[发明专利]一种风电基地连锁故障风险感知预警方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统仿真与计算分析领域，具体涉及一种风电基地连锁故障风险感知预警方法及其系统。

背景技术

现代电网规模庞大、运行机理复杂，风电技术的发展在为电网提供更多机遇的同时，也是电网面临一系列挑战，使电网运行控制更加复杂，对电网调峰和电压质量及安全稳定运行均产生较大影响。由于我国地域广阔，供电线路长，且大部分风电场都远离负荷中心，所接入的电网结构相对薄弱，因此大容量风电机组集中接入电网，挤占了电网输送能力。特别是在系统发生故障和系统电压波动过程中，容易造成风电机组的大量退出，引起系统故障影响范围的扩大，降低系统的安全稳定水平。

大型风电基地的接入改变了电网原有的潮流分布、线路传输功率与整个系统的惯量，并且由于风电机组与传统同步发电机组有不同的稳态与暂态特性，因此风电接入后电网的电压稳定性、暂态稳定性等都会发生变化。我国风电近年来跨越式高速发展，使某些区域电网风电所占比例急剧升高，然而关键技术缺失导致风电场难以适应电网要求。随着酒泉风电基地一期项目的陆续投产，风电场在电网适应性上的缺陷逐渐凸显。由于电网中某些故障元件的退出引起潮流的大规模转移、系统无功不平衡和电压的降低，相继引起其它元件退出运行，最后造成大范围风电机组脱网，损失大量风电出力，造成电网频率降低，甚至故障由局部蔓延全网，系统状况更加恶化，最终导致整个系统崩溃。2012年2.24、4.17和4.25连续三次大规模风电机组脱网事故中，风电机组的脱网容量均超过80万千瓦，如此频繁的大规模风电脱网在对电力系统安全稳定运行构成了严重威胁。

由于大规模风电基地的并网运行产生的电网安全稳定运行的新问题，必须采取新的研究方法，在基础理论及分析方法方面需要不断探索和完善，才能满足现代电网在节能环保、安全稳定经济运行多方面对技术创新的要求。在国家推广建设坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放和友好互动的现代电网大背景下，大型风电基地亟需一套为其安全稳定运行进行风险感知及预警的技术支撑系统。实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全，是智能电网建设的目标，大型风电基地连锁故障风险感知及预警的方法是保障计及风电接入的电力系统安全稳定运行的关键技术之一，是实现智能电网建设目标的一个重要技术手段。大型风电基地连锁故障风险感知及预警技术的研究对保障电网安全稳定运行以及智能电网的建设具有重要的理论指导作用和现实意义。

WAMS的快速发展和应用使得调度中心可以获得高频率的风电场运行数据，为大型风电基地连锁故障风险感知及预警技术的研究奠定了基础。大型风电基地连锁故障风险感知及预警技术基于SCADA和WAMS获得电网和风电场实时运行方式，结合风电场历史数据得到当前电网可能发生的风电扰动，对当前电网发生风电扰动后的安全稳定情况进行评估，实现风电扰动的在线安全预警。其中需要解决的关键问题有：

1、风电机组及其安全保护装置模型建立：

通过针对故障期间风机的功率控制策略，需要与国内主流风电厂家进行深入交流，分析并网风机故障穿越的实测数据，辨识各类型风机参数，基于PSASP自定义模型库，建立风电机组动态模型和安全保护装置模型，对于具备LVRT性能的风电机组，建立LVRT继电保护装置模型。

2、大型风电基地连锁故障发生过程中判断机制和控制机制研究：

基于风电机组及其安全保护装置模型，通过继电保护装信号触发，模拟电网发生扰动后风电基地各元件的相继行为，最终模拟出连锁故障的发生。在初始故障发生后风电场并网点电压跌落到某一阈值，风机启动低压保护退出运行；由于风电场切除导致系统无功过剩以及SVC等无功补偿装置没有及时退出，致使部分风电场并网点电压升高至某一阈值，风机启动高压/高频保护退出运行；系统的频率波动导致风电机组高频/低频保护动作，最终模拟出大型风电基地连锁故障的发生。

3、计及风电接入的电力系统在线安全稳定分析：

风电接入后电网的安全稳定性受风电特性、风电装机容量、风电接入电网的系统规模、电源结构和布局、负荷特性等密切相关，而且风电具有随机性和间歇性的特点，传统的离线稳定分析方法无法满足要求，必须实时跟踪风电场运行工况和电网的运行方式进行在线分析，利用动态安全评估和预警系统实现风电扰动暂态稳定在线预警以及故障切除后电网的静态安全预警。

4、连锁故障发生的风险评估：