计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法

本发明涉及电力系统保护与控制领域，具体涉及一种计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法。

背景技术：

1、随着风电装机容量持续增大，电网的惯量水平持续下降，不断提升的风电渗透率导致电力系统频率安全稳定问题日益严重。故障等大扰动导致频率变化率急剧升高，保护动作使风电机组大范围脱网等安全事故时有发生。

2、以双馈风电机组和直驱风电机组为代表的变速风电机组能够通过综合惯量控制模拟同步发动机机电特性，通过转子释放或吸收能量响应频率变化。但是，综合惯量控制的调节能力受限于初始运行状态与风速，在电网大扰动下仅依靠综合惯量控制可能无法有效控制频率，可配合切机以平抑系统功率盈余。由于切除同步发动机的成本较高，且对系统的抗扰性造成不利影响，因此优先切除风电机组被普遍认可。

3、风电机组能够快速响应频率变化而调节功率，切机量越大，切机后系统功率调节能力越差。切机以发电机组为单位，功率调节颗粒度较大，容易出现过切或欠切现象，使系统低频减载误动作或无法从高频恢复至正常运行状态。考虑风电机组自主频率响应能力，协调高频切机与功率调节，优先切除风电机组，可尽量避免切除同步发电机。

4、综上所述，针对切除同步发电机降低风电电力系统抗扰性的问题，考虑风电机组综合惯量控制的功率调节速率，计及切除风电机组与同步发电机对电力系统功率调节能力的影响，如何尽可能避免切除同步发电机组，降低电力系统安全风险，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中同步发电机降低风电电力系统抗扰性的问题，本发明提出一种计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法。考虑风电机组综合惯量控制的功率调节速率，计及切除风电机组与同步发电机对电力系统功率调节能力的影响，尽可能避免切除同步发电机组。具体包括以下步骤：

2、s101、获取风电场中风电机组的下垂系数与虚拟惯量系数、风电场运行功率、同步发电机最大滑坡速率、同步发电机运行功率；

3、s102、当电力系统频率出现功率扰动时，根据风电场组的下垂系数与虚拟惯量系数，计算各风电场功率调节速率；

4、s103、根据功率扰动与风电场功率调节速率建立是否切机的判别式，若判别式成立，则不需切机，执行s104，若判别式不成立则需要切机，执行s105；

5、s104、风电机组按虚拟惯量系数进行综合惯量控制，同步发电机按最大滑坡速度下调有功功率；

6、s105、根据调频容量约束下的风电机最大切机量和频率变化率约束下的系统最小切机量判断是否需要切除同步发电机，若不需切除同步发电机，执行s106；否则执行s107；

7、s106、根据频率变化率约束下的系统最小切机量、最大频率偏差约束下所需的风电机最小切机量以及切除风电机组后系统功率调节量，确定切除风电机组的数量，并执行切机；

8、s107、根据调频容量约束的风电机最大切机量，确定切除风电机组的数量；根据避免频率变化率与最大频率偏差越限的同步发电机最小切机量确定切除同步发电机的数量，并执行切机。

9、本发明提供了一种计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，能够解决现有技术中同步发电机降低风电电力系统抗扰性的问题。考虑风电机组综合惯量控制的功率调节速率，计及切除风电机组与同步发电机对电力系统功率调节能力的影响，尽可能避免切除同步发电机组，还能够在避免系统频率越限的同时减小切机量。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

10、1、现有技术通过综合惯量控制使风电机组模拟同步发电机机电特性，通过转子释放或吸收能量响应频率变化。利用可调容量作为表征风电机组的频率控制能力，但是忽略了风电机组功率调节速率和同步发电机调节速率对系统频率的影响。本发明提出了风电机组功率调节速率的计算方法，量化了切机、功率调节能力与频率特性之间的耦合关系，可反映避免系统频率越限时所需的切机量与功率调节速率。

11、2、现有技术利用最优化方法确定切机量与功率调节量，以切机量、功率调节量为变量，优化求解各时刻频率控制方案。现有技术忽略了切除同步发电机对系统抗干扰性的影响，可能导致切除同步发电机数量过大，后续频率响应特性恶化。本发明计及风电机组自主频率响应能力，协调切机与功率调节，可尽量避免切除同步发电机。

技术特征：

1.计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，步骤s102中，各风电场功率调节速率按以下方法计算：

3.根据权利要求1所述的计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，步骤s103中，根据功率扰动与风电场功率调节速率建立是否切机的判别式，将初始功率盈余代入下式，若下式成立则不需切机，否则判断需要切机：

4.根据权利要求3所述的计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，步骤s103中，切除风电机组后系统功率调节量的计算公式为：

5.根据权利要求1所述的计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，步骤s105中，按照以下方法判断是否需要切除同步发电机：

6.根据权利要求5所述的计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，步骤s105中，调频容量约束下的风电机最大切机量计算式为：

7.根据权利要求1所述的计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，步骤s106中，切除风电机组的数量按以下方法计算：

8.根据权利要求7所述的计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，步骤s106中，避免频率变化率与频率偏差越限时所需的风电机最小切机量按以下方法计算：

9.根据权利要求1所述的计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，步骤s107中，切除风电机组的数量与同步发电机的数量分别按以下方法计算：

10.根据权利要求9所述的计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，其特征在于，避免频率变化率与最大频率偏差越限的同步发电机最小切机量按以下方法计算：

技术总结
本发明涉及电力系统保护与控制领域，具体涉及计及风电机组自主频率响应的电力系统高频切机方法，功率调节速率所述方法包括首先获取风电场中风电机组的下垂系数与虚拟惯量系数、风电场运行功率、同步发电机最大滑坡速率、同步发电机运行功率；当电力系统频率超过规程规定的允许范围时，计算各风电场功率调节速率；接着计算避免频率变化率越限的最小切机量；若无需切机，则风电机组采用综合惯量控制，同步发电机按最大滑坡速度下调有功功率；若需要切机，当不需切除同步发电机时，根据所需最小切机量，确定切除风电机组的数量，并执行切机；当需切除同步发电机时，则按调频容量约束的最大切机量确定切除风电机组的数量，确定切除同步发电机的数量，并执行切机。

技术研发人员：欧阳金鑫,张澳归,余建峰
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6