送线路功率如图9所示，分析可知，故障后火电机组有功功率恢复较快，风电机组则由于低穿恢复特性，机组功率恢复较慢，在切除等容量的风电、火电机组时，切除火电的有功功率较大，有利于降低送端系统外送功率水平，进而提升送端系统的功角稳定性。综上所示，针对风火打捆外送功角失稳场景，切除常规机组更有利于提升系统功角稳定性。

(4)考虑新能源短路比的综合切机方法

基于前述分析，针对风火打捆系统，发生交流故障诱发系统功角失稳后，切除常规机组后系统稳定性较高。然而，切除常规机组将降低送端系统短路比水平，新能源机组短路比水平降低，不利于新能源机组稳定运行。

基于功角失稳场景下切除常规机组有利于提升系统稳定性，并考虑新能源短路比不低于3.0的新能源稳定运行约束，提出一种考虑新能源短路比约束的综合切机方法，具体步骤如下：

(1)切除1台常规机组；

(2)判断系统是否保持功角稳定，是，转步骤(3)，否，转步骤(1)；

(3)判断新能源场站短路比是否大于3.0，是，转步骤(4)，否，转步骤(4)；

(4)少切1台常规机组，改为切除1台风电机组，转步骤(2)；

(5)形成切机方案。

针对风电5台、火电4台送端打捆运行方式，采用上述方法：

(1)切除一台常规机组后，系统功角失稳，转步骤(1)；

(2)切除二台常规机组后，系统功角失稳，转步骤(1)；

(3)切除三台常规机组后，系统功角稳定，转步骤(3)；

(4)切除三台常规机组后，风电机组短路比为3.0，转步骤(4)；

(5)少切1台常规机组，改为切除1台风电机组后系统稳定；

(6)切1台风电、2台火电后，风电机组短路比为3.79，转步骤(5)；

(7)切机方案为切1台风电、2台火电。

不同切机方案下送端常规机组功角曲线见图10。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。