大规模风电机组脱网原因分析及对策

针对酒泉风电基地2011年发生的几次大规模风机脱网事故,根据现场调查和录波数据分析得出起因是风电场电气设备故障引发相间短路故障,引起站内和系统电压跌落,在此期间大量风机因不具备低电压穿越能力而脱网;故障切除后系统电压恢复,各风电场的无功补偿装置无法及时进行自动电压调整,引起系统电压升高,导致部分风机因过电压保护动作脱网。据此从工程实用角度提出了改造风电机组、完善风电场集电系统及保护配置等措施,并结合大型风电基地特点提出可以合理避免大规模脱网事故进一步研究的问题。     

基于PSASP/UPI的含风电场电力系统短路故障分析

风电场机组装机容量正逐年增加,而大规模风电接入系统对电力系统影响较大,因此研究系统故障以及风电保护配置对电网稳定运行很重要.通过对双馈异步风力发电机进行动态建模,在电力系统分析综合程序PSASP/UPI 6.28环境下,实现了风电系统的短路故障仿真,在此基础上分析了不同短路点对称和不对称故障状态下风电系统的电压、电流以及短路容量对风电并网暂态稳定性的影响等.研究结果表明风电场继电保护整定时应考虑这些影响因素,以提高风电场继电保护动作的有效性和可靠性.     

新能源场站调度管理优化分析

针对风电、光伏等新能源大规模接入电网加大发电侧不确定性的问题,根据风电、光伏发电原理和特点,利用风电、光伏出力预测系统及天气预报信息,优化新能源场站的设备计划检修、设备临时检修、事故处理调度管理工作流程。实例分析结果表明,新能源场站调度管理工作流程优化后,缩短了各种因素造成的新能源场站少发、停发电时间,增加了新能源场站的发电量,节能减排成效显著。     

基于随机潮流和风险价值的含大规模风电系统高风险连锁故障评估

随着系统中风电渗透率的增加,风电出力不确定性对电力系统连锁故障演化路径的影响不可忽视。基于此,引入随机潮流和风险价值理论,构建一种高风险连锁故障事故链模型,分析含大规模风电系统连锁故障事件的风险程度。首先基于多点风电随机注入相关性的随机潮流方法,提出了前瞻故障实时概率和严重度的后续故障搜索指标,据其风险价值选取高风险故障作为下级故障。其次,为反映风电随机性对风险指标的影响,采用模糊聚类建立风电场景,计算系统失负荷损失风险指标。基于该指标可分析当前运行点处于安全运行区域还是连锁故障高风险区域,指导系统日内调度。最后以改进的IEEE 39节点系统为例,说明了所提模型和算法的合理性,并分析了风电渗透率和风电预测误差对连锁故障停电风险的影响。     

风电系统故障特征分析

故障特征分析是继电保护研究的基础,文中旨在通过风电机组的受控特性并结合电力电子器件的特点,揭示风电电源对电网故障响应的电气量特征,为现阶段研究含风电系统的继电保护奠定基础。文中首先从风电机组的结构出发,分析了影响风电电源故障特征的因素;然后通过对风电机组受控特性分析,并结合单台风电机组低电压穿越测试数据,给出风电电源受控下的故障特征;最后通过风电场电磁暂态仿真模型下的故障数据和现场故障录波数据,验证了所给出的一般故障特征。研究结果表明,风电电源在控制作用下和在电力电子自身特点限制下,具有弱馈、谐波、频率偏移和电源阻抗不稳定等特征。     

大规模风力发电机脱网故障模型研究与展望

对大规模风力发电机（以下简称风机）脱网事故进行分析并对故障模型进行综述.比较了常规电厂和风电场的区别,分析总结风机种类及其故障特征,在此基础上探讨风电发展及其并网技术,并对风机低电压穿越能力进行分析.通过研究国内外风电并网技术,对风机脱网事故原因进行分析,阐述了各种风机脱网故障模型的仿真效果,最后针对风机脱网故障模型问题提出总结及展望,认为应加强风电机组电磁暂态通用模型研究.     

具有低电压穿越能力的风电接入电力系统继电保护的配合

具备低电压穿越能力的风电机组要求在一定的故障条件下不脱网,需要相关继电保护与之配合。详细分析了风电场送出线以外输电系统元件故障、风电场送出线故障、风电场内部电网故障以及风电机组本体故障情况下,输电系统保护以及风电场内部保护应有的配合关系。进一步分析了当前集中式接入风电场的继电保护配置,指出风电机组保护及变流器保护选择性不强,在风电场内部保护或系统保护动作切除故障之前,风电机组已经脱网,而且将风电网等同于单侧电源的配电网,没有考虑风电机组对短路的贡献。最后分析了单风电机组本体保护、风电场主变保护、风电场送出线保护需要进行的改进,以保证低电压穿越能力的发挥,并指出各保护需要注意的问题。     

风电接入对继电保护的影响综述

对国内外风电接入后对电网继电保护的影响问题进行了综述。分析了不同类型风电机组的故障特征、短路电流特性以及影响风电场短路电流的因素。分别论述了风电接入对送出变压器、送出线路以及配电网继电保护的影响。基于风电接入系统继电保护的性能,总结了风电接入系统继电保护存在的不协调问题及相应的解决方案。建议后续研究应基于风电场的低电压穿越特性加强风电系统故障特性研究,重视风电场自动控制系统和电网继电保护与安全自动装置的配合,研究机组保护与风电场保护、系统保护之间的协调配合,全面解决风电系统继电保护面临的问题。     

综合FACTS和HVDC协调优化的大规模风电脱网控制方法

随着交直流混联电力系统的快速发展,目前灵活柔性交流输电系统(FACTS)和特高压直流输电系统在我国电力系统中已得到广泛应用,为近年来我国风电大规模脱网问题提供了新的控制技术和有效手段。分析了系统交直流故障后的风电脱网场景,表明抑制故障后系统电压大幅波动是减少风电大规模脱网的关键。在此基础上,阐述了事故前FACTS优化配置和事故后采取HVDC紧急功率支援协调抑制风电大规模脱网的必要性。并基于对风电场汇集母线电压波动的改善灵敏度,以保证系统安全性为前提,通过协调优化事故前FACTS动态无功补偿设备布点、容量配置和事故后直流紧急功率支援,提出一种风电脱网控制代价最小的FACTS和HVDC的协调优化方法,实现风电脱网的抑制和电网的经济运行。最后,以实际规划电网进行了仿真验证,证明了该方法的有效性。     

大规模风电接入的继电保护问题综述

对国内外大规模风电接入电网的继电保护问题进行了综述.首先分析了不同类型风电机组短路电流的幅值和衰减特征,以及影响风电场短路电流的因素.其次讨论了风电场内集电线路的故障特征和相应的保护策略.然后针对高压输电系统保护对风电接入的适应性,分析了零序保护、重合闸和距离 III 段的性能以及相应对策.最后,建议应当从加强风电机组故障特性研究、组织力量开展保护用风电机组电磁暂态通用模型研究、开发适用于风电场集电线路和网络保护的网络化保护新原理与新技术以及加强风电场与电网在保护和控制方面的协调配合4个方面展开研究工作,解决继电保护面对的问题     

距离保护在风电接入系统中的适应性分析

大规模风电接入交流输电网使得风电系统表现出越来越多异于常规电网的故障特征,传统继电保护应用于风电接入系统时存在适应性问题。距离保护广泛应用于电力系统输电线路保护,研究其对风电系统适应性意义重大。针对距离保护的适应性问题,首先通过各距离保护的基本原理得出其最佳应用条件,然后基于该条件结合风电系统的一般故障特征从理论上对其适应性进行分析,得到距离保护适应性的一般结论。研究结果表明,风电系统的弱馈性和系统阻抗不稳定性使得基于工频变化量的距离保护不适用于风电接入系统,风电系统的高谐波和频偏特性使得工频量距离保护存在相量提取问题,时域距离保护动作性能良好。仿真结果验证了理论分析的正确性。     

提高大规模风电接纳及送出的系统保护研究

为了提高酒泉风电的接纳和送出,从系统视角提出一种大规模风电接入电网线路的继电保护与控制一体化新方法。利用基于统计分析的潮流波动判据和基于本地信息量的潮流转移识别,从风电潮流波动中甄别出某重负荷线路发生了故障、判别出该线路因故障被继电保护动作切除、进而还识别出原先由故障线路承担的负荷潮流转移到了非故障线路上,并导致非故障线路过负荷。结合自适应过负荷保护,在线路安全的前提下尽可能挖掘其潜在载流能力。同时融合紧急控制功能,按实际需要切除风电,消除非故障线路的过负荷而不是切除该线路,解决连锁解网问题。在理论和仿真研究的基础上,研制并现场安装保护装置并检验所提系统保护方案的正确性。     

风力发电系统短路故障特征分析及对保护的影响

为了进一步掌握风力发电系统短路故障特征并分析其对继电保护的影响,建立了双馈和直驱风电系统电磁暂态模型。通过电磁暂态仿真研究了风电系统短路电流及系统正负序阻抗的特征,得出了风电系统提供短路电流能力较常规电源弱和风电系统正负序阻抗不一致且随时间波动的结论。研究了常用输电线路继电保护原理对风力发电系统的适应性,得出了输电线路距离保护和选相元件受风力发电系统故障特征影响较大,可能发生不正确动作的结论。利用现场录波数据验证了故障特征及保护适应行分析的正确性,相关结论对继电保护的配置具有一定的借鉴意义。     

大型风电基地连锁故障在线预警系统研究与开发

针对大规模风电连锁脱网事故频发,研究并开发了大型风电基地连锁故障在线预警系统。首先分析风电连锁故障的事故特征,确定建立风电连锁故障在线预警系统的关键环节,完善风机模型、建立风机保护模型和无功补偿模型。然后基于在线动态安全评估技术,提出了适合于大型风电基地的连锁故障在线安全预警的方案和基本结构,包括在线数据整合与预想故障集,风电场连锁脱网事故搜索方法,连锁故障严重性评估方法和连锁故障在线预警并行计算方案。研发的系统在电网中进行了实际应用,验证了所提方法的合理性和有效性。     

含大规模风电的电力系统有功平衡问题研究综述

由于在资源分布、风电接入模式、电源构成、电网结构等方面的特异性,我国不能照搬欧美等风电发达国家的运行经验,必须构建符合自身特点的电力平衡优化技术体系。从分析大规模风电的基本特性出发,归纳了针对风电波动性与不确定性的风电主要建模方法。将我国风－火－水互济系统的有功平衡问题划分为中长期/短期机组组合计划、日内滚动计划和实时频率调节等若干子问题研究,分析了各子问题的研究现状与技术瓶颈,对研究、设计含大规模风电接入的电力系统多时间尺度的有功平衡技术体系有参考意义。     

含大规模风电的电力系统有功平衡问题研究综述

由于在资源分布、风电接入模式、电源构成、电网结构等方面的特异性,我国不能照搬欧美等风电发达国家的运行经验,必须构建符合自身特点的电力平衡优化技术体系。从分析大规模风电的基本特性出发,归纳了针对风电波动性与不确定性的风电主要建模方法。将我国风-火-水互济系统的有功平衡问题划分为中长期/短期机组组合计划、日内滚动计划和实时频率调节等若干子问题研究,分析了各子问题的研究现状与技术瓶颈,对研究、设计含大规模风电接入的电力系统多时间尺度的有功平衡技术体系有参考意义。     

具有不对称故障穿越能力的双馈风力发电机组短路电流分析与计算

风电大规模接入电网背景下,电网故障电流特征发生根本性改变,现有电力系统继电保护技术将难以适应。然而,目前国内外关于双馈风力发电机组(DFIG)短路电流特性的研究多依赖于具体指定的变换器控制与保护策略,研究所得结论多样化,从电力系统继电保护需求角度缺乏通用性,且针对不对称故障电流特性的研究仍相对较少。在分析电网发生不对称故障对DFIG自身安全与运行控制影响的基础上,以风电并网故障穿越要求为约束,揭示了DFIG故障穿越控制与其馈出短路电流特性间的关联规律,进一步从理论上推导了不依赖变换器控制策略的DFIG稳态短路电流计算公式;并系统分析了不同电网故障情况下DFIG故障电流变化特性及规律。这些结论能够为含大量DFIG电网继电保护适应性分析及其新原理研究提供支撑。     

特高压直流对交流系统稳定性的研究

针对大规模风电集中外送,重点从特高压直流对风电、火电打捆联网系统的安全稳定问题展开研究。建立了直流输电系统模型以及风电机组模型;分析了不同风电机组对交直流系统的稳定性以及直流闭锁故障对系统影响的仿真分析。在此基础上分析了风电、火电打捆联网直流外送系统带来的一系列问题,为大规模新能源的规划和运行提供了建设性依据。     

考虑风电场接入的电网连锁故障运行风险评估

随着智能电网的兴起,大规模新能源的并网增加了系统的不确定性。为了研究风电接入对电网大停电的影响,从连锁故障的角度出发,结合输电线路和保护的运行可靠性模型,根据风电出力变化和系统当前运行状况,提出了连锁故障搜索模式,并基于效用理论提出连锁故障运行风险评估方法及相关指标。以IEEE-RTS 79系统为算例,分析不同的并网方案下风险指标的差异,评估风电渗透率、风电接入方式以及风电随机性对输电网连锁故障的影响,研究结果可为风电接入条件下的电网规划运行及防御大停电提供科学的理论依据和参考价值。     

关于风电场适应性继电保护的探讨

风电场机组容量正逐年增加,大规模风电接入系统对电力系统电能质量影响较大,由于风能的随机性和不控性,使风电所占系统容量份额增加的同时,向系统提供的短路电流也越来越大。因此风电保护配置对电网的影响也是重要的。使用MatlabB中动态仿真工具Simulink,对包含风电场的单机无穷大电力系统当联络线发生故障时进行动态仿真,通过双馈发电机在不同故障类型下的故障电压、电流曲线,通过实例分析得出风电场应采用适应性保护,并对风电对电网继电保护的影响进行了分析。