专利名称：基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风电并网线安全预警系统，特别是一种基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统。
背景技术：
近年来，以双馈感应电机为主的变速恒频发电机组由于其优异的机组性能，成为 风电场选用的主流机型，得到了广泛的应用和关注。国内的研究主要集中在风电场建模、机 组性能优化以及风电场发电计划安排等方面，而对于电网安全稳定运行所关心的问题，包 括考虑风机出力特性的多风电场无功补偿优化配置和调节，考虑风机保护控制逻辑的风电 并网区域安控策略制定和二次设备优化配合，以及考虑风功率波动性的电网在线潮流计算 与安全预警等问题，由于缺乏有效、权威的仿真分析工具，相关的研究还鲜见报道。在风电 发展较为成熟的欧洲，欧盟为保持其在风力发电领域的世界领先水平，制定了专门的发展 计划和政策。在这些政策的激励下，欧盟的风力发电机组/场的动态建模以及相关的电网 稳定分析、调度管理技术都已达到较高水平。然而，在相当长的一段时期内，这些成果都属 于商业秘密并被集成到商业分析软件中。在这种情况下，为解决我国风电并网的安全运行 问题，自主研发风力发电机组/场/群的实用模型，进而研发基于短期风功率预测的风电并 网在线安全预警系统是十分紧迫的研究课题，具有重大的研究价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于风电并网安全稳定分析的短期风功率预测模 型，搭建含风电场动态模型的电网稳定计算分析平台，在线计算分析风力发电的波动性以 及风机特有的保护控制逻辑给电网的安全稳定运行造成的冲击影响，实现对风电并网在线
安全预警。一种基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统，包括电网EMS系统、电 网数据库、风功率预测模块，风功率数据库、在线计算分析引擎、安全预警及人机界面、系统 从EMS系统中读取所需的风功率实测数据，存入电网数据库，风功率预测模块从电网数据 库中读取当前风电场出力，并以当前风电场出力为输入量，以历史数据为修正量进行预测， 得出下个时间窗内风功率预测范围，同时对风电场的风能质量进行评估，预测范围和评估 结果一方面存入风功率数据库，另一方面通过人机界面显示，所述的在线计算分析引擎中 建有风机动态模型及电网模型，分析引擎从EMS系统中读取电网断面，从风功率数据库中 读取风功率预测值，以进行包含风电场的电网在线潮流计算，得出与电网安全有关的各指 标的趋势曲线，并通过在最大、最小风功率预测点进行电网“N-1”安全扫描，分析电网线路 和母线安全指标的越限情况，当在线计算分析引擎对电网进行“N-1”安全扫描时，若发现电 网的安全指标存在越限情况，进行安全预警，并通过人机界面显示。所述的风功率预测模块的方法主要采用时间序列分析方法。时间序列分析方法预测风电功率主要是根据风电功率本身的自相关特性进行预测，其中自回归滑动平均模型(ARMA)是时间序列预测的主要方法。所述的风功率预测模块的预测方法还辅助以数据挖掘的方法。针对风电功率的非平稳成分，采用数据挖掘中的聚类分析方法进行拟合，可以使得结果更加精确。系统从电网EMS系统中读取所需的电网实测参数，所述的参数包括风电场出力、电网拓扑、节点负荷等信息。所述的在线计算分析弓丨擎首先在Power Factory仿真软件里进行包含风电场动态 模型的电网建模，该软件具有与EMS系统的数据接口，可定时从EMS系统读取电网断面，并 进行仿真计算。根据Power Factory软件提供的DSL/DPL语言进行二次开发，构筑与EMS系统 的数据接口，可定时从EMS系统读取电网断面，并根据风功率预测的取值范围，以Power Factory仿真软件为计算引擎，在线计算分析电网安全稳定性。所述的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统还包括电网故障和电 压稳定分析平台、风机保护过灵敏区域分析模块、无功电压灵敏度分析模块、方案数据库及 应对策略分析模块，电网分析人员通过电网故障和电压稳定分析平台读取电网典型断面， 分析风电场采用不同的无功补偿方式对提高电网电压稳定性的贡献，综合考虑各种无功补 偿组合的经济性和补偿效果，制定风电场无功补偿量的优化配置方案，并通过无功电压灵 敏度分析模块，根据风电并网区域的无功/电压灵敏度方程和无功/线损灵敏度方程，综合 考虑无功调节的效果和损耗，制定多风电场无功调节量的优化分配方案，并将优化方案保 存于方案数据库中，当在线计算分析引擎对电网进行“N-1”安全扫描时，若发现电网的安全 指标存在越限情况，根据相应的母线电压、线路潮流越限情况，通过查询方案数据库推导出 相应的应对措施，并通过人机界面显示。所述的电网故障和电压稳定分析平台还建有包含风机电磁暂态模型的电网短路 计算模型，可在风电并网区域的线路和母线上进行故障模拟和保护动作仿真，分析风电场 的电磁暂态过程，判断该故障产生的电压波动是否导致风电场脱网，从而界定风机保护过 灵敏区域，在此基础上制定风电并网区域的安控方案和电网二次设备的优化配合方案，并 将优化方案保存于方案数据库中。综上所述，本发明相比现有技术具有如下优点该系统建立了适用于电网安全稳定分析的短期风功率预测模型，搭建了含风电场 动态模型的地区电网计算仿真模型。在此基础上，可分析风电并网区域的无功/电压灵敏 度、无功/线损灵敏度、风机保护过灵敏集合等，在分析基础上制定多风电场无功补偿优化 配置和调节方案、风电并网区域安控策略和二次设备优化配合方案等。并通过含风电场的 电网在线潮流计算，分析风力发电的波动性给电网的安全运行造成的冲击影响，实现对风 电并网的在线安全预警。
图1为本发明实施例1的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统的原 理图
具体实施例方式下面结合实施例对本发明进行更详细的描述。实施例1如图1所示的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统，包括电网EMS系统、电网数据库、风功率预测模块，风功率数据库、在线计算分析引擎、电网故障和电压稳 定分析平台、风机保护过灵敏区域分析模块、无功电压灵敏度分析模块、安全预警及应对策 略分析、方案数据库及人机界面。所述的在线计算分析引擎为Power Factory仿真软件，通 过对仿真软件提供的DPL/DSL语言进行二次开发，构筑该软件与EMS系统的数据接口，可定 时从EMS系统读取电网断面。系统通过计算分析引擎的数据接口定时从EMS系统中读取风电场出力、电网拓 扑、节点负荷等信息，并存入电网数据库。然后在风功率预测模块中以当前风电场出力为 输入量，以历史数据为修正量，采用以时间序列分析为主，辅助数据挖掘的方法进行预测。 输出基于标准差计算的风功率预测范围以及风电场风能质量评估，将结果存入风功率数据 库。并把评估结果、风功率预测范围与风电场实际出力曲线进行比对，通过人机界面提供给 运行人员。在线安全预警计算分析引擎中建立风电机组/场/群模型以及电网模型，计算引 擎定时从EMS系统读取电网断面，从风功率数据库读取风功率预测值，进行包含风电场的 电网在线潮流计算，得出电网各个节点电压、线路潮流的趋势曲线。并应用“N-1”原则分析 电网线路潮流、节点电压越限情况，并通过查询方案数据库推导出应对策略，实现对风电并 网在线安全预警。电网运行分析人员通过电网故障和电压稳定分析平台读取电网典型断面，分析风 电场采用不同的无功补偿方式对提高风电并网区域电压稳定性的贡献。综合考虑各种无功 补偿组合的经济性和补偿效果，以制定多风电场并网区域无功补偿优化配置方案。并根据 风电并网区域的无功/电压灵敏度方程和无功/线损灵敏度方程，综合考虑无功调节的效 果和损耗，制定多风电场无功调节量的优化分配方案，并将优化方案保存于方案数据库中。在电网故障和电压稳定分析平台还建有风机的电磁暂态模型，通过在风电并网区 域的线路和母线上进行故障模拟和保护动作仿真，分析风电场的电磁暂态过程，判断该故 障产生的电压波动是否导致风电场脱网，从而界定风机保护过灵敏区域，在此基础上制定 风电并网区域的安控方案和二次设备的优化配合方案，将结果保存于方案数据库。本实施例未述部分与现有技术相同。
权利要求
一种基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统，其特征在于包括电网EMS系统、电网数据库、风功率预测模块，风功率数据库、在线计算分析引擎、安全预警及人机界面、系统从EMS系统中读取所需的风功率实测数据，存入电网数据库，风功率预测模块从电网数据库中读取当前风电场出力，并以当前风电场出力为输入量，以历史数据为修正量进行预测，得出下个时间窗内风功率预测范围，同时对风电场的风能质量进行评估，预测范围和评估结果一方面存入风功率数据库，另一方面通过人机界面显示，所述的在线计算分析引擎中建有风机动态模型及电网模型，分析引擎从EMS系统中读取电网断面，从风功率数据库中读取风功率预测值，以进行包含风电场的电网在线潮流计算，得出与电网安全有关的各指标的趋势曲线，并通过在最大、最小风功率预测点进行电网“N-1”安全扫描，分析电网线路和母线安全指标的越限情况，当在线计算分析引擎对电网进行“N-1”安全扫描时，若发现电网的安全指标存在越限情况，进行安全预警，并通过人机界面显示。
2.根据权利要求1所述的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统，其特征 在于所述的风功率预测模块的方法主要采用时间序列分析方法。
3.根据权利要求2所述的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统，其特征 在于所述的风功率预测模块的预测方法还辅助以数据挖掘的方法。
4.根据权利要求3所述的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统，其特征 在于系统具备与电网EMS系统的数据接口，读取所需的电网参数，其包括风电场出力、电 网拓扑、节点负荷信息。
5.根据权利要求4所述的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统，其特征 在于所述的在线计算分析引擎首先在Power Factory仿真软件里进行包含风电场动态模 型的电网建模，该软件具有与EMS系统的数据接口，可定时从EMS系统读取电网断面，并进 行仿真计算。
6.根据权利要求1-5任何一项所述的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警 系统，其特征在于所述的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统还包括电网 故障和电压稳定分析平台、风机保护过灵敏区域分析模块、无功电压灵敏度分析模块、方案 数据库及应对策略分析模块，电网分析人员通过电网故障和电压稳定分析平台读取电网典 型断面，分析风电场采用不同的无功补偿方式对提高电网电压稳定性的贡献，综合考虑各 种无功补偿组合的经济性和补偿效果，制定风电场无功补偿量的优化配置方案，并通过无 功电压灵敏度分析模块，根据风电并网区域的无功/电压灵敏度方程和无功/线损灵敏度 方程，综合考虑无功调节的效果和损耗，制定多风电场无功调节量的优化分配方案，并将优 化方案保存于方案数据库中，当在线计算分析引擎对电网进行“N-1”安全扫描时，若发现电 网的安全指标存在越限情况，根据相应的母线电压、线路潮流越限情况，通过查询方案数据 库推导出相应的应对措施，并通过人机界面显示。
7.根据权利要求6所述的基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统，其特征 在于所述的电网故障和电压稳定分析平台还建有包含风机电磁暂态模型的电网短路计算 模型，可在风电并网区域的线路和母线上进行故障模拟和保护动作仿真，分析风电场的电 磁暂态过程，判断该故障产生的电压波动是否导致风电场脱网，从而界定风机保护过灵敏 区域，在此基础上制定风电并网区域的安控方案和电网二次设备的优化配合方案，并将优 化方案保存于方案数据库中。
全文摘要
本发明公开了一种基于短期风功率预测的风电并网在线安全预警系统，系统从EMS系统中读取所需的风功率实测数据，存入电网数据库，风功率预测模块从电网数据库中读取当前风电场出力，并以当前风电场出力为输入量，以历史数据为修正量进行预测，得出下个时间窗内风功率预测范围，同时对风电场的风能质量进行评估，预测范围和评估结果一方面存入风功率数据库，另一方面通过人机界面显示。在线计算分析引擎中建有风机动态模型及电网模型，分析引擎从EMS系统中读取电网断面，从风功率数据库中读取风功率预测值，进行包含风电场的电网在线潮流计算，得出与电网安全有关的各指标的趋势曲线及进行越限比较，以判断越限情况进行预警。
文档编号G06F19/00GK101814743SQ20101004482
公开日2010年8月25日 申请日期2010年1月12日 优先权日2010年1月12日
发明者付超, 宋少群, 王毅 申请人:福建省电力有限公司福州电业局