一种适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法，包括：(1)根据大规模新能源电站系统的稳定域度，确定孤岛保护特征量的定值，将系统稳定划分为多个层级；(2)根据大规模新能源电站的每个间隔的设备类型，以及出口矩阵配置，生成对应的逻辑表达式；(3)生成轮级互锁逻辑；(4)通过实时计算特征变量值，识别孤岛现象发生后系统的稳定层级，根据轮级互锁逻辑判别结果，作用于出口矩阵，保证出口跳闸的快速性、可靠性。本发明应用轮级互锁逻辑方法，防止大规模新能源电站孤岛保护过程中出现的过切问题，具有较高的自动化水平，能够简化操作流程，降低运行和维护成本，增加操作的可靠性，同时该方法具备广泛的适用性。
【专利说明】
一种适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法，属于新能源技术领域。
【背景技术】
[0002]新能源电站系统与传统电网电站系统相比，规模较小，为适应各个地区不同的需求，往往包含多种电力设备，例如并网开关、储能逆变器、分布式电源、负荷等。当主网由于特定原因停止供电时，新能源电站与周围的用电负荷即形成了孤岛现象，非计划性孤岛现象的发生会给系统设备和相关人员带来不可预知的危害。目前建设的新能源电站具有发电容量较大、并网方式复杂、多重储能逆变器配置等特点，当孤岛现象发生后，大规模新能源电站的多种组合方式，形成了多种运行状态，各种状态下系统的稳定特性也不尽相同，现有的孤岛保护方法往往会造成负荷和发电设备的过切现象，扩大了停电范围，降低了新能源的利用率。因此寻找一种有效的孤岛保护方法，在大规模新能源电站的各个运行方式下，均可快速、可靠的跳闸出口，同时防治保护过程中的过切现象，对于新能源有效的接入电网系统具有重要的意义。
[0003]传统电力系统的轮级控制技术一般根据电压、频率的幅值、相位、滑差等特征量进行判别，当孤岛现象导致特征量超出允许的范围，并满足一定的动态条件后，认为系统进入失稳状态，进而触发保护控制装置对系统进行控制。大规模新能源电站含有大量的分布式能源，分布式能源具有不稳定、间歇性、随机性等天然特性，使得系统的稳定特性在一个较大的区间内浮动。新能源电站系统也与地理位置相关，不同地区的新能源系统，因为接入分布式能源的数量、特性的不同，而在动态特性上也有较大差异，孤岛现象发生后的电压、频率的特性也可能不同。
[0004]要实现大规模新能源电站系统的孤岛保护的可靠动作，需要智能识别新能源电站当前的运行模式，实行分层多轮的控制方法，实时采集并网点、分布式电源、储能单元、负荷线路信息，进行系统稳定判别。当孤岛现象导致系统失稳后，根据预先设定的策略，定位系统所处的稳定层级，利用轮级互锁技术，联跳策略规定的一系列开关，实现快速、可靠的跳闸出口，实现系统的再平衡，同时防治保护过程中的过切现象。
[0005]故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法，以分层的方式划分微电网系统的稳定等级，以轮级互锁的技术实现系统的再平衡，实现快速、可靠的跳闸出口，防治保护过程中的过切现象。
[0007]为实现上述发明目的，本发明可采用如下技术方案:
[0008]—种适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法，包括以下步骤:
[0009](I)、根据大规模新能源电站系统的稳定域度，确定孤岛保护特征量的定值，将系统稳定划分为多个层级；
[0010](2)、根据大规模新能源电站的每个间隔的设备类型，以及出口矩阵配置，生成对应的逻辑表达式；
[0011](3)、生成轮级互锁逻辑；
[0012](4)、通过实时计算特征变量值，识别孤岛现象发生后系统的稳定层级，根据轮级互锁逻辑判别结果，作用于出口矩阵:如果轮级互锁逻辑判别结果为真动作，则作用于对应层级的出口矩阵;如果轮级互锁逻辑判别结果为假动作，则闭锁对应层级的出口矩阵。
[0013]进一步的，所述步骤(I)中，层级划分包括:根据大规模新能源电站中发电设备容量、负荷容量以及与配电网的连接关系，确定本系统的稳定域度，根据在大规模新能源电站系统孤岛保护特征量的定值，划分多个稳定层级LEVEL(n)。
[0014]进一步的，所述步骤(2)中，生成逻辑表达式包括:根据大规模新能源电站整体系统架构，定义每个间隔的设备类型包括并网点开关SW(n)，公共连接点开关SWT(n)，母线BUS(η)，可控负荷和电源开关0P(n);根据相同层级划分原则，将各个间隔设备归集到对应层级下，生成各层级逻辑设备表达式，LEVEL(n): {SW(i)，BUS( j)，0P(k)，...}。
[0015]进一步的，所述步骤(3)中，轮级互锁逻辑包括:定义各轮级动作信号ACT(n)，划分各轮为两级控制，后一轮级的逻辑判别在前一轮级动作完成后开始;定义个轮级互锁信号LOCK(n)，实时监视特征量的下降及回升的过程，计算特征变化量的陡度DT，当检测陡度方向改变，并且满足两级特征量交叉区间后，立即闭锁下一级轮切及相应出口矩阵，逻辑表达式为，L0CK(n):(DT>0)&LEVEL(n);本轮层级互锁逻辑表达式为，ACT(n):ACT(n-l)&N0T(LOCK(n))。
[0016]进一步的，所述步骤(4)中，通过实时计算特征变量值，快速识别孤岛现象发生后系统的稳定层级，并进行轮级互锁逻辑判别；包括采用直接出口方式，或者基于快速通信GOOSE机制的方式，防止孤岛保护过程中的过切问题。
[0017]本发明的有益效果在于:
[0018]本发明将大规模新能源电站孤岛保护划分为多层级轮级动作过程，各层轮级之间通过轮级互锁逻辑表达式实现相邻层级的互锁，防止大规模新能源电站孤岛保护过程中出现的过切问题，具有较高的自动化水平，能够简化复杂的操作流程，降低了运行和维护成本，增加了操作的可靠性。由于使用哪种特征变量取决于具体应用需求，因此该方法具备广泛的适用性，在大规模新能源电站中有着极其广阔的应用前景。
【附图说明】
[0019]图1以频率为特征量的多层轮级互锁的逻辑示意图。
[0020]图2以频率为特征量的轮级互锁避免过切的示意图。
[0021]图3以电压为特征量的多层轮级互锁的逻辑示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
[0023]本发明的适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法具体包括以下几个步骤:
[0024](I)根据大规模新能源电站中发电设备容量、负荷容量以及与配电网的连接关系，确定本系统的稳定域度，根据在大规模新能源电站系统孤岛保护特征量的定值，划分多个稳定层级LEVEL(n)。
[0025](2)根据大规模新能源电站整体系统架构，定义每个间隔的设备类型，例如并网点开关SW(n)，公共连接点开关SWT(n)，母线BUS(n)，可控负荷和电源开关0Ρ(η);根据相同层级划分原则，将各个间隔设备归集到对应层级下，生成各层级逻辑设备表达式，LEVEL(n):{SW(i)，BUS(j)，0P(k)，...}。
[0026](3)定义各轮级动作信号ACT(n)，划分各轮为两级控制，后一轮级的逻辑判别必须在前一轮级动作完成后开始;定义个轮级互锁信号LOCK(n)，实时监视特征量的下降及回升的过程，计算特征变化量的陡度DT，当检测陡度方向改变，并且满足两级特征量交叉区间后，立即闭锁下一级轮切及相应出口矩阵，逻辑表达式为，L0CK(n):(DT>0)&LEVEL(n)。本轮层级互锁逻辑表达式为，ACT(n):ACT(n-l)&N0T(L0CK(n))。
[0027](4)通过实时计算特征变量值，快速识别孤岛现象发生后系统的稳定层级，并进行轮级互锁逻辑判别。如果轮级互锁逻辑判别结果为动作，则作用于对应层级的出口矩阵;如果轮级互锁逻辑判别结果为动作，则闭锁对应层级的出口矩阵。一般可采用直接出口方式，或者基于快速通信GOOSE机制的方式，保证出口跳闸的快速性、可靠性，防止孤岛保护过程中的过切问题。
[0028]本实施例中，图1所示的为一个频率为特征量，以四个互锁层级加两个独立层级结构划分的大规模新能源电站系统稳定结构，下面以该新能源电站为例，说明多层轮级互锁孤岛保护方法逻辑的生成、判别过程。
[0029]按照技术方案步骤，(I)根据大规模新能源电站系统的稳定域度，以及孤岛保护频率特征量的定值，划分多个四个稳定层级，即LEVEL(I): [F1，F0]，LEVEL(2): [F2，Fl] ,LEVEL
(3):[F3，F2]，LEVEL(4):[F4，F3]。
[0030](2)根据大规模新能源电站整体系统架构，定义每个间隔的设备类型，例如该系能源电站有并网点开关3个，则定义SW( I)、SW(2)、SW(3);公共连接点开关2个，则定义SWT(I)、SWT(2);两组母线81^(1)、81^(2)，可控负荷和电源开关5个，则定义0?(1)、0?(2)^"、0卩
(5)。根据各层级的出口矩阵配置，将各个间隔设备归集到对应层级下，生成各层级逻辑设备表达式，例如LEVEL(I): {SW(1)，BUS(2)，SWT(1)，0P(4)}，LEVEL(2): {BUS(2)，0P(1)，0P
(2)，0P(5)}，LEVEL(3):{Sff(2)，BUS(2)，0P(3)，0P(4)}，...，LEVEL(5):{BUS(2)，SWT(2)，0P(1)，0P(2)，0P(5)}。
[0031 ] (3)生成轮级互锁逻辑，特征量为频率，则特征变化量的陡度定义为DT(F)，则第一层级互锁信号表达式为，LOCK (I): (DT(F)>0)&LEVEL( I)，第一层级互锁逻辑表达式为，ACT
(I):ACT(0)&N0T(L0CK(1));第二层级互锁信号表达式为，L0CK(2): (DT(F)>0)&LEVEL(2)，第二层级互锁逻辑表达式为4(:1'(2)^(^(1)&从^(11)0((2));第三、第四层级以此类推。
[0032](4)实时计算特征变量，即系统频率值F，假设频率计算值F: [F2，F1]，根据步骤(I)进行层级划分结果，快速识别孤岛现象发生后系统属于稳定层级LEVEL(2)，经过Tf2的时间展宽，频率F没有下降至F2以下，即未进入第二层级的交叉区间，所以L0CK(2)为假，逻辑互锁表达式ACT(2)为真，则孤岛保护作用于第一层级的出口矩阵，作用范围为LEVEL(2): {BUS
(2)，0P(1)，0P(2)，0P(5)}。
[0033](5)假设新能源电站在第二轮联切后，系统频率开始回升，但频率值已经下降至F2以下，即F:[F2，F1]，如图2所示，根据步骤(I)进行层级划分结果，快速识别此时系统属于稳定层级LEVEL(3)，频率F下降至F2以下，即进入了第二层级的交叉区间，但频率开始回升，SPDT(F)>0，所以 L0CK(3):(DT(F)>0)&LEVEL(3)为真，逻辑互锁表达式 ACT(3):ACT(2)&N0T(L0CK(3))为假，则闭锁第三层级的出口矩阵，实现了第二层级孤岛保护后的防止过切的问题。
[0034]以上实例以频率作为特征量，图3是以电压作为特征量描述了一个典型大规模新能源电站系统的稳定结构，实施方法同理。
[0035]以上实施例仅是对本发明技术方案的说明，而本发明的保护范围并非局限于此，任何熟悉本专业的人员对本发明的具体实施例进行的修改或等同替换，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
【主权项】
1.一种适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、根据大规模新能源电站系统的稳定域度，确定孤岛保护特征量的定值，将系统稳定划分为多个层级； (2)、根据大规模新能源电站的每个间隔的设备类型，以及出口矩阵配置，生成对应的逻辑表达式； (3)、生成轮级互锁逻辑； (4)、通过实时计算特征变量值，识别孤岛现象发生后系统的稳定层级，根据轮级互锁逻辑判别结果，作用于出口矩阵:如果轮级互锁逻辑判别结果为真动作，则作用于对应层级的出口矩阵;如果轮级互锁逻辑判别结果为假动作，则闭锁对应层级的出口矩阵。2.根据权利要求1所述的适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法，其特征在于，所述步骤(I)中，层级划分包括:根据大规模新能源电站中发电设备容量、负荷容量以及与配电网的连接关系，确定本系统的稳定域度，根据在大规模新能源电站系统孤岛保护特征量的定值，划分多个稳定层级LEVEL(n)。3.根据权利要求1所述的适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法，其特征在于，所述步骤(2)中，生成逻辑表达式包括:根据大规模新能源电站整体系统架构，定义每个间隔的设备类型包括并网点开关SW(n)，公共连接点开关SWT(n)，母线BUS(n)，可控负荷和电源开关OP(n);根据相同层级划分原则，将各个间隔设备归集到对应层级下，生成各层级逻辑设备表达式，LEVEL(n): {SW(i)，BUS( j)，OP(k)，...}。4.根据权利要求1所述的适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法，其特征在于，所述步骤(3)中，轮级互锁逻辑包括:定义各轮级动作信号ACT(n)，划分各轮为两级控制，后一轮级的逻辑判别在前一轮级动作完成后开始;定义个轮级互锁信号LOCK(n)，实时监视特征量的下降及回升的过程，计算特征变化量的陡度DT，当检测陡度方向改变，并且满足两级特征量交叉区间后，立即闭锁下一级轮切及相应出口矩阵，逻辑表达式为，LOCK(n):(DT>0)&LEVEL(n);本轮层级互锁逻辑表达式为，ACT(n):ACT(n-l)&NOT(LOCK(n))。5.根据权利要求1所述的适用于大规模新能源电站的多层轮级互锁孤岛保护方法，其特征在于，所述步骤(4)中，通过实时计算特征变量值，快速识别孤岛现象发生后系统的稳定层级，并进行轮级互锁逻辑判别;包括采用直接出口方式，或者基于快速通信GOOSE机制的方式，防止孤岛保护过程中的过切问题。
【文档编号】H02H7/26GK105896491SQ201610383736
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】刘陈鑫, 唐成虹, 谭阔, 温靖华, 罗美玲, 寿海宁
【申请人】国电南瑞科技股份有限公司, 国网宁夏电力公司, 国家电网公司, 国电南瑞南京控制系统有限公司