一種風(fēng)電火電切機策略協(xié)調(diào)優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種風(fēng)電火電切機策略協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，包括：步驟1，監(jiān)測到系統(tǒng)發(fā)生故障時，啟動計算故障后風(fēng)火打捆系統(tǒng)的暫態(tài)能量函數(shù)判斷系統(tǒng)是否失穩(wěn)，是，執(zhí)行步驟2，否，則不啟動切機措施；步驟2，根據(jù)火電機組的暫態(tài)能量函數(shù)判斷是否有火電機組自身失穩(wěn)，是，切除失穩(wěn)的火電機組后執(zhí)行步驟1，否則，執(zhí)行步驟3；步驟3，根據(jù)故障前風(fēng)火打捆系統(tǒng)外送電力規(guī)模和故障后輸電通道外送能力限額，計算應(yīng)切除風(fēng)電機組容量，完成切機操作后返回步驟1。本發(fā)明提供的一種方法，可以有效保證故障后風(fēng)火打捆外送能源基地的安全穩(wěn)定運行，合理分配風(fēng)電、火電的切機容量，實現(xiàn)損失發(fā)電容量最小，為故障后系統(tǒng)恢復(fù)創(chuàng)造有利條件，提高了系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性。
【專利說明】一種風(fēng)電火電切機策略協(xié)調(diào)優(yōu)化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析領(lǐng)域，具體涉及一種風(fēng)電火電切機策略協(xié)調(diào)優(yōu) 化方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國風(fēng)能資源主要集中在三北地區(qū)，當(dāng)?shù)刎?fù)荷水平較低，系統(tǒng)規(guī)模小，風(fēng)電消納能 力十分有限，大規(guī)模風(fēng)電必須遠(yuǎn)距離輸送到其他區(qū)域消納。風(fēng)電年利用小時數(shù)低，單獨遠(yuǎn)距 離傳輸經(jīng)濟性很差；同時，傳輸線路上風(fēng)電功率的頻繁波動極不利于系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。 采取風(fēng)電火電打捆外送策略不僅能有效減小線路功率的波動，而且還有利于系統(tǒng)的安全穩(wěn) 定同時明顯降低受端電網(wǎng)的供電成本。河西地區(qū)目前已形成國內(nèi)規(guī)模最大的風(fēng)火打捆能源 外送基地，通過750/330kV交流通道外送。
[0003] 但是隨著越來越多大容量風(fēng)火打捆能源基地的建成投運，在帶來巨大經(jīng)濟效益的 同時，其動態(tài)行為變得越來越復(fù)雜，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定特性也因此發(fā)生很大變化。目前對于火 電機組暫態(tài)穩(wěn)定特性的研究已較為成熟，風(fēng)電機組的暫態(tài)穩(wěn)定特性不僅受制于機組類型而 且與其控制模式相關(guān)，也是目前的研究熱點。以往的研究表明，基于雙饋風(fēng)電機組的風(fēng)電場 對電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響要好于在同一接入點接入相同容量的同步發(fā)電機組；此外， 有學(xué)者將風(fēng)電場功率及控制作用等效為同步發(fā)電機機械功率，采用擴展等面積定則定性分 析風(fēng)電場并網(wǎng)對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定特性的影響等。實際電網(wǎng)工程仿真分析表明，大規(guī)模風(fēng)火打 捆外送模式下，發(fā)生某些嚴(yán)重故障時，僅采取單一切除常規(guī)火電機組或風(fēng)電機組措施難以 保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行或切機量代價過大。
[0004] 因此，有必要深入研究風(fēng)火打捆外送能源基地風(fēng)電、火電切機協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，以最 小的代價保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對風(fēng)火打捆外送能源基地嚴(yán)重故障后僅切除火電機組或風(fēng)電機組難以 保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行或代價過大的問題，通過比對風(fēng)電、火電機組故障擾動時暫態(tài)特性的差 異及對送端系統(tǒng)加速功率的影響，提供一種風(fēng)電火電切機策略協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，利用暫態(tài)能 量函數(shù)優(yōu)化風(fēng)電、火電切機比例，包括：
[0006] 步驟1，監(jiān)測到系統(tǒng)發(fā)生故障時，啟動計算故障后風(fēng)火打捆系統(tǒng)的暫態(tài)能量函數(shù)判 斷系統(tǒng)是否失穩(wěn)，是，執(zhí)行步驟2,否，則不啟動切機措施；
[0007] 所述暫態(tài)能量函數(shù)包括計算故障清除時系統(tǒng)的暫態(tài)能量和系統(tǒng)的臨界能量的差 值，當(dāng)所述差值大于0時表示所述系統(tǒng)功角失穩(wěn)，不大于0時表示系統(tǒng)穩(wěn)定；
[0008] 步驟2,根據(jù)火電機組的暫態(tài)能量函數(shù)判斷是否有火電機組自身失穩(wěn)，是，切除失 穩(wěn)的火電機組后執(zhí)行所述步驟1，否則，執(zhí)行所述步驟3 ;
[0009] 步驟3,根據(jù)故障前風(fēng)火打捆系統(tǒng)外送電力規(guī)模和故障后輸電通道外送能力限額， 計算應(yīng)切除風(fēng)電機組容量，完成切機操作后返回步驟1。
[0010] 本發(fā)明提供的第一優(yōu)選實施例中：所述步驟1中，所述故障清除時系統(tǒng)的暫態(tài)能 量V。為故障清除時系統(tǒng)的動能vk。和勢能vp的和： _] vc = Vkc+Vp (1)。
[0012] 本發(fā)明提供的第二優(yōu)選實施例中：所述故障清除時系統(tǒng)的動能Vk。的計算公式為：
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)電火電切機策略協(xié)調(diào)優(yōu)化方法，其特征在于，所述方法包括： 步驟1，監(jiān)測到系統(tǒng)發(fā)生故障時，啟動計算故障后風(fēng)火打捆系統(tǒng)的暫態(tài)能量函數(shù)判斷系 統(tǒng)是否失穩(wěn)，是，執(zhí)行步驟2,否，則不啟動切機措施； 所述暫態(tài)能量函數(shù)包括計算故障清除時系統(tǒng)的暫態(tài)能量和系統(tǒng)的臨界能量的差值，當(dāng) 所述差值大于〇時表不所述系統(tǒng)功角失穩(wěn)，不大于〇時表不系統(tǒng)穩(wěn)定； 步驟2,根據(jù)火電機組的暫態(tài)能量函數(shù)判斷是否有火電機組自身失穩(wěn)，是，切除失穩(wěn)的 火電機組后執(zhí)行所述步驟1，否則，執(zhí)行所述步驟3 ; 步驟3,根據(jù)故障前風(fēng)火打捆系統(tǒng)外送電力規(guī)模和故障后輸電通道外送能力限額，計算 應(yīng)切除風(fēng)電機組容量，完成切機操作后返回步驟1。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1中，所述故障清除時系統(tǒng)的暫態(tài) 能量V。為故障清除時系統(tǒng)的動能Vk。和勢能V p的和： vc = Vkc+Vp (1)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述故障清除時系統(tǒng)的動能Vk。的計算公式 為：
(2) 其中，η為系統(tǒng)中火電和雙饋型風(fēng)力發(fā)電機總臺數(shù)，m為系統(tǒng)中雙饋型風(fēng)力發(fā)電機臺 數(shù)，Mi和％分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組的慣性時間常數(shù)；ω i和'分別為第 i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組的轉(zhuǎn)子角速度和同步轉(zhuǎn)速的偏差；Pmi和Ρ"_分別為第i臺 火電機組和第j臺風(fēng)電機組的機械功率；if和/f分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機 組的電磁功率，采用故障未清除前的電網(wǎng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣求解；S Μ和δ w分別為第i臺火電 機組和第j臺風(fēng)電機組故障時刻的轉(zhuǎn)子角；S &和δ u分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng) 電機組故障清除時刻的轉(zhuǎn)子角；k為第j臺風(fēng)電機組的機械功率隨時間變化速率，t為時間， kt( δ p為第j臺風(fēng)電機組在t時刻的機械功率，Pm(l為第j臺風(fēng)電機組在故障前的機械功 率。
4. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述故障清除時系統(tǒng)的勢能Vp的計算公式 為：
(3) 其中，η為系統(tǒng)中火電和雙饋型風(fēng)力發(fā)電機總臺數(shù)，m為系統(tǒng)中雙饋型風(fēng)力發(fā)電機臺 數(shù)；#和<2)分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組的電磁功率，采用故障清除后的電網(wǎng) 節(jié)點導(dǎo)納矩陣求解；P mi和Pw分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組的機械功率；S si和 S sj分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組故障后穩(wěn)定平衡點對應(yīng)的轉(zhuǎn)子角；δ &和δ u 分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組故障清除時刻的轉(zhuǎn)子角。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟1中所述系統(tǒng)的臨界能量￥"的計 算公式為：
(4) 其中，η為系統(tǒng)中火電和雙饋型風(fēng)力發(fā)電機總臺數(shù)，m為系統(tǒng)中雙饋型風(fēng)力發(fā)電機臺 數(shù)；Pf和<2>分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組的電磁功率，采用故障清除后的電 網(wǎng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣求解；P mi和Pw分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組的機械功率；S si 和S μ分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組故障后穩(wěn)定平衡點對應(yīng)的轉(zhuǎn)子角；δ ui和 Suj分別為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組故障后不穩(wěn)定平衡點對應(yīng)的轉(zhuǎn)子角，δ ui = 31 _ δsi, δ uj = ji _ δ sj。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中進(jìn)行判斷是否失穩(wěn)的火電機組 為根據(jù)經(jīng)驗人為設(shè)定的重要火電機組。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2中根據(jù)所述火電機組的所述暫態(tài) 能量函數(shù)判斷是否失穩(wěn)包括： 計算第i臺火電機組的暫態(tài)能量L與臨界能量Vrai的差值Λ \ = Hh，Λ \彡0， 則表明第i臺火電機組穩(wěn)定；若Λ \ > 0,則表明第i臺火電機組功角失穩(wěn)； 所述第i臺火電機組的暫態(tài)能量L為故障清除時第i臺火電機組的動能Vkc;i和勢能 Vpi的和，計算公式為：
(6) Mi為第i臺火電機組的慣性時間常數(shù)；ω i為第i臺火電機組的轉(zhuǎn)子角速度和同步轉(zhuǎn)速 的偏差；Pni為第i臺火電機組的機械功率；^為第i臺火電機組的電磁功率，采用故障未 清除前的電網(wǎng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣求解；g 2)為第i臺火電機組和第j臺風(fēng)電機組的電磁功率，采 用故障清除后的電網(wǎng)節(jié)點導(dǎo)納矩陣求解；S Μ為第i臺火電機組故障時刻的轉(zhuǎn)子角；δ &為 第i臺火電機組故障清除時刻的轉(zhuǎn)子角，S ui為第i臺火電機組故障后不穩(wěn)定平衡點對應(yīng) 的轉(zhuǎn)子角。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟3中計算應(yīng)切除風(fēng)電機組容量，如 式⑵所示： Pw = P〇-Pmax ⑵ 其中，P〇為故障前風(fēng)火打捆能源基地外送電力規(guī)模，Pmax為故障后輸電通道外送能力限 額，所述輸電通道外送能力限額Pmax為輸電線路的靜穩(wěn)極限、暫穩(wěn)極限、動穩(wěn)極限和熱穩(wěn)極 限中的最低值。
【文檔編號】H02J3/46GK104113086SQ201410283066
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】唐曉駿, 牛拴保, 羅紅梅, 霍超, 陳得治, 李媛媛, 李曉珺, 吉平, 陳湘, 申旭輝 申請人:國家電網(wǎng)公司, 中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司西北分部