本發(fā)明一種基于多場景模式下的風(fēng)電連鎖脫網(wǎng)路徑鏈搜尋方法，涉及風(fēng)電場連鎖脫網(wǎng)故障研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：大規(guī)模新能源的高密度集中接入和分布式接入，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來巨大挑戰(zhàn)。我國頻繁發(fā)生的大規(guī)模風(fēng)機(jī)連鎖脫網(wǎng)事故，這是在我國風(fēng)電發(fā)展特點下所表現(xiàn)出的風(fēng)電對系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響的新問題之一。防止大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)的一個有效方法是對系統(tǒng)進(jìn)行全面的仿真檢查，找到可能存在的連鎖脫網(wǎng)路徑，對其進(jìn)行預(yù)防控制。然而在現(xiàn)有的大電網(wǎng)仿真中，風(fēng)機(jī)的模型難以精確，特別是雙饋異步風(fēng)機(jī)，其Crowbar動作以后的異步運行特性，以及風(fēng)機(jī)切除以后系統(tǒng)的無功特性難以精確仿真模擬。目前，國內(nèi)外關(guān)于風(fēng)電場連鎖脫網(wǎng)故障的研究，絕大多數(shù)所考慮的風(fēng)電場連鎖故障的發(fā)展模式為：“初始故障后，風(fēng)電場因大負(fù)荷轉(zhuǎn)移而造成了繼電保護(hù)相繼動作跳開電網(wǎng)元件”這種模式，但由于風(fēng)電場的連鎖故障形式多樣，故障參數(shù)各異，故障深度不定，且搜索連鎖故障需要模擬保護(hù)動作性能和安全自動裝置的控制措施及隨機(jī)因素，因此連鎖故障模式的搜索和分析十分困難?，F(xiàn)在國內(nèi)外風(fēng)電場嚴(yán)重跳閘間斷故障頻繁發(fā)生，研究人員將這些原因歸結(jié)為新能源單元的低電壓穿越能力，通過建立詳細(xì)的模型來反應(yīng)無功補(bǔ)償器的動態(tài)調(diào)節(jié)能力，并模擬了故障的發(fā)展過程。同時，為避免脫網(wǎng)情況的發(fā)生，一些研究通過優(yōu)化模型單元，比如補(bǔ)償?shù)难訒r控制，低電壓穿越的改善等等，這些需要在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改變，花費較大。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于多場景模式下的風(fēng)電連鎖脫網(wǎng)路徑鏈搜尋方法，首先提出脫網(wǎng)路徑的概念來描述風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)的過程，并建立路徑搜索模式和風(fēng)險評估體系來搜索整個風(fēng)電場脫網(wǎng)路徑，本發(fā)明主要基于PSASP仿真軟件，對不同場景下各個風(fēng)電場的連鎖故障進(jìn)行全面仿真。更改初始約束條件，如故障類型、故障點位置、新能源場站出力、無功補(bǔ)償投入容量等，經(jīng)過并行計算找出脫網(wǎng)路徑并存儲。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于多場景模式下的風(fēng)電連鎖脫網(wǎng)路徑鏈搜尋方法，首先提出脫網(wǎng)路徑的概念來描述風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)的過程，并建立了一個多場景的路徑搜索模式和風(fēng)險評估體系，風(fēng)電場脫網(wǎng)路徑搜索系統(tǒng)始于電力系統(tǒng)和場景參數(shù)的實時數(shù)據(jù)的輸入，通過PSASP仿真軟件對各個場景下的風(fēng)電場進(jìn)行潮流計算和暫態(tài)穩(wěn)定計算，在每個場景下的脫網(wǎng)路徑將會被搜索并存儲，并可以通過跳閘斷電失效嚴(yán)重性指標(biāo)和暫態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)，來評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一種基于多場景模式下的風(fēng)電連鎖脫網(wǎng)路徑鏈搜尋方法，包括以下步驟：步驟1，脫網(wǎng)路徑的定義：新能源場站連鎖脫網(wǎng)事故的演化過程可用由脫網(wǎng)節(jié)點和有向連邊組成的路徑鏈來表現(xiàn)，其模型可表述為：對于大規(guī)模新能源集中接入地區(qū)，若某處新能源場站受擾動后首先脫網(wǎng)，則以此場站為起點，記錄受相互影響發(fā)生連鎖脫網(wǎng)事故的所有鄰近新能源場站并分別標(biāo)記脫網(wǎng)時間軸，最后按照時序排列所有脫網(wǎng)場站形成連鎖反應(yīng)鏈；脫網(wǎng)節(jié)點指一個特定的跳閘斷開事件，路徑鏈指由于一個新能源場站發(fā)生故障導(dǎo)致臨近節(jié)點被去除，形成一個鏈接來連接這兩個事件，它是指向路徑傳播失敗方向并由兩個時間順序來確定相鄰的事件。步驟2，脫網(wǎng)路徑的搜索方法：風(fēng)電場連鎖脫網(wǎng)路徑搜索方法基于PSASP仿真平臺，依照以下步驟進(jìn)行：(1)、電力系統(tǒng)和場景參數(shù)的實時數(shù)據(jù)的輸入：在大規(guī)模風(fēng)電場集中接入系統(tǒng)后的連鎖故障中，初始約束條件的不同，往往得到的結(jié)果也不同。按照不同約束組合對初始數(shù)據(jù)進(jìn)行修改與調(diào)整，在每次做仿真前對數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)檢查，防止遺漏。(2)、潮流計算：建立潮流作業(yè)，設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，進(jìn)行潮流計算，確保全網(wǎng)潮流收斂。(3)、暫態(tài)穩(wěn)定計算：建立對應(yīng)的暫態(tài)穩(wěn)定作業(yè)，對于場群中選定的故障處地點，設(shè)置計算信息、相應(yīng)的故障點、故障類型、故障時間、切機(jī)條件以及輸出選擇等。(4)、分析和評估：通過輸出的狀態(tài)參數(shù)，包含電壓，頻率，功角的值以及功率P損失的大小，來對系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，并將所有脫網(wǎng)路徑存儲起來進(jìn)行風(fēng)險評估。(5)、結(jié)果輸出：確認(rèn)所有場景都已模擬完成，否則重復(fù)以上步驟，分析不同場景下的風(fēng)電場站的脫網(wǎng)情況，找出脫網(wǎng)路徑，輸出結(jié)果。本發(fā)明一種避免集群風(fēng)電場連鎖脫網(wǎng)的分層分級控制方法，優(yōu)點在于：1、將電網(wǎng)故障連鎖情況應(yīng)用于風(fēng)電場，引出風(fēng)電場脫網(wǎng)路徑的概念。2、將多場景模式應(yīng)用于大規(guī)模風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)情況中。3、通過PSASP仿真平臺對脫網(wǎng)路徑的搜尋便捷，迅速。附圖說明下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：圖1為本發(fā)明的脫網(wǎng)路徑鏈結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的脫網(wǎng)路徑搜索和風(fēng)險評估體系流程圖。圖3為本發(fā)明的實施例中故障后賀蘭山片區(qū)風(fēng)電場出口母線電壓變化圖。具體實施方式基于大規(guī)模新能源電壓感應(yīng)級連鎖故障機(jī)理，本發(fā)明一種基于多場景模式下的風(fēng)電連鎖脫網(wǎng)路徑鏈搜尋方法，首先提出脫網(wǎng)路徑的概念來描述風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)的過程，并建立了一個多場景的路徑搜索模式和風(fēng)險評估體系。風(fēng)電場脫網(wǎng)路徑搜索系統(tǒng)始于電力系統(tǒng)和場景參數(shù)的實時數(shù)據(jù)的輸入。通過PSASP仿真軟件對各個場景下的風(fēng)電場進(jìn)行潮流計算和暫態(tài)穩(wěn)定計算，在每個場景下的脫網(wǎng)路徑將會被搜索并存儲。并可以通過跳閘斷電失效嚴(yán)重性指標(biāo)和暫態(tài)穩(wěn)定性指標(biāo)來評估系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一、脫網(wǎng)路徑的定義：新能源場站連鎖脫網(wǎng)事故的演化過程可用由脫網(wǎng)節(jié)點和有向連邊組成的路徑鏈來表現(xiàn)，其模型可表述為：對于大規(guī)模新能源集中接入地區(qū)，若某處新能源場站受擾動后首先脫網(wǎng)，則以此場站為起點，記錄受相互影響發(fā)生連鎖脫網(wǎng)事故的所有鄰近新能源場站并分別標(biāo)記脫網(wǎng)時間軸，最后按照時序排列所有脫網(wǎng)場站形成連鎖反應(yīng)鏈。脫網(wǎng)節(jié)點指一個特定的跳閘斷開事件，路徑鏈指由于一個新能源場站發(fā)生故障導(dǎo)致臨近節(jié)點被去除，形成一個鏈接來連接這兩個事件，它是指向路徑傳播失敗方向并由兩個時間順序來確定相鄰的事件。1)、脫網(wǎng)節(jié)點：跳閘斷開路徑的節(jié)點被定義為一個特定的跳閘斷開事件，其中包含了觸發(fā)狀態(tài)K和時間T，以及有功功率損耗P和系統(tǒng)的穩(wěn)定性A。假定一個聯(lián)級跳閘在T1時刻新能源場站N1發(fā)生了脫網(wǎng)事件S1，其功率損耗為P1，系統(tǒng)穩(wěn)定性是A1。然后脫網(wǎng)事件S1在T2時刻觸發(fā)新能源場站的N2發(fā)生脫網(wǎng)事件S2，造成功率損失為P2等等。通過分析這個SN能夠用如下式子表示：SN＝KNS{TN,PN,AN}(1)式(1)中KN和AN的值都是1或0，前者是指跳閘斷事件發(fā)生與否，后者是指系統(tǒng)穩(wěn)定與否。2)、路徑鏈：一旦一個新能源場站發(fā)生故障導(dǎo)致鄰近節(jié)點被去除，形成了一個鏈接來連接這兩個事件，它是指向路徑傳播失敗方向并由兩個時間順序來確定相鄰的事件。一個節(jié)點擁有的鏈越多，判斷該事件導(dǎo)致的影響會更大。跳閘斷路徑的長度，功率損失，時間序列和系統(tǒng)狀態(tài)分別用LP,PP,TP,AP表示，此路徑的完成模型可以被描述為：LP=Σi=1NKiSiTP={K1T1,K2T2...KNTN}PP=Σi=1NKiPiAp=Σi=1NKiAi---(2)]]>式(2)的LP被定義為脫網(wǎng)跳閘的事件總數(shù)。如果每個事件都不發(fā)生(Si＝0)，整個脫網(wǎng)路徑不會形成。同時，對于系統(tǒng)的不穩(wěn)定性條件是AP≠0。二、脫網(wǎng)路徑的搜索方法：本發(fā)明提供了一個基于PSASP平臺的多場景脫網(wǎng)路徑搜索方法和風(fēng)險評估體系。跳閘斷電失效的每個場景都普遍含有突發(fā)的低電壓穿越能力，有功輸出電平，無功補(bǔ)償容量水平。在這個方法中，在實際操作過程中，可能造成風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)失效的情形還包括故障類型和故障點位置。脫網(wǎng)路徑搜索系統(tǒng)始于電力系統(tǒng)和場景參數(shù)的實時數(shù)據(jù)的輸入。三、下面結(jié)合圖形詳細(xì)分析：為了較為真實與全面的模擬出在不同約束下大規(guī)模風(fēng)電場集中接入時可能引起的脫網(wǎng)事故，對仿真結(jié)果能起到有效對比，仿真過程中通過更改不同場景(故障類型、故障點位置、風(fēng)電機(jī)組出力水平、無功補(bǔ)償投入容量水平、風(fēng)電機(jī)組實際具備低壓穿越能力)下的約束條件來模擬多場景模式下的風(fēng)電連鎖脫網(wǎng)路徑鏈搜尋方法。對于每一個場景數(shù)都有不同的約束組合方案，如故障類型，可由三相永久性短路和單相永久性短路組成；無功補(bǔ)償投入容量水平可由100％投入和50％投入兩種情況組成，等等。圖1為脫網(wǎng)路徑結(jié)構(gòu)圖。脫網(wǎng)路徑鏈主要由脫網(wǎng)節(jié)點和有向連邊所組成的一條完整路徑鏈。1，2，3，4，5分別表示脫網(wǎng)節(jié)點，也表示跳閘斷電事件，每一個脫網(wǎng)節(jié)點由觸發(fā)狀態(tài)K和時間T，以及有功功率損耗P和系統(tǒng)的穩(wěn)定性A組成。可以通過式子SN＝KNS{TN,PN,AN}來表示每個脫網(wǎng)事件數(shù)。本發(fā)明主要是通過引出脫網(wǎng)路徑的概念，然后通過PSASP仿真軟件對于不同場景下各個脫網(wǎng)路徑進(jìn)行搜尋存儲。進(jìn)行暫態(tài)穩(wěn)定計算，輸出數(shù)據(jù)與表格進(jìn)行分析，如圖3所示。由曲線圖和數(shù)據(jù)可分析：寧賀風(fēng)六110kv出口母線i側(cè)交流線發(fā)生三相短路故障時，母線電壓瞬時跌入到0.2p.u.以下，風(fēng)電場從電網(wǎng)中脫離，此階段其他新能源場站出口母線電壓均有降低，其中，寧賀風(fēng)四出口母線電壓跌至0.4238p.u.，且寧賀四風(fēng)電場中風(fēng)機(jī)類型為鼠籠異步電機(jī)，不具備LVRT能力，故在故障過程中從系統(tǒng)切除，其他具備LVRT能力的新能源場站都能在低電壓中很好的穿越。當(dāng)故障結(jié)束后，由于各處新能源場站的無功補(bǔ)償裝置的時滯效應(yīng)，造成一定量的無功過剩，各新能源場站出口母線電壓都有上升，在一段時間后達(dá)到最大值，但均未達(dá)到相應(yīng)高電壓越限保護(hù)的觸發(fā)條件，沒有造成高電壓脫網(wǎng)事故，故障結(jié)束后系統(tǒng)仍然穩(wěn)定。故本次計算中存在一條低電壓脫網(wǎng)路徑：起始風(fēng)電場為寧賀風(fēng)六，影響脫網(wǎng)風(fēng)電場為寧賀風(fēng)四。圖2為脫網(wǎng)路徑搜索和風(fēng)險評估體系流程圖。風(fēng)電場連鎖脫網(wǎng)路徑搜索方法基于PSASP仿真平臺，依照以下步驟進(jìn)行：(1)電力系統(tǒng)和場景參數(shù)的實時數(shù)據(jù)的輸入：在大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組集中接入系統(tǒng)后造成的連鎖故障中，初始約束條件的不同，往往得到的結(jié)果也不同。例如，實際情況下風(fēng)電場中風(fēng)電機(jī)組很難達(dá)到每臺都具備LVRT能力，若單純只考慮一種情況，將不能準(zhǔn)確的模擬出仿真結(jié)果。將可能影響到連鎖脫網(wǎng)結(jié)果的各種因素總結(jié)如下表1.1所示：表1.1影響到連鎖脫網(wǎng)結(jié)果的各種因素為了較為真實與全面的模擬出在不同約束條件搭配下寧夏新能源大規(guī)模集中接入時可能引起的連鎖脫網(wǎng)事故，對仿真結(jié)果能起到有效對比，本次仿真中對于新能源場站20％、50％和100％出力這三種情況，所采用的約束條件搭配分別如下：a.110kV三永+330kV單永三永+100％LVRT+100％無功投入；b.110kV三永+330kV單永三永+50％LVRT+100％無功投入；c.110kV三永+330kV單永三永+100％LVRT+50％無功投入；d.110kV三永+330kV單永+0％LVRT+100％無功投入；按照當(dāng)前約束條件對初始數(shù)據(jù)進(jìn)行修改與調(diào)整，在每次做仿真前都必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)檢查，尤其是各新能源場站無功補(bǔ)償裝置的配置情況，防止遺漏；(2)潮流計算建立潮流作業(yè)，設(shè)置好相應(yīng)參數(shù)，進(jìn)行潮流計算，確保全網(wǎng)潮流收斂。(3)暫態(tài)穩(wěn)定計算建立對應(yīng)的暫態(tài)穩(wěn)定作業(yè)，對于場群中選定的故障處地點，設(shè)置計算信息、相應(yīng)的故障點、故障類型、故障時間、切機(jī)條件以及輸出選擇等。(4)分析和評估通過輸出的狀態(tài)參數(shù)(包含電壓，頻率，功角的值以及功率P損失的大小)來對系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行判斷，并將所有脫網(wǎng)路徑存儲起來進(jìn)行風(fēng)險評估。(5)結(jié)果輸出確認(rèn)所有場景都已模擬完成，否則重復(fù)以上步驟，分析不同場景下的風(fēng)電場站的脫網(wǎng)情況，找出脫網(wǎng)路徑，輸出結(jié)果。通過PSASP仿真計算，得出部分仿真結(jié)果如下表所示：當(dāng)前第1頁1 2 3