專利名稱：一種風(fēng)電擾動(dòng)在線安全預(yù)警的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)仿真與計(jì)算分析領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)電擾動(dòng)在線安全預(yù)警的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)模龐大、運(yùn)行機(jī)理復(fù)雜，風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展在為電網(wǎng)提供更多機(jī)遇的同時(shí)，也是電網(wǎng)面臨一系列挑戰(zhàn)，使電網(wǎng)運(yùn)行控制更加復(fù)雜，對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰和電壓質(zhì)量及安全穩(wěn)定運(yùn)行均產(chǎn)生較大影響。由于地域廣闊，供電線路長，且大部分風(fēng)電場都遠(yuǎn)離負(fù)荷中心等情況，所接入的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱，因此大容量風(fēng)電機(jī)組集中接入電網(wǎng)，擠占了電網(wǎng)輸送能力。特別是在系統(tǒng)發(fā)生故障和系統(tǒng)電壓波動(dòng)過程中，容易造成風(fēng)電機(jī)組的大量退出，引起系統(tǒng)故障影響范圍的擴(kuò)大，降低系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平。
風(fēng)電的隨機(jī)、間歇特性將對(duì)電網(wǎng)的電量平衡、電壓穩(wěn)定、電能質(zhì)量等產(chǎn)生較大影響。由于風(fēng)電注入改變了電網(wǎng)原有的潮流分布、線路傳輸功率與整個(gè)系統(tǒng)的慣量，并且由于風(fēng)電機(jī)組與現(xiàn)有同步發(fā)電機(jī)組有不同的穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)特性。因此風(fēng)電接入后電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性等都會(huì)發(fā)生變化。風(fēng)電場大多在電網(wǎng)的末端，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較薄弱，在風(fēng)速、風(fēng)力機(jī)組類型、控制系統(tǒng)、電網(wǎng)狀況、偏航誤差以及風(fēng)剪切等因素的擾動(dòng)下，必然導(dǎo)致輸出功率的變化和電壓的波動(dòng)，從而影響電能質(zhì)量和電壓的穩(wěn)定性。在風(fēng)電裝機(jī)比例較大的電網(wǎng)中，風(fēng)電接入除了會(huì)產(chǎn)生電壓穩(wěn)定問題外，由于改變了電網(wǎng)原有的潮流分布、線路傳輸功率與整個(gè)系統(tǒng)的慣量，因此風(fēng)電接入后電網(wǎng)的暫態(tài)穩(wěn)定性會(huì)發(fā)生變化。風(fēng)電場并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)短路容量有一定影響，由于目前大部分使用的還是異步發(fā)電機(jī)，當(dāng)風(fēng)電場接入電網(wǎng)后，會(huì)增加接入點(diǎn)的短路電流，短路容量的增大可能超過電網(wǎng)保護(hù)裝置的容量。對(duì)這些問題，必須采取新的研究方法，在基礎(chǔ)理論及分析方法方面需要不斷探索和完善，才能滿足現(xiàn)代電網(wǎng)在節(jié)能環(huán)保、安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行多方面對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的要求。WAMS的快速發(fā)展和應(yīng)用使得調(diào)度中心可以獲得高頻率的風(fēng)電場運(yùn)行數(shù)據(jù)，為后續(xù)分析與評(píng)估技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種風(fēng)電擾動(dòng)在線安全預(yù)警的方法，解決了難以獲得風(fēng)電擾動(dòng)信息的難題，使得風(fēng)電場預(yù)想擾動(dòng)符合電網(wǎng)真實(shí)情況，指導(dǎo)實(shí)際調(diào)度運(yùn)行。本發(fā)明提供的一種風(fēng)電擾動(dòng)在線安全預(yù)警的方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括如下步驟I)從數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA和廣域監(jiān)測系統(tǒng)WAMS獲取在線數(shù)據(jù)，獲得電網(wǎng)和風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行方式，針對(duì)風(fēng)電機(jī)組建立雙饋直驅(qū)通用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型，進(jìn)行含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，得到電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)。2)從廣域監(jiān)測系統(tǒng)WAMS獲取風(fēng)電場高頻率的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析后預(yù)測風(fēng)電場發(fā)生的風(fēng)速擾動(dòng)和風(fēng)電場發(fā)生的功率擾動(dòng)。其中，高頻率一般指大于10Hz，歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)一般指一個(gè)月之前的歷史值；3)在電網(wǎng)當(dāng)前潮流的基礎(chǔ)上疊加至少一個(gè)設(shè)定的風(fēng)電場功率擾動(dòng)，得到對(duì)應(yīng)的風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)潮流，結(jié)合動(dòng)態(tài)安全評(píng)估和預(yù)警技術(shù)，采用分布式并行方式對(duì)風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)進(jìn)行安全穩(wěn)定計(jì)算。4)根據(jù)步驟3)的計(jì)算結(jié)果，找到當(dāng)前電網(wǎng)在發(fā)生預(yù)測的風(fēng)電擾動(dòng)后，會(huì)發(fā)生暫態(tài)穩(wěn)定失穩(wěn)的故障發(fā)生位置、電壓穩(wěn)定裕度較低的輸電斷面和短路電流超標(biāo)的電網(wǎng)故障點(diǎn)，并確定風(fēng)電擾動(dòng)后電網(wǎng)中的薄弱識(shí)別。電壓穩(wěn)定裕度較低一般指閾值小于10% ；其中，步驟2)風(fēng)速擾動(dòng)包括陣風(fēng)擾動(dòng)、漸變風(fēng)擾動(dòng)。其中，步驟2)風(fēng)電場發(fā)生的功率擾動(dòng)是指由于風(fēng)力變化引起的風(fēng)電場出力突然增大、減小的情況。風(fēng)電場出力突然增大一般指風(fēng)電場出力超過原功率的10%;風(fēng)電場出力突然減小一般指風(fēng)電場出力低于原功率的10% ； 其中，步驟3)安全穩(wěn)定計(jì)算包括暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、電壓穩(wěn)定計(jì)算和短路電流掃描。其中，基于電網(wǎng)當(dāng)前潮流，根據(jù)步驟2)得到預(yù)測的陣風(fēng)擾動(dòng)和漸變風(fēng)擾動(dòng)，并預(yù)測在風(fēng)電場附近發(fā)生故障，采用時(shí)域仿真方法進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性評(píng)估，得到當(dāng)前電網(wǎng)考慮風(fēng)電擾動(dòng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析結(jié)論。風(fēng)電場附近指與風(fēng)電場母線相接的范圍內(nèi)。其中，在電網(wǎng)當(dāng)前潮流的基礎(chǔ)上疊加至少一個(gè)設(shè)定的風(fēng)電場功率擾動(dòng)，得到對(duì)應(yīng)的風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)潮流，然后逐一對(duì)風(fēng)電場附近輸電斷面進(jìn)行電壓穩(wěn)定分析，得到當(dāng)前電網(wǎng)風(fēng)電擾動(dòng)后的電壓穩(wěn)定分析結(jié)論。其中，在電網(wǎng)當(dāng)前潮流的基礎(chǔ)上疊加至少一個(gè)設(shè)定的風(fēng)電場功率擾動(dòng)，得到對(duì)應(yīng)的風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)潮流，然后逐一對(duì)風(fēng)電場附近進(jìn)行短路電流計(jì)算，得到當(dāng)前電網(wǎng)風(fēng)電擾動(dòng)后的短路電流分析結(jié)論。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為I)綜合利用SCADA和WAMS的信息，進(jìn)行包含風(fēng)電場的潮流計(jì)算，得到反映電網(wǎng)和風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行方式的在線潮流數(shù)據(jù)。2)根據(jù)從WAMS獲得的風(fēng)電場高頻率的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析得到風(fēng)電場可能發(fā)生的風(fēng)速擾動(dòng)和功率擾動(dòng)，解決了難以獲得風(fēng)電擾動(dòng)信息的難題，使得風(fēng)電場預(yù)想擾動(dòng)符合電網(wǎng)真實(shí)情況。3 )結(jié)合動(dòng)態(tài)安全評(píng)估和預(yù)警技術(shù)，采用分布式并行計(jì)算方法對(duì)風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)進(jìn)行全面的安全穩(wěn)定計(jì)算，包括暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、電壓穩(wěn)定計(jì)算、短路電流掃描，穩(wěn)定評(píng)估計(jì)算全面，計(jì)算效率高。4)根據(jù)風(fēng)電擾動(dòng)在線安全穩(wěn)定評(píng)估的計(jì)算結(jié)果，給出風(fēng)電擾動(dòng)后電網(wǎng)中的薄弱區(qū)域，計(jì)算結(jié)果直觀易懂，易于指導(dǎo)實(shí)際調(diào)度運(yùn)行。


圖I為本發(fā)明提供的風(fēng)電擾動(dòng)在線安全預(yù)警的方法示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明要解決的是一種風(fēng)電擾動(dòng)在線安全預(yù)警的方法。具體說就是基于SCADA和WAMS獲得電網(wǎng)和風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行方式，結(jié)合風(fēng)電場歷史數(shù)據(jù)得到當(dāng)前電網(wǎng)可能發(fā)生的風(fēng)電擾動(dòng)，對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)生風(fēng)電擾動(dòng)后的安全穩(wěn)定情況進(jìn)行全面的計(jì)算評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)電擾動(dòng)導(dǎo)致的電網(wǎng)的薄弱環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電擾動(dòng)的在線安全預(yù)警。其中解決的關(guān)鍵問題有風(fēng)電隨機(jī)擾動(dòng)因素及預(yù)想擾動(dòng)故障基于WAMS量測及其他相關(guān)信息，對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)可能發(fā)生的風(fēng)電擾動(dòng)進(jìn)行分析，找出對(duì)電網(wǎng)安全影響較大的預(yù)想擾動(dòng)。風(fēng)電安全預(yù)警的擾動(dòng)分析不同于風(fēng)電功率預(yù)測，后者的目標(biāo)是給出未來風(fēng)電場概率最大的功率，前者的目標(biāo)是找出當(dāng)前電網(wǎng)下對(duì)電網(wǎng)安全影響較大的風(fēng)電擾動(dòng)。新能源在線安全穩(wěn)定分析風(fēng)電接入后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性受風(fēng)電特性、風(fēng)電裝機(jī)容量、風(fēng)電接入電網(wǎng)的系統(tǒng)規(guī)模、電源結(jié)構(gòu)和布局、負(fù)荷特性等密切相關(guān)，而且風(fēng)電具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，現(xiàn)有的離線穩(wěn)定分析方法無法滿足要求，必須實(shí)時(shí)跟蹤風(fēng)電場運(yùn)行工況和電網(wǎng)的運(yùn)行方式進(jìn)行在線分析，利用動(dòng)態(tài)安全評(píng)估和預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電擾動(dòng)的電壓穩(wěn)定在線預(yù)警、暫態(tài)穩(wěn)定在線預(yù)警、短路電流在線預(yù)警。本實(shí)施例提出的一種風(fēng)電擾動(dòng)在線安全預(yù)警的方法，其示意圖如圖I所示，具體包括如下步驟 I)、從SCADA和WAMS獲取在線數(shù)據(jù)，獲得電網(wǎng)和風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行方式。針對(duì)風(fēng)電機(jī)組建立雙饋直驅(qū)通用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型，進(jìn)行含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，得到反映電網(wǎng)和風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行方式的電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)因?yàn)轱L(fēng)電場中機(jī)組的眾多，不可能對(duì)每臺(tái)風(fēng)機(jī)進(jìn)行詳細(xì)建模，實(shí)際的大規(guī)模風(fēng)電場通常包含幾十臺(tái)，上百臺(tái)風(fēng)電機(jī)組。受到計(jì)算量的限制，在動(dòng)態(tài)仿真中通常將風(fēng)電場中的風(fēng)電機(jī)組等值為一臺(tái)等值機(jī)。需要等值的參數(shù)主要包括風(fēng)電機(jī)組的慣性時(shí)間常數(shù)、阻尼系數(shù)(考慮傳動(dòng)軸柔性的模型)、異步發(fā)電機(jī)阻抗參數(shù)以及等效掃風(fēng)面積等。慣量常數(shù)和阻尼系數(shù)的等值采用加權(quán)平均的方法，即
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)電擾動(dòng)在線安全預(yù)警的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟 1)從數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)SCADA和廣域監(jiān)測系統(tǒng)WAMS獲取在線數(shù)據(jù)，獲得電網(wǎng)和風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行方式，針對(duì)風(fēng)電機(jī)組建立雙饋直驅(qū)通用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組模型，進(jìn)行含風(fēng)電場的電力系統(tǒng)潮流計(jì)算，得到電網(wǎng)潮流數(shù)據(jù)。
2)從廣域監(jiān)測系統(tǒng)WAMS獲取風(fēng)電場高頻率的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析后預(yù)測風(fēng)電場發(fā)生的風(fēng)速擾動(dòng)和風(fēng)電場發(fā)生的功率擾動(dòng)。
3)在電網(wǎng)當(dāng)前潮流的基礎(chǔ)上疊加至少一個(gè)設(shè)定的風(fēng)電場功率擾動(dòng)，得到對(duì)應(yīng)的風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)潮流，結(jié)合動(dòng)態(tài)安全評(píng)估和預(yù)警技術(shù)，采用分布式并行方式對(duì)風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)進(jìn)行安全穩(wěn)定計(jì)算。
4)根據(jù)步驟3)的計(jì)算結(jié)果，找到當(dāng)前電網(wǎng)在發(fā)生預(yù)測的風(fēng)電擾動(dòng)后，會(huì)發(fā)生暫態(tài)穩(wěn)定失穩(wěn)的故障發(fā)生位置、電壓穩(wěn)定裕度較低的輸電斷面和短路電流超標(biāo)的電網(wǎng)故障點(diǎn)，并確定風(fēng)電擾動(dòng)后電網(wǎng)中的薄弱識(shí)別。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2)風(fēng)速擾動(dòng)包括陣風(fēng)擾動(dòng)、漸變風(fēng)擾動(dòng)。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟2)風(fēng)電場發(fā)生的功率擾動(dòng)是指由于風(fēng)力變化弓I起的風(fēng)電場出力突然增大、減小的情況。
4.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，步驟3)安全穩(wěn)定計(jì)算包括暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算、電壓穩(wěn)定計(jì)算和短路電流掃描。
5.如權(quán)利要求I或4任一所述的方法，其特征在于，基于電網(wǎng)當(dāng)前潮流，根據(jù)步驟2)得到預(yù)測的陣風(fēng)擾動(dòng)和漸變風(fēng)擾動(dòng)，并預(yù)測在風(fēng)電場附近發(fā)生故障，采用時(shí)域仿真方法進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定性評(píng)估，得到當(dāng)前電網(wǎng)考慮風(fēng)電擾動(dòng)的暫態(tài)穩(wěn)定分析結(jié)論。
6.如權(quán)利要求I或4任一所述的方法，其特征在于，在電網(wǎng)當(dāng)前潮流的基礎(chǔ)上疊加至少一個(gè)設(shè)定的風(fēng)電場功率擾動(dòng)，得到對(duì)應(yīng)的風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)潮流，然后逐一對(duì)風(fēng)電場附近輸電斷面進(jìn)行電壓穩(wěn)定分析，得到當(dāng)前電網(wǎng)風(fēng)電擾動(dòng)后的電壓穩(wěn)定分析結(jié)論。
7.如權(quán)利要求I或4任一所述的方法，其特征在于，在電網(wǎng)當(dāng)前潮流的基礎(chǔ)上疊加至少一個(gè)設(shè)定的風(fēng)電場功率擾動(dòng)，得到對(duì)應(yīng)的風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)潮流，然后逐一對(duì)風(fēng)電場附近進(jìn)行短路電流計(jì)算，得到當(dāng)前電網(wǎng)風(fēng)電擾動(dòng)后的短路電流分析結(jié)論。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風(fēng)電擾動(dòng)在線安全預(yù)警的方法，即獲得電網(wǎng)和風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行方式，結(jié)合風(fēng)電場歷史數(shù)據(jù)得到當(dāng)前電網(wǎng)可能發(fā)生的風(fēng)電擾動(dòng)，對(duì)當(dāng)前電網(wǎng)發(fā)生風(fēng)電擾動(dòng)后的安全穩(wěn)定情況進(jìn)行全面的計(jì)算評(píng)估，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電擾動(dòng)的在線安全預(yù)警。本發(fā)明綜合利用SCADA和WAMS的信息進(jìn)行潮流計(jì)算，其與實(shí)際接近，得到的效果好。本發(fā)明對(duì)風(fēng)電場高頻率的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，解決了難以獲得風(fēng)電擾動(dòng)信息的難題，使得風(fēng)電場預(yù)想擾動(dòng)符合電網(wǎng)真實(shí)情況。本發(fā)明結(jié)合動(dòng)態(tài)安全評(píng)估和預(yù)警技術(shù)，采用分布式并行方式對(duì)風(fēng)電擾動(dòng)后的電網(wǎng)進(jìn)行全面的安全穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算效率高。并且，本發(fā)明給出風(fēng)電擾動(dòng)后電網(wǎng)中的薄弱區(qū)域，計(jì)算結(jié)果直觀易懂，易于指導(dǎo)實(shí)際調(diào)度運(yùn)行。
文檔編號(hào)G06Q10/04GK102915471SQ20121036492
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月26日
發(fā)明者呂穎 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司