一種預防風電場高壓脫網的綜合設計方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及新能源發電技術中的風電并網技術領域的方法，具體涉及一種預防風 電場高壓脫網的綜合設計方法。
【背景技術】
[0002] 風電發展迅猛，但是由于資源和負荷之間的逆向分布，使得"建設大基地，融入大 電網"成為中國風電開發的必選模式。目前，隨著8大千萬千瓦風電基地的建設，中國在 2012年已經成為世界上風電裝機容量最大的國家，風電總裝機容量超過60GW。預計到2015 年和2020年，風電裝機將分別達到100GW和200GW。在風電并網容量快速增加的同時，風電 對電網的安全穩定運行帶來越來越大的挑戰。特別是在風電穿透率較高的地區，風電的動 態特性對當地電網影響較為明顯，集中體現在系統調峰和調頻、風電故障穿越等運行控制 問題。近幾年來，我國風電脫網事故頻發，僅2011年，就發生了 193起風電機組脫網事故， 其中損失風電出力100-500MW的脫網事故54起，損失風電出力500MWW上的脫網事故12 起。風電障穿越能力對電網安全構成的影響倍受各界關注，對電網的安全穩定運行帶來越 來越大的挑戰。
[0003]"故障穿越"是指電網電壓異常時風電機組能夠不間斷連續運行的能力，其中包括 低電壓穿越和高電壓穿越。風電的低電壓穿越化OWVoltage化deT虹OU曲）問題過去一 直是被關注的熱點，國內外研究機構進行了大量的研究并提出了諸多的解決方案，對問題 的認識和解決的方法相對比較成熟。然而。對于風電的高電壓穿越（Hi曲Voltage化de T虹OU曲）問題，國內外雖然開展了一定的研究工作，但針對由于短路故障結束后電網電壓 恢復階段高電壓引起的風電機組大規模脫網問題，還缺少系統的預防風電場高電壓脫網方 法。評估導致風電機組高壓脫網的原因，主要有如下的幾個原因：
[0004] (1)電網電壓恢復階段無功補償裝置未動作或者未及時動作，導致未脫網風電機 組機端電壓抬升，進而導致風電機組因過壓保護而脫網。
[0005] (2)風電機組動態無功支撐控制策略中的無功電流注入比例系數較大，從而導致 電網電壓恢復后機端電壓瞬間抬升，出現較大的控制超調；或是風電機組動態無功支撐控 制策略的響應滯后，當電網電壓恢復之后，其還將繼續向電網注入一段時間的無功功率，進 而有可能造成機端電壓的暫態升高，從而導致風電機組脫網。
[0006] (3)風電機組高電壓耐受能力較差。
[0007] 由此可知，預防風電場高電壓脫網，可從風電機組和風電場無功補償裝置兩方面 綜合考慮，根據仿真評估高電壓穿越期間風電機組電壓暫態響應特性設計預防方法，從而 降低風電場高壓脫網發生的概率。
【發明內容】
[0008] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種預防風電場高壓脫網的綜合設計 方法，該方法是在確保滿足中國風電并網導則（GB/T19963-2011)的基本要求前提下，綜合 考慮風電場無功補償裝置類型和控制策略，控制無功補償裝置在故障穿越期間的補償容量 和響應時間，控制風電機組在故障穿越期間無功電流注入比例系數和故障結束后無功注入 的時間，提出風電機組高電壓的耐受要求，從而預防風電場高電壓脫網。
[0009] 本發明的目的是采用下述技術方案實現的：
[0010] 本發明提供一種預防風電場高壓脫網的綜合設計方法，其改進之處在于，所述方 法包括下述步驟：
[0011] (1)評估可能導致風電場高壓脫網的影響因素；
[0012] (2)調整風電場內無功補償裝置的控制策略；
[0013] (3)調整風電機組的控制策略；
[0014] (4)提出風電機組的高電壓耐受要求。
[0015] 進一步地，所述步驟（1)中，評估可能導致風電場高壓脫網的影響因素包括下述步 驟：
[0016] 1)校核風電場無功補償裝置的數據；針對采用電容器組作為無功補償設備的風電 場，校核風電場電容器組的容量；針對采用動態無功補償裝置作為無功補償設備的風電場， 校核動態無功補償裝置所能輸出的最大容性無功、最大感性無功的能力W及動態無功補償 裝置的響應速度；
[0017] 2)校核風電機組動態無功支撐控制策略；包括故障期間無功電流注入比例系數、 無功電流注入的響應時間，W及當電網電壓恢復至動態無功支撐控制策略退出的響應時 間。
[0018] 進一步地，所述步驟（2)中，仿真評估無調整措施時風電場是否能預防高電壓脫 網，若不能則調整風電場內無功補償裝置的控制策略；調整風電場內無功補償裝置的控制 策略包括下述步驟：
[0019] <1〉針對采用電容器組作為無功補償設備的風電場，檢測風電場并網點電壓，當電 網電壓恢復后風電場并網點電壓升高至口檻值(例如設置為1. 15pu)時，切除風電場中的無 功補償裝置；
[0020] <2〉針對采用動態無功補償裝置作為無功補償設備的風電場，根據風電場充電功 率數據，在滿足風電場容性無功補償要求的前提下，增加動態無功補償裝置最大感性無功 的輸出能力；檢測風電場并網點電壓，當電網電壓恢復后風電場并網點電壓升高至口檻值 (例如設置為1. 15pu)時，動態無功補償裝置輸出最大感性無功，且動態無功補償裝置動態 調節的響應時間不大于30ms。
[0021] 進一步地，所述步驟（3)中，仿真評估采用步驟（2)控制策略后風電場是否能預 防高電壓脫網，若不能則調整風電機組的控制策略；調整風電機組的控制策略包括下述步 驟：
[0022] ①在確保滿足中國風電并網導則（GB/T19963-2011)中關于風電場應具備的動態 無功支撐能力基本要求的前提下，限定故障穿越期間風電機組無功電流注入比例系數；
[0023] ②在不影響風電機組控制器性能的條件下，控制故障結束后無功注入的時間，理 想情況下電網電壓恢復后立即退出風電機組動態無功支撐控制策略。
[0024] 進一步地，所述步驟（4)中，仿真評估采用步驟（2)和步驟（3)的控制策略后風電 場是否能預防高電壓脫網，若不能則提出風電機組高電壓耐受要求；根據風電場接入點的 電網強度進行仿真評估，提出風電機組高電壓耐受要求。
[00巧]與現有技術比，本發明的有益效果是：
[0026] 本發明提供的一種預防風電場高壓脫網的綜合設計方法，與現有預防風電場高壓 脫網方法相比，本發明有W下優點：
[0027] (1)本發明建立在確保滿足中國風電并網導則（GB/T19963-2011)的基本要求前提 之上；
[0028] (2)本發明所提方法充分利用已有的設備及其控制策略，綜合考慮風電場無功補 償裝置類型和控制策略、風電機組無功控制策略、風電機組高電壓的耐受要求，技術調整方 案由易到難，原理清晰、可操作性強，能夠得到有效地推廣。
[0029] (3)本發明所提方法能夠有效預防風電場高壓脫網。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發明提供的一種預防風電場高壓脫網的綜合設計方法的流程圖；
[0031] 圖2是本發明提供的風電場群接入示意圖；
[0032] 圖3是本發明提供的風電機組高電壓耐受要求波形圖；
[0033] 圖4是本發明提供的預防風電場高電壓脫網的仿真驗證的波形圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[00巧]由于短路故障結束后電網電壓恢復階段高電壓引起的風電機組大規模脫網問題 已成為現階段嚴重威脅電網安全運行、制約可再生能源產業發展的重要問題之一。針對此 類問題，本發明提供一種預防風電場高壓脫網的綜合設計方法，該方法是在確保滿足中國 風電并網導則（GB/T19963-2011)的基本要求前提下，綜合考慮風電場無功補償裝置類型和 控制策略，控制無功補償裝置在故障穿越期間的補償容量和響應時間，控制風電機組在故 障穿越期間無功電流注入比例系數和故障結束后無功注入的時間，提出風電機組高電壓的 耐受要求，從而預防風電場高電壓脫網。
[0036] 本發明提供的一種預防風電場高壓脫網的綜合設計方法的流程圖如圖1所示