一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法技术

本发明专利技术涉及一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法，其包括以下步骤：计算出故障下电力系统在暂态稳定约束下所需总切机量和电力系统在优化风火比例切机情况下的火电机组切机量；参数初始化，初始参数包括调整切机方案时电力系统中DFIG机组切机量减小值、SCIG机组切机量增加值、DFIG机组初始切机量和SCIG机组初始切机量；建立以电力系统暂态能量切机指标和线路功率振荡阻尼比最大为目标的双目标切机模型；对双目标切机模型进行模糊化计算并加入权重系数获得双目标加权模糊暂态切机模型；调整权重系数，通过对双目标加权模糊暂态切机模型进行计算获得DFIG机组切机量和SCIG机组切机量的分配结果。本发明专利技术可广泛应用于风电基地暂态的切机控制中。

【技术实现步骤摘要】
一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法
本专利技术涉及风电并网
，特别是关于一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法。
技术介绍
随着国家规划的九个千万千瓦级风电基地分期建设的不断进行，一方面使风电装机容量在电力系统中的渗透率不断提高，另一方面形成了一个风电基地含有不同类型风电机组的格局，不乏存在在初期建设主要运用鼠笼型异步风力发电机(SquirrelCageInductionGenerators:SCIG)后逐步转向大规模使用双馈感应风力发电机(DoubleFedInductionGenerator,DFIG)的大型风电基地。而这些风电基地大多位置较偏，就地消纳能力小，大规模波动性风电往往通过采取“风电火电打捆”的方式外送至其他区域电网消纳。风电基地分期建设与外送工程的加速，在带来经济效益的同时，也对电力系统的暂态稳定性造成了影响。而对于风火打捆外送系统，不仅存在传统长距离外送通道传输能力弱，常规火电机组加速能量过大的问题，还存在风电场电压支撑能力过弱进一步降低了外送系统输电能力，以及风电机组本身加速失稳的问题。并且不同类型风机在暂态过程中呈现不同的特性，同时会互相影响，使电力系统的暂态稳定性问题更复杂、更严重。电力系统在严重故障后，通常采取切机控制来提高暂态稳态性。但是当仅仅切除常规火电机组时，一方面对于风电场电压支撑能力过弱引起的外送系统输电能力削弱和常规火电机组、风电机组本身加速失稳等问题不能够得到很好的解决，另一方面还会导致剩余电网的风电穿透率较大、系统阻尼比下降明显，严重影响系统振荡恢复过程。可见传统的单纯切除火电机组措施难以保证含风电电力系统的稳定恢复，需要研究协调切除一定量的风电机组。然而，不同类型风机在自身稳定性、阻尼特性以及对系统的影响均相异。如何协调不同类型风机和火电机组，制定有效的切机方案对保证风电接入电力系统的稳定运行具有重要意义。而目前，在风电机组切机影响和切机决策方面的研究较少。文献《风电场并网对孤网高频切机的影响研究》(电网技术，2012，36(01):58-64)研究了故障后有风电场运行的孤网系统暂态过程和安全控制装置动作情况，原则性地提出了含风电场的高频切机策略；文献《大规模风电接入下风电机组切机措施研究》(中国电机工程学报，2011，31(19)：25-36)指出常规火电机组获得的加速能量大于风电机组，应适当增加火电机组的切机量，同时指出为保证故障后保留的火电机组对系统频率和电压的控制能力，应适当切除风电机组；文献《风火打捆外送系统暂态稳定切机控制》(电网技术，2013，37(02):514-519)详细分析了风电机组和火电机组暂态特性的差异性以及各自对系统暂态稳定的影响，提出了火电机组和风电机组切机优化方案。然而上述文献大多只提出原则性方案，对于切除风电机组对暂态稳定性的定量研究很少涉及。文献《基于改进支路暂态能量函数的风电并网暂态最优切机控制》(电力系统保护与控制，2014，42(18):72-77)指出在风电并网系统的紧急控制中应考虑风电和火电机组切机比例的配合，并以切机后母线电压波动最小为目标函数，提出一种考虑风力发电机的最优切机决策模型。但研究的对象只是针对同一类型的风电机组，并且没有考虑风电机组的自身稳定性问题。因此为综合解决以上诸多问题，需要一种对含有不同类型风机的外送风电基地暂态的切机控制方法来有效提高系统的稳定性。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种在安排风电基地中SCIG机组与DFIG机组切机量时充分考虑电力系统当前摆次改善效果和线路功率振荡恢复过程，有效提高系统运行安全稳定性的含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法，其包括以下步骤：1)计算出故障下电力系统在暂态稳定约束下所需总切机量Pz和电力系统在优化风火比例切机情况下的火电机组切机量Ph；2)参数初始化，初始参数包括调整切机方案时电力系统中DFIG机组切机量减小值或增加值ΔPw1、SCIG机组切机量增加值或减小值ΔPw2、DFIG机组初始切机量Pw1和SCIG机组初始切机量Pw2；3)建立以电力系统的暂态能量切机指标和线路功率振荡阻尼比最大为目标的双目标切机模型；4)对双目标切机模型进行模糊化计算并加入权重系数获得双目标加权模糊暂态切机模型；5)调整双目标加权模糊暂态切机模型中的权重系数，通过对双目标加权模糊暂态切机模型进行计算获得DFIG机组切机量和SCIG机组切机量的分配结果。所述步骤1)中，电力系统在暂态稳定约束下所需总切机量Pz为电力系统送端交流断面事故前功率和暂态稳定极限传输功率差值的K倍，比例系数K的取值由电力系统中的电网结构及其运行方式决定，K的取值范围为5～10。所述步骤2)中，调整切机方案时电力系统中DFIG机组切机量减小值或增加值ΔPw1、SCIG机组切机量增加值或减小值ΔPw2、DFIG机组初始切机量Pw1和SCIG机组初始切机量Pw2的关系如下：ΔPw1＝ΔPw2；Pw1＝Pw2＝(Pz-Ph)/2。所述步骤3)中以电力系统的暂态能量切机指标和线路功率振荡阻尼比最大为目标的双目标切机模型如下：minf1(Pw1，Pw2)＝-I′；minf2(Pw1，Pw2)＝-ζ；式中，minf1(Pw1,Pw2)为风电基地切机后电力系统的暂态能量切机指标负值的最小值；I′为风电基地切机后电力系统的暂态能量切机指标；-I′为风电基地切机后电力系统的暂态能量切机指标的负值；minf2(Pw1,Pw2)为风电基地切机后电力系统的线路功率振荡阻尼比负值的最小值；ζ为风电基地切机后电力系统的线路功率振荡阻尼比；-ζ为风电基地切机后电力系统的线路功率振荡阻尼比的负值；其中，双目标切机模型的约束条件包括：①切机量控制约束条件为：Ph+Pw1+Pw2＝Pz；②静态安全约束条件为：umin≤u≤umax；|Pb|≤Pbmax；式中，u为风电基地切机后电力系统中所有母线的电压，umin和umax分别为风电基地切机后电力系统中所有母线的电压的上限值和下限值；|Pb|为风电基地切机后电力系统中所有线路潮流的大小值，Pbmax为风电基地切机后电力系统中所有线路潮流的约束值。所述步骤3)中，风电基地切机后电力系统的暂态能量切机指标I′的计算包括如下步骤：(1)计算电力系统的暂态动能VKE，计算公式为：式中，n为正整数，i表示第i个发电机，Mi为第i个发电机的转动惯量，ωi为第i个发电机的角速度，其中，第i个发电机的转动惯量和第i个发电机的角速度均为在系统惯性中心坐标下的标幺值；(2)电力系统在故障后的tec时刻触发切机控制措施u，此后，电力系统在t时刻的暂态动能VKE(u,t)为：VKE(u,t)＝VKE(0,t)+ΔEK(u,t)；t∈(tec,tec+Δt)；式中，t为触发切机控制措施u后的一时刻；Δt为切机控制措施u实施后的一段时间；VKE(0,t)为未触发切机控制措施u时电力系统在t时刻的暂态动能；ΔEK(u,t)为切机控制措施u对电力系统在t时刻的暂态动能的扰动项。(3)切机控制措施u对电力系统在t时刻的暂态动能的扰动项ΔEK(u,t)的计算公式如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法，其包括以下步骤：1)计算出故障下电力系统在暂态稳定约束下所需总切机量Pz和电力系统在优化风火比例切机情况下的火电机组切机量Ph；2)参数初始化，初始参数包括调整切机方案时电力系统中DFIG机组切机量减小值或增加值ΔPw1、SCIG机组切机量增加值或减小值ΔPw2、DFIG机组初始切机量Pw1和SCIG机组初始切机量Pw2；3)建立以电力系统的暂态能量切机指标和线路功率振荡阻尼比最大为目标的双目标切机模型；4)对双目标切机模型进行模糊化计算并加入权重系数获得双目标加权模糊暂态切机模型；5)调整双目标加权模糊暂态切机模型中的权重系数，通过对双目标加权模糊暂态切机模型进行计算获得DFIG机组切机量和SCIG机组切机量的分配结果。

【技术特征摘要】
1.一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法，其包括以下步骤：1)计算出故障下电力系统在暂态稳定约束下所需总切机量Pz和电力系统在优化风火比例切机情况下的火电机组切机量Ph；2)参数初始化，初始参数包括调整切机方案时电力系统中DFIG机组切机量减小值或增加值ΔPw1、SCIG机组切机量增加值或减小值ΔPw2、DFIG机组初始切机量Pw1和SCIG机组初始切机量Pw2；3)建立以电力系统的暂态能量切机指标和线路功率振荡阻尼比最大为目标的双目标切机模型；所述步骤3)中以电力系统的暂态能量切机指标和线路功率振荡阻尼比最大为目标的双目标切机模型如下：minf1(Pw1，Pw2)＝-I′；minf2(Pw1，Pw2)＝-ζ；式中，minf1(Pw1,Pw2)为风电基地切机后电力系统的暂态能量切机指标负值的最小值；I′为风电基地切机后电力系统的暂态能量切机指标；-I′为风电基地切机后电力系统的暂态能量切机指标的负值；minf2(Pw1,Pw2)为风电基地切机后电力系统的线路功率振荡阻尼比负值的最小值；ζ为风电基地切机后电力系统的线路功率振荡阻尼比；-ζ为风电基地切机后电力系统的线路功率振荡阻尼比的负值；其中，双目标切机模型的约束条件包括：①切机量控制约束条件为：Ph+Pw1+Pw2＝Pz；②静态安全约束条件为：umin≤u≤umax；|Pb|≤Pbmax；式中，u为风电基地切机后电力系统中所有母线的电压，umin和umax分别为风电基地切机后电力系统中所有母线的电压的上限值和下限值；|Pb|为风电基地切机后电力系统中所有线路潮流的大小值，Pbmax为风电基地切机后电力系统中所有线路潮流的约束值；4)对双目标切机模型进行模糊化计算并加入权重系数获得双目标加权模糊暂态切机模型；5)调整双目标加权模糊暂态切机模型中的权重系数，通过对双目标加权模糊暂态切机模型进行计算获得DFIG机组切机量和SCIG机组切机量的分配结果。2.如权利要求1所述的一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，电力系统在暂态稳定约束下所需总切机量Pz为电力系统送端交流断面事故前功率和暂态稳定极限传输功率差值的K倍，比例系数K的取值由电力系统中的电网结构及其运行方式决定，K的取值范围为5～10。3.如权利要求1所述的一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，调整切机方案时电力系统中DFIG机组切机量减小值或增加值ΔPw1、SCIG机组切机量增加值或减小值ΔPw2、DFIG机组初始切机量Pw1和SCIG机组初始切机量Pw2的关系如下：ΔPw1＝ΔPw2；Pw1＝Pw2＝(Pz-Ph)/2。4.如权利要求1所述的一种含有不同类型风机的外送风电基地暂态切机控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，风电基地切机后电力系统的暂态能量切机指标I′的计算包括如下步骤：(1)计算电力系统的暂态动能VKE，计算公式为：式中，n为正整数，i表示第i个发电机，Mi为第i个发电机的转动惯量，ωi为第i个发电机的角速度，其中，第i个发电机的转动惯量和第i个发电机的角速度均为在系统惯性中心坐标下的标幺值；(2)电力系统在故障后的tec时刻触发切机控制措施u，此后，电力系统在t时刻的暂态动能VKE(u,t)为：VKE(u,t)＝VKE(0,t)+ΔEK(u,t)；t∈(tec,tec+Δt)；式中，t为触发切机控制措施u后的一时刻；Δt为切机控制措施u实施后的一段时间；VKE(0,t)为未触发切机控制措施u时电力系统在t时刻的暂态动能；ΔEK(u,t)为切机控制措施u对电力系统在t时刻的暂态动能的扰动项，(3)切机控制措施u对电力系统在t时刻的暂态动能的扰动项ΔEK(u,t)的计算公式如下：式中，ΔEkH(u,t)为切机控制措施u对电力系统中火电机组在t时刻的暂态动能的扰动项，ΔEkW(u,t)为切机控制措施u对电力系统中SCIG机组在t时刻的暂态动能的扰动项，VKEH(0,t)为未触发切机控制措施u时电力系统中火电机组在t时刻的暂态动能；VKEW(0,t)为未触发切机控制措施u时电力系统中SCIG机组在t时刻的暂态动能；VKEH(u,t)为触发切机控制措施u后电力系统中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，周明，葛俊，肖晋宇，李庚银，王智冬，赵强，董哲，王佳明，杨文华，郭飞，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网北京经济技术研究院，华北电力大学，国网宁夏电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11