一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法与流程

1.本发明涉及新能源并网控制技术领域，尤其涉及一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法。


背景技术：

2.新能源发电具有间隙性和随机性特点，为了最大限度消纳新能源电力，需要根据新能源发电超短期预测，考虑电网的调峰、安全稳定、现货交易和经济环保等运行约束，对常规机组和新能源场站并网功率进行在线优化计算与控制。由于新能源场站技术装备和管理水平差异较大，相对于常规电站，不仅新能源场站出力的可控性能通常要差一些，并且可控性能稳定性也不足，因此，若按常规电站的控制方式进行新能源场站的控制，则难以综合保障新能源场站响应电网调控中心控制指令的精度、实时性和可靠性。
3.例如，一种在中国专利文献上公开的“新能源并网有功高可靠性自动控制系统”，其公开号：cn108173261b，公开日：2021-03-12，该发明在电网调度端设置中心站、在与新能源并网相关稳定断面接入变电站设置控制子站、在新能源场站设置执行站，融入电网调控系统实时信息、控制功能和场站监控系统控制功能，以及离线控制。该发明并不能对有功紧急响应暂态频率提供一个有效的支撑方法，也不能对于无功调节的暂态电压提供有效的支撑方法。


技术实现要素：

4.本发明主要解决紧急状态下新能源并网连接性难以为继、系统稳定性无法保证的问题；提供一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法。
5.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
6.本发明包括以下步骤：
7.s1：实时检测电网系统频率的变化率及电网系统电压的变化率；
8.s2：根据检测的电网系统频率的变化率及电网系统电压的变化率确定能导致电网系统暂态失稳的影响因素；
9.s3：判断风电场出口母线电压是否越限，若越限则调整故障期间风电机组无功注入控制策略；
10.s4：判断电网系统的频率是否越限，若越限则调整故障清除后风电机组的有功恢复控制策略；
11.s5：判断电网系统的功角是否越限，若越限则调整故障期间风电机组的有功注控制策略；
12.s6：判断电网系统是否满足暂态稳定性要求，若未满足则进行无功补偿及风电并网容量约束。
13.采用此方案可以利用实时检测的数据对电网系统并网时提供有功紧急响应的暂态频率支撑方法和提供无功紧急调节的暂态电压支撑方法。
14.作为优选，所述步骤s2中，对电网系统进行电压和频率的检测获得频率f及电压u；
15.通过公式：df/dt，计算得到电网系统频率的变化率β；
16.通过公式：du/dt，计算得到电网系统电压的变化率γ。
17.采用此方案可以计算得到电网系统频率的变化率和电压的变化率。
18.作为优选，所述步骤s2中，能导致电网系统暂态失稳的影响因素包括故障期间风电机组的无功电流注入比例系数和响应时间、故障清除后风电机组的有功恢复初始设定值和速率设定值以及故障期间风电机组有功电流注入比例系数和约束条件。
19.作为优选，所述故障期间有功电流、无功电流注入约束条件如下：
[0020][0021]
其中，为风电机组无功电流注入设定值；为风电机组有功电流注入设定值；i
max
为风电机组最大电流注入约束值。
[0022]
采用此方案是为了限定约束条件，当达到约束条件时，有功电流、无功电流注入系统。
[0023]
作为优选，所述步骤s3中，若未满足故障期间风电场出口母线电压未低于0.3pu，则表明故障期间风电场出口母线电压越限，调整故障期间风电机组的无功注入控制策略。
[0024]
采用此方案是为了，保证故障期间风电机组无功电流注入具备较快的响应速度；之后在不影响风电机组控制器性能的条件下，调整故障期间风电机组无功电流注入大小，并以风电机组无功注入能力为约束条件。
[0025]
作为优选，所述步骤s4中，若未满足电网系统频率的变化幅度未大于3％，则表明电网系统的频率越限，调整故障清除后电网系统的有功恢复控制策略。
[0026]
采用此方案是为了在不影响风电机组控制器性能的条件下，调整故障清除后风电机组有功恢复起始值和恢复速度。
[0027]
作为优选，所述步骤s5中，若未满足电网系统的功角变化幅度未大于180
°‑
2δ0，则表明电网系统的功角越限，调整故障期间风电机组的有功注入控制策略。
[0028]
采用此方案是为了在不影响风电机组控制器性能的条件下，调整故障期间风电机组有功注入控制策略。
[0029]
作为优选，所述步骤s6，判断电网系统是否满足暂态稳定性要求，即判断是否满足电网系统的母线电压、频率和功角稳定性的要求，若未满足则进行无功补偿及风电并网容量约束，具体按照如下步骤进行：
[0030]
s61:评估电网系统的母线电压稳定性是否满足要求，若未满足则按照3％风电场装机容量增加无功补偿装置；
[0031]
s62:评估电网系统的频率、功角稳定性是否满足要求，若未满足则按照5％风电场装机容量减少风电场装机容量；
[0032]
s63:重新评估电网系统电压、频率和功角稳定性，直至电网系统满足暂态稳定性要求。
[0033]
本发明的有益效果是：对有功紧急响应暂态频率提供一个有效的支撑，也对于无功调节的暂态电压提供有效的支撑，实现了新能源电场暂态频率电压主动快速支撑；能够
通过优化风电机组的控制策略实现电网系统的暂态稳定性优化。
附图说明
[0034]
图1是本发明的结构框图。
具体实施方式
[0035]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0036]
实施例：
[0037]
本实施例的一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法，如图1所示，电网系统开始运行时，会实时检测电网系统频率的变化率及电网系统电压的变化率，之后根据检测的电网系统频率的变化率及电网系统电压的变化率确定能导致电网系统暂态失稳的影响因素，判断风电场出口母线电压是否越限，若越限则调整故障期间风电机组无功注入控制策略，若未越限则判断电网系统的频率是否越限；若电网系统的频率越限，则调整故障清除后风电机组的有功恢复控制策略，若未越限则判断电网系统的功角是否越限；若电网系统的功角越限，则调整故障期间风电机组的有功注控制策略，若未越限则电网系统停止结束。
[0038]
其中，对电网系统进行电压和频率的检测获得频率f及电压u；
[0039]
通过公式：df/dt，计算得到电网系统频率的变化率β；
[0040]
通过公式：du/dt，计算得到电网系统电压的变化率γ。
[0041]
在确定能导致电网系统暂态失稳的影响因素中，可能导致电网系统暂态失稳的影响因素包括故障期间风电机组的无功电流注入比例系数和响应时间、故障清除后风电机组的有功恢复初始设定值和速率设定值以及故障期间风电机组有功电流注入比例系数和约束条件，故障期间有功电流、无功电流注入约束条件如下：
[0042][0043]
其中，为风电机组无功电流注入设定值；为风电机组有功电流注入设定值；i
max
为风电机组最大电流注入约束值。
[0044]
在判断风电场出口母线电压是否越限时，若未满足故障期间风电场出口母线电压未低于0.3pu，则表明故障期间风电场出口母线电压越限，调整故障期间风电机组的无功注入控制策略。
[0045]
在判断电网系统的频率是否越限中，若未满足电网系统频率的变化幅度未大于3％，则表明电网系统的频率越限，调整故障清除后电网系统的有功恢复控制策略。
[0046]
在判断电网系统的功角是否越限中，若未满足电网系统的功角变化幅度未大于180
°‑
2δ0，则表明电网系统的功角越限，调整故障期间风电机组的有功注入控制策略。
[0047]
判断电网系统是否满足暂态稳定性要求，即判断是否满足电网系统的母线电压、频率和功角稳定性的要求，若未满足则进行无功补偿及风电并网容量约束，具体按照如下步骤进行：
[0048]
s61:评估电网系统的母线电压稳定性是否满足要求，若未满足则按照3％风电场
装机容量增加无功补偿装置；
[0049]
s62:评估电网系统的频率、功角稳定性是否满足要求，若未满足则按照5％风电场装机容量减少风电场装机容量；
[0050]
s63:重新评估电网系统电压、频率和功角稳定性，直至电网系统满足暂态稳定性要求。
[0051]
本实施例对有功紧急响应暂态频率提供一个有效的支撑，也对于无功调节的暂态电压提供有效的支撑，实现了新能源电场暂态频率电压主动快速支撑；能够通过优化风电机组的控制策略实现电网系统的暂态稳定性优化。
[0052]
应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：实时检测电网系统频率的变化率及电网系统电压的变化率；s2：根据检测的电网系统频率的变化率及电网系统电压的变化率确定能导致电网系统暂态失稳的影响因素；s3：判断风电场出口母线电压是否越限，若越限则调整故障期间风电机组无功注入控制策略；s4：判断电网系统的频率是否越限，若越限则调整故障清除后风电机组的有功恢复控制策略；s5：判断电网系统的功角是否越限，若越限则调整故障期间风电机组的有功注控制策略；s6：判断电网系统是否满足暂态稳定性要求，若未满足则进行无功补偿及风电并网容量约束。2.根据权利要求1所述的一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，对电网系统进行电压和频率的检测获得频率f及电压u；通过公式：df/dt，计算得到电网系统频率的变化率β；通过公式：du/dt，计算得到电网系统电压的变化率γ。3.根据权利要求1所述的一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法，其特征在于，所述步骤s2中，能导致电网系统暂态失稳的影响因素包括故障期间风电机组的无功电流注入比例系数和响应时间、故障清除后风电机组的有功恢复初始设定值和速率设定值以及故障期间风电机组有功电流注入比例系数和约束条件。4.根据权利要求3所述的一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法，其特征在于，故障期间有功电流、无功电流注入约束条件如下：其中，为风电机组无功电流注入设定值；为风电机组有功电流注入设定值；i
max
为风电机组最大电流注入约束值。5.根据权利要求1所述的一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法，其特征在于，所述步骤s3中，若未满足故障期间风电场出口母线电压未低于0.3pu，则表明故障期间风电场出口母线电压越限，调整故障期间风电机组的无功注入控制策略。6.根据权利要求1所述的一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法，其特征在于，所述步骤s4中，若未满足电网系统频率的变化幅度未大于3％，则表明电网系统的频率越限，调整故障清除后电网系统的有功恢复控制策略。7.根据权利要求1所述的一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法，其特征在于，所述步骤s5中，若未满足电网系统的功角变化幅度未大于180
°‑
2δ0，则表明电网系统的功角越限，调整故障期间风电机组的有功注入控制策略。8.根据权利要求1所述的一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法，其特征在于，所述步骤s6，判断电网系统是否满足暂态稳定性要求，即判断是否满足电网系统的母线电压、频率和功角稳定性的要求，若未满足则进行无功补偿及风电并网容量约束，具体按照
如下步骤进行：s61:评估电网系统的母线电压稳定性是否满足要求，若未满足则按照3％风电场装机容量增加无功补偿装置；s62:评估电网系统的频率、功角稳定性是否满足要求，若未满足则按照5％风电场装机容量减少风电场装机容量；s63:重新评估电网系统电压、频率和功角稳定性，直至电网系统满足暂态稳定性要求。

技术总结
本发明公开了一种新能源并网的暂态频率紧急态优化控制方法。为了克服紧急状态下新能源并网连接性难以为继、系统稳定性无法保证的问题；本发明采用以下步骤：实时检测电网系统频率的变化率及电网系统电压的变化率；根据检测的电网系统频率的变化率及电网系统电压的变化率确定能导致电网系统暂态失稳的影响因素；判断风电场出口母线电压是否越限；判断电网系统的频率是否越限；判断电网系统的功角是否越限；判断电网系统是否满足暂态稳定性要求。优点是对有功紧急响应暂态频率提供一个有效的支撑，也对于无功调节的暂态电压提供有效的支撑，实现了新能源电场暂态频率电压主动快速支撑。速支撑。


技术研发人员：钱伟杰 屠晓栋 周旻 陈超 龚利武 崔金栋 郑舒 赵景涛 付明 洪涛
受保护的技术使用者：国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/5/25