一種適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法，包括：(1)根據(jù)大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)的穩(wěn)定域度，確定孤島保護特征量的定值，將系統(tǒng)穩(wěn)定劃分為多個層級；(2)根據(jù)大規(guī)模新能源電站的每個間隔的設備類型，以及出口矩陣配置，生成對應的邏輯表達式；(3)生成輪級互鎖邏輯；(4)通過實時計算特征變量值，識別孤島現(xiàn)象發(fā)生后系統(tǒng)的穩(wěn)定層級，根據(jù)輪級互鎖邏輯判別結果，作用于出口矩陣，保證出口跳閘的快速性、可靠性。本發(fā)明應用輪級互鎖邏輯方法，防止大規(guī)模新能源電站孤島保護過程中出現(xiàn)的過切問題，具有較高的自動化水平，能夠簡化操作流程，降低運行和維護成本，增加操作的可靠性，同時該方法具備廣泛的適用性。
【專利說明】
一種適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法，屬于新能源技術領域。
【背景技術】
[0002]新能源電站系統(tǒng)與傳統(tǒng)電網(wǎng)電站系統(tǒng)相比，規(guī)模較小，為適應各個地區(qū)不同的需求，往往包含多種電力設備，例如并網(wǎng)開關、儲能逆變器、分布式電源、負荷等。當主網(wǎng)由于特定原因停止供電時，新能源電站與周圍的用電負荷即形成了孤島現(xiàn)象，非計劃性孤島現(xiàn)象的發(fā)生會給系統(tǒng)設備和相關人員帶來不可預知的危害。目前建設的新能源電站具有發(fā)電容量較大、并網(wǎng)方式復雜、多重儲能逆變器配置等特點，當孤島現(xiàn)象發(fā)生后，大規(guī)模新能源電站的多種組合方式，形成了多種運行狀態(tài)，各種狀態(tài)下系統(tǒng)的穩(wěn)定特性也不盡相同，現(xiàn)有的孤島保護方法往往會造成負荷和發(fā)電設備的過切現(xiàn)象，擴大了停電范圍，降低了新能源的利用率。因此尋找一種有效的孤島保護方法，在大規(guī)模新能源電站的各個運行方式下，均可快速、可靠的跳閘出口，同時防治保護過程中的過切現(xiàn)象，對于新能源有效的接入電網(wǎng)系統(tǒng)具有重要的意義。
[0003]傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的輪級控制技術一般根據(jù)電壓、頻率的幅值、相位、滑差等特征量進行判別，當孤島現(xiàn)象導致特征量超出允許的范圍，并滿足一定的動態(tài)條件后，認為系統(tǒng)進入失穩(wěn)狀態(tài)，進而觸發(fā)保護控制裝置對系統(tǒng)進行控制。大規(guī)模新能源電站含有大量的分布式能源，分布式能源具有不穩(wěn)定、間歇性、隨機性等天然特性，使得系統(tǒng)的穩(wěn)定特性在一個較大的區(qū)間內(nèi)浮動。新能源電站系統(tǒng)也與地理位置相關，不同地區(qū)的新能源系統(tǒng)，因為接入分布式能源的數(shù)量、特性的不同，而在動態(tài)特性上也有較大差異，孤島現(xiàn)象發(fā)生后的電壓、頻率的特性也可能不同。
[0004]要實現(xiàn)大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)的孤島保護的可靠動作，需要智能識別新能源電站當前的運行模式，實行分層多輪的控制方法，實時采集并網(wǎng)點、分布式電源、儲能單元、負荷線路信息，進行系統(tǒng)穩(wěn)定判別。當孤島現(xiàn)象導致系統(tǒng)失穩(wěn)后，根據(jù)預先設定的策略，定位系統(tǒng)所處的穩(wěn)定層級，利用輪級互鎖技術，聯(lián)跳策略規(guī)定的一系列開關，實現(xiàn)快速、可靠的跳閘出口，實現(xiàn)系統(tǒng)的再平衡，同時防治保護過程中的過切現(xiàn)象。
[0005]故，需要一種新的技術方案以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法，以分層的方式劃分微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定等級，以輪級互鎖的技術實現(xiàn)系統(tǒng)的再平衡，實現(xiàn)快速、可靠的跳閘出口，防治保護過程中的過切現(xiàn)象。
[0007]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明可采用如下技術方案:
[0008]—種適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法，包括以下步驟:
[0009](I)、根據(jù)大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)的穩(wěn)定域度，確定孤島保護特征量的定值，將系統(tǒng)穩(wěn)定劃分為多個層級；
[0010](2)、根據(jù)大規(guī)模新能源電站的每個間隔的設備類型，以及出口矩陣配置，生成對應的邏輯表達式；
[0011](3)、生成輪級互鎖邏輯；
[0012](4)、通過實時計算特征變量值，識別孤島現(xiàn)象發(fā)生后系統(tǒng)的穩(wěn)定層級，根據(jù)輪級互鎖邏輯判別結果，作用于出口矩陣:如果輪級互鎖邏輯判別結果為真動作，則作用于對應層級的出口矩陣;如果輪級互鎖邏輯判別結果為假動作，則閉鎖對應層級的出口矩陣。
[0013]進一步的，所述步驟(I)中，層級劃分包括:根據(jù)大規(guī)模新能源電站中發(fā)電設備容量、負荷容量以及與配電網(wǎng)的連接關系，確定本系統(tǒng)的穩(wěn)定域度，根據(jù)在大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)孤島保護特征量的定值，劃分多個穩(wěn)定層級LEVEL(n)。
[0014]進一步的，所述步驟(2)中，生成邏輯表達式包括:根據(jù)大規(guī)模新能源電站整體系統(tǒng)架構，定義每個間隔的設備類型包括并網(wǎng)點開關SW(n)，公共連接點開關SWT(n)，母線BUS(η)，可控負荷和電源開關0P(n);根據(jù)相同層級劃分原則，將各個間隔設備歸集到對應層級下，生成各層級邏輯設備表達式，LEVEL(n): {SW(i)，BUS( j)，0P(k)，...}。
[0015]進一步的，所述步驟(3)中，輪級互鎖邏輯包括:定義各輪級動作信號ACT(n)，劃分各輪為兩級控制，后一輪級的邏輯判別在前一輪級動作完成后開始;定義個輪級互鎖信號LOCK(n)，實時監(jiān)視特征量的下降及回升的過程，計算特征變化量的陡度DT，當檢測陡度方向改變，并且滿足兩級特征量交叉區(qū)間后，立即閉鎖下一級輪切及相應出口矩陣，邏輯表達式為，L0CK(n):(DT>0)&LEVEL(n);本輪層級互鎖邏輯表達式為，ACT(n):ACT(n-l)&N0T(LOCK(n))。
[0016]進一步的，所述步驟(4)中，通過實時計算特征變量值，快速識別孤島現(xiàn)象發(fā)生后系統(tǒng)的穩(wěn)定層級，并進行輪級互鎖邏輯判別；包括采用直接出口方式，或者基于快速通信GOOSE機制的方式，防止孤島保護過程中的過切問題。
[0017]本發(fā)明的有益效果在于:
[0018]本發(fā)明將大規(guī)模新能源電站孤島保護劃分為多層級輪級動作過程，各層輪級之間通過輪級互鎖邏輯表達式實現(xiàn)相鄰層級的互鎖，防止大規(guī)模新能源電站孤島保護過程中出現(xiàn)的過切問題，具有較高的自動化水平，能夠簡化復雜的操作流程，降低了運行和維護成本，增加了操作的可靠性。由于使用哪種特征變量取決于具體應用需求，因此該方法具備廣泛的適用性，在大規(guī)模新能源電站中有著極其廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1以頻率為特征量的多層輪級互鎖的邏輯示意圖。
[0020]圖2以頻率為特征量的輪級互鎖避免過切的示意圖。
[0021]圖3以電壓為特征量的多層輪級互鎖的邏輯示意圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡明本發(fā)明，應理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領域技術人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權利要求所限定的范圍。
[0023]本發(fā)明的適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法具體包括以下幾個步驟:
[0024](I)根據(jù)大規(guī)模新能源電站中發(fā)電設備容量、負荷容量以及與配電網(wǎng)的連接關系，確定本系統(tǒng)的穩(wěn)定域度，根據(jù)在大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)孤島保護特征量的定值，劃分多個穩(wěn)定層級LEVEL(n)。
[0025](2)根據(jù)大規(guī)模新能源電站整體系統(tǒng)架構，定義每個間隔的設備類型，例如并網(wǎng)點開關SW(n)，公共連接點開關SWT(n)，母線BUS(n)，可控負荷和電源開關0Ρ(η);根據(jù)相同層級劃分原則，將各個間隔設備歸集到對應層級下，生成各層級邏輯設備表達式，LEVEL(n):{SW(i)，BUS(j)，0P(k)，...}。
[0026](3)定義各輪級動作信號ACT(n)，劃分各輪為兩級控制，后一輪級的邏輯判別必須在前一輪級動作完成后開始;定義個輪級互鎖信號LOCK(n)，實時監(jiān)視特征量的下降及回升的過程，計算特征變化量的陡度DT，當檢測陡度方向改變，并且滿足兩級特征量交叉區(qū)間后，立即閉鎖下一級輪切及相應出口矩陣，邏輯表達式為，L0CK(n):(DT>0)&LEVEL(n)。本輪層級互鎖邏輯表達式為，ACT(n):ACT(n-l)&N0T(L0CK(n))。
[0027](4)通過實時計算特征變量值，快速識別孤島現(xiàn)象發(fā)生后系統(tǒng)的穩(wěn)定層級，并進行輪級互鎖邏輯判別。如果輪級互鎖邏輯判別結果為動作，則作用于對應層級的出口矩陣;如果輪級互鎖邏輯判別結果為動作，則閉鎖對應層級的出口矩陣。一般可采用直接出口方式，或者基于快速通信GOOSE機制的方式，保證出口跳閘的快速性、可靠性，防止孤島保護過程中的過切問題。
[0028]本實施例中，圖1所示的為一個頻率為特征量，以四個互鎖層級加兩個獨立層級結構劃分的大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)穩(wěn)定結構，下面以該新能源電站為例，說明多層輪級互鎖孤島保護方法邏輯的生成、判別過程。
[0029]按照技術方案步驟，(I)根據(jù)大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)的穩(wěn)定域度，以及孤島保護頻率特征量的定值，劃分多個四個穩(wěn)定層級，即LEVEL(I): [F1，F(xiàn)0]，LEVEL(2): [F2，F(xiàn)l] ,LEVEL
(3):[F3，F(xiàn)2]，LEVEL(4):[F4，F(xiàn)3]。
[0030](2)根據(jù)大規(guī)模新能源電站整體系統(tǒng)架構，定義每個間隔的設備類型，例如該系能源電站有并網(wǎng)點開關3個，則定義SW( I)、SW(2)、SW(3);公共連接點開關2個，則定義SWT(I)、SWT(2);兩組母線81^(1)、81^(2)，可控負荷和電源開關5個，則定義0?(1)、0?(2)^"、0卩
(5)。根據(jù)各層級的出口矩陣配置，將各個間隔設備歸集到對應層級下，生成各層級邏輯設備表達式，例如LEVEL(I): {SW(1)，BUS(2)，SWT(1)，0P(4)}，LEVEL(2): {BUS(2)，0P(1)，0P
(2)，0P(5)}，LEVEL(3):{Sff(2)，BUS(2)，0P(3)，0P(4)}，...，LEVEL(5):{BUS(2)，SWT(2)，0P(1)，0P(2)，0P(5)}。
[0031 ] (3)生成輪級互鎖邏輯，特征量為頻率，則特征變化量的陡度定義為DT(F)，則第一層級互鎖信號表達式為，LOCK (I): (DT(F)>0)&LEVEL( I)，第一層級互鎖邏輯表達式為，ACT
(I):ACT(0)&N0T(L0CK(1));第二層級互鎖信號表達式為，L0CK(2): (DT(F)>0)&LEVEL(2)，第二層級互鎖邏輯表達式為4(:1'(2)^(^(1)&從^(11)0((2));第三、第四層級以此類推。
[0032](4)實時計算特征變量，即系統(tǒng)頻率值F，假設頻率計算值F: [F2，F(xiàn)1]，根據(jù)步驟(I)進行層級劃分結果，快速識別孤島現(xiàn)象發(fā)生后系統(tǒng)屬于穩(wěn)定層級LEVEL(2)，經(jīng)過Tf2的時間展寬，頻率F沒有下降至F2以下，即未進入第二層級的交叉區(qū)間，所以L0CK(2)為假，邏輯互鎖表達式ACT(2)為真，則孤島保護作用于第一層級的出口矩陣，作用范圍為LEVEL(2): {BUS
(2)，0P(1)，0P(2)，0P(5)}。
[0033](5)假設新能源電站在第二輪聯(lián)切后，系統(tǒng)頻率開始回升，但頻率值已經(jīng)下降至F2以下，即F:[F2，F(xiàn)1]，如圖2所示，根據(jù)步驟(I)進行層級劃分結果，快速識別此時系統(tǒng)屬于穩(wěn)定層級LEVEL(3)，頻率F下降至F2以下，即進入了第二層級的交叉區(qū)間，但頻率開始回升，SPDT(F)>0，所以 L0CK(3):(DT(F)>0)&LEVEL(3)為真，邏輯互鎖表達式 ACT(3):ACT(2)&N0T(L0CK(3))為假，則閉鎖第三層級的出口矩陣，實現(xiàn)了第二層級孤島保護后的防止過切的問題。
[0034]以上實例以頻率作為特征量，圖3是以電壓作為特征量描述了一個典型大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)的穩(wěn)定結構，實施方法同理。
[0035]以上實施例僅是對本發(fā)明技術方案的說明，而本發(fā)明的保護范圍并非局限于此，任何熟悉本專業(yè)的人員對本發(fā)明的具體實施例進行的修改或等同替換，均應包含在本發(fā)明的權利要求范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)、根據(jù)大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)的穩(wěn)定域度，確定孤島保護特征量的定值，將系統(tǒng)穩(wěn)定劃分為多個層級； (2)、根據(jù)大規(guī)模新能源電站的每個間隔的設備類型，以及出口矩陣配置，生成對應的邏輯表達式； (3)、生成輪級互鎖邏輯； (4)、通過實時計算特征變量值，識別孤島現(xiàn)象發(fā)生后系統(tǒng)的穩(wěn)定層級，根據(jù)輪級互鎖邏輯判別結果，作用于出口矩陣:如果輪級互鎖邏輯判別結果為真動作，則作用于對應層級的出口矩陣;如果輪級互鎖邏輯判別結果為假動作，則閉鎖對應層級的出口矩陣。2.根據(jù)權利要求1所述的適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法，其特征在于，所述步驟(I)中，層級劃分包括:根據(jù)大規(guī)模新能源電站中發(fā)電設備容量、負荷容量以及與配電網(wǎng)的連接關系，確定本系統(tǒng)的穩(wěn)定域度，根據(jù)在大規(guī)模新能源電站系統(tǒng)孤島保護特征量的定值，劃分多個穩(wěn)定層級LEVEL(n)。3.根據(jù)權利要求1所述的適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法，其特征在于，所述步驟(2)中，生成邏輯表達式包括:根據(jù)大規(guī)模新能源電站整體系統(tǒng)架構，定義每個間隔的設備類型包括并網(wǎng)點開關SW(n)，公共連接點開關SWT(n)，母線BUS(n)，可控負荷和電源開關OP(n);根據(jù)相同層級劃分原則，將各個間隔設備歸集到對應層級下，生成各層級邏輯設備表達式，LEVEL(n): {SW(i)，BUS( j)，OP(k)，...}。4.根據(jù)權利要求1所述的適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法，其特征在于，所述步驟(3)中，輪級互鎖邏輯包括:定義各輪級動作信號ACT(n)，劃分各輪為兩級控制，后一輪級的邏輯判別在前一輪級動作完成后開始;定義個輪級互鎖信號LOCK(n)，實時監(jiān)視特征量的下降及回升的過程，計算特征變化量的陡度DT，當檢測陡度方向改變，并且滿足兩級特征量交叉區(qū)間后，立即閉鎖下一級輪切及相應出口矩陣，邏輯表達式為，LOCK(n):(DT>0)&LEVEL(n);本輪層級互鎖邏輯表達式為，ACT(n):ACT(n-l)&NOT(LOCK(n))。5.根據(jù)權利要求1所述的適用于大規(guī)模新能源電站的多層輪級互鎖孤島保護方法，其特征在于，所述步驟(4)中，通過實時計算特征變量值，快速識別孤島現(xiàn)象發(fā)生后系統(tǒng)的穩(wěn)定層級，并進行輪級互鎖邏輯判別;包括采用直接出口方式，或者基于快速通信GOOSE機制的方式，防止孤島保護過程中的過切問題。
【文檔編號】H02H7/26GK105896491SQ201610383736
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】劉陳鑫, 唐成虹, 譚闊, 溫靖華, 羅美玲, 壽海寧
【申請人】國電南瑞科技股份有限公司, 國網(wǎng)寧夏電力公司, 國家電網(wǎng)公司, 國電南瑞南京控制系統(tǒng)有限公司