新型电力系统故障穿越方法技术方案

本发明专利技术涉及一种新型电力系统故障穿越方法，在新型电力系统同时配置构网型设备和跟网型设备，按不同的故障穿越策略分别控制跟网型和构网型设备；所述构网型设备用于通过对惯性时间常数的配置，在故障发生时提供有功支撑，保障频率稳定性，为跟网型设备争取时间，等待电压稳定后恢复有功。本发明专利技术根据构网型和跟网型设备配置比例，按不同的故障穿越策略来分别控制跟网型和构网型设备，通过跟网型和构网型设备在频率稳定性和电压稳定性上的互相支撑和协调，能够同时保障电网电压的稳定性和频率的稳定性，完成故障穿越。完成故障穿越。完成故障穿越。

【技术实现步骤摘要】
新型电力系统故障穿越方法


[0001]本专利技术属于新型电力系统领域，尤其涉及一种新型电力系统故障穿越方法。

技术介绍

[0002]新型电力系统涉及范围包含新能源设备，如光伏设备，风机设备，和以逆变器为基础的可调节负荷，如制氢设备，充电桩，换电站，以及以逆变器为基础的储能设备等。
[0003]目前，国内新能源和储能设备基本上采用跟网型逆变器(具有电流源特性的电力电子设备称为电网跟随型逆变器(grid following，GFL)，目前常见的风电，光伏，电化学储能和SVG/SVC/STATCOM等均为电网跟随型逆变器)，构网型逆变器的工程应用不多。另外，新能源渗透率超过25％的地区不多，对跟网型低穿策略研究并不充分。当电网发生短路故障时，新能源设备运行在低电压穿越包络线内，需要在规定的时间内提供短路电流并在故障切除后，快速将有功恢复至故障前水平。
[0004]国内外技术标准对新能源设备的低电压穿越一般都包含几个方面的要求：
[0005]1)低电压穿越的包络线
[0006]当新能源场站并网点电压在低电压穿越的包络线之上，新能源设备应保证不脱网连续运行。
[0007]2)动态无功支撑能力
[0008]以中国为例，在发生三相短路故障时，风电场应能够通过向电力系统注入动态无功电流支撑电压恢复。风电场动态无功电流增量应响应并网点电压变化。电压跌落期间，风电场向电力系统输出无功电流应为电压跌落前输出无功电流I0与动态无功电流增量ΔIT之和，风电场无功电流的最大输出能力应不低于风电场额定电流的1.05倍。
[0009]在故障期间，新能源设备提供动态无功支撑有利于保持故障期间设备端电压在一定范围内，有助于保证新能源设备运行在低电压穿越包络线内，不脱网。
[0010]3)动态无功电流响应时间
[0011]以中国为例，在发生三相短路故障时，自并网点电压跌落出现的时刻起，风电场动态无功电流响应时间不大于75ms。自并网点电压恢复至标称电压80％以上的时刻起，风电场应在40ms内退出动态无功电流增量。
[0012]4)有功快速恢复能力
[0013]以中国为例，对电力系统故障期间没有切出的风电场，其有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，在中国要求以至少20％PN/s的功率变化率恢复至故障前的值，在澳洲，目前要求有功恢复能力要求为100ms恢复至故障前的有功功率。
[0014]图1给出了电网跟随型新能源设备接入不同电网的时候，电压恢复的情况。当新能源设备接入弱电网中，在故障切除后，快速有功恢复会带来电压失稳的风险，如图1(b)和(c)所示。
[0015]目前常见的风电，光伏，电化学储能和SVG/SVC/STATCOM等均为电网跟随型逆变器。在电网跟随型新能源设备高渗透率场景下，低电压故障同时伴随着电压和频率事件。参
图2所示，下面以一个例子来说明：
[0016]1、假定当前故障是一个输电线路故障造成一个发电机脱网。线路故障造成电压跌落和发电机脱网，均造成发电和负荷不平衡，导致频率下降。而频率下降的速率(ROCOF)由系统惯量决定。
[0017]2、继电保护动作切除故障线路，电压开始恢复。电压恢复帮助区域有功恢复，阻止频率进一步下降。
[0018]3、故障线路被切除，线路阻抗增大，造成电网变弱。有功功率的快速恢复致使电压再次降低。
[0019]4、电压降低导致有功输出降低，频率再次降低，开启一个新的ROCOF事件。
[0020]5、电压的振荡跟频率变化事件互相耦合，直到电压最终稳定。
[0021]在故障期间注入大量无功电流和故障清除后快速恢复有功，在电网比较弱的情况下，在故障切除瞬间会引起暂态过电压，大量的有功恢复导致电压再次跌落，严重时造成谐振。
[0022]在弱网情况，通常的解决方案是先限制有功恢复，等电压恢复完成并稳定后，再开始有功恢复。但是在新能源高渗透率的情形下，故障清除后限制有功恢复会导致频率进一步降低，有发生频率事故的风险。
[0023]如前所述，电网跟随型新能源设备运行在弱电网情况下，故障后快速有功恢复带来电压失稳的风险。采用先限制有功恢复，等电压恢复完成并稳定后，再开始有功恢复，然而这种解决方案在新能源高渗透率下又存在频率失稳的风险。
[0024]在国际上，电网公司，如AEMO，以同步电机故障时的短路电流注入特性要求新能源，同时，也要求当电网故障切除后，所有逆变器均进行快速有功恢复，从而保障整个系统的频率稳定性。这个要求在新能源高渗透率的场景，电网强度不足，有功快速导致电压恶化，有电压失稳的风险。新能源场站很难满足并网要求，造成了很多场内设备的安装，如安装额外的SVG和同步调相机等场内设备。

技术实现思路

[0025]本专利技术的目的是提供一种新型电力系统故障穿越方法，以解决上述技术问题。
[0026]本专利技术提供了一种新型电力系统故障穿越方法，在新型电力系统同时配置构网型设备和跟网型设备，按不同的故障穿越策略分别控制跟网型和构网型设备；所述构网型设备用于通过对惯性时间常数的配置，在故障发生时提供有功支撑，保障频率稳定性，为跟网型设备争取时间，等待电压稳定后恢复有功。
[0027]进一步地，所述故障穿越策略包括：
[0028]跟网型设备检测到电网发生故障时：1)注入无功电流，以支撑电压，避免脱网；2)在故障切除后，电网变弱，在此阶段物理极限允许的情况下，抑制有功输出，随着电压恢复节奏渐进减少无功电流注入；3)电压稳定后有序恢复有功输出；
[0029]构网型设备在电网发生故障时：1)短路故障时，构网型储能呈电压源特性，内电势保持不变，外电压下降，最终电压跟短路距离有关；2)构网型电源提供2
‑
3倍故障电流，以支撑电压，有功随着电压下降而降低；3)故障清除后，构网型逆变器迅速提供有功，保持系统有功平衡，防止ROCOF事件进一步恶化，同时构网型逆变器励磁调整电压，帮助电压恢复稳
定；
[0030]待电压稳定后，跟网型逆变器恢复有功送出，至此，故障穿越完毕。
[0031]进一步地，所述构网型设备的配置比例和惯性时间常数的配置，通过大电网仿真来获取。
[0032]借由上述方案，通过新型电力系统故障穿越方法，根据构网型和跟网型设备配置比例，按不同的故障穿越策略来分别控制跟网型和构网型设备，通过跟网型和构网型设备在频率稳定性和电压稳定性上的互相支撑和协调，能够同时保障电网电压的稳定性和频率的稳定性，完成故障穿越。
[0033]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
[0034]图1是电网跟随型新能源设备接入不同强度电网电压恢复波形；其中，(a)为跟随型新能源设备接入强电网电压恢复波形，(b)为跟随型新能源设备接入弱电网电压恢复波形，(c)为跟随型新能源设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型电力系统故障穿越方法，其特征在于，在新型电力系统同时配置构网型设备和跟网型设备，按不同的故障穿越策略分别控制跟网型和构网型设备；所述构网型设备用于通过对惯性时间常数的配置，在故障发生时提供有功支撑，保障频率稳定性，为跟网型设备争取时间，等待电压稳定后恢复有功。2.根据权利要求1所述的新型电力系统故障穿越方法，其特征在于，所述故障穿越策略包括：跟网型设备检测到电网发生故障时：1)注入无功电流，以支撑电压，避免脱网；2)在故障切除后，电网变弱，在此阶段物理极限允许的情况下，抑制有功输出，随着电压恢复节奏渐进减少无功电流注入；3)电压稳定后有序恢复有功输...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷波，吕晨光，王劲松，郭洪义，杨海超，姚谦，唐宏芬，丛聪，
申请(专利权)人：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，
类型：发明
国别省市：