适用于全故障类型的双馈风电场送出线负序电流纵联保护方案

随着双馈风电机组(DFIG)并网容量的增加,给风电场送出线继电保护的整定带来新的挑战,保护动作性能下降甚至会出现拒动和误动的风险。为此,首先分析双馈风电机组负序电流分量特征;然后进一步分析风电场经交、直流并网时交流送出线两侧电流的特征差异,提出一种适用于双馈风电场送出线的负序电流分量纵联保护新方法。该方法利用双馈风电场送出线两侧负序电流的幅值比和相位差构成保护动作判据,同时,利用数据延时在对称故障下构造出负序分量,使其能适用于风电场送出线的各种故障类型,且具有灵敏度高、耐受过渡电阻能力强等优点。最后,在Matlab/Simulink和PSCAD/EMTDC中搭建双馈风电机组电磁暂态仿真模型,仿真分析保护方案在交直流送出线上的适应性。

山区风电场道路及集电线路协同优化设计

以某山区风电场为研究对象,基于最短路径Dijkstra算法,以风电场场内新建道路路径和电缆长度最短为优化目标,建立了满足山区风电场的道路纵坡坡度、最小转弯半径、敏感区、边界、桩距等约束条件的选线算法,该算法的特点一是采用规则三角网格和对角距启发式函数来搜寻六个方向,满足最小转弯半径的要求,大大提高了算法便捷性。二是算法分两步进行,第一步针对主线道路服务,仅输入需要优化的道路的起止点,即可获得两点的最短路径;第二步针对支线道路服务,以第一步得到的主线道路为已有道路,只需要输入支线道路抹点(机位点坐标)坐标,即可自动寻索到该点距离主线道路的最短路径。研究结果可为实际的风电场建设前期工作提供重要的过程指导。

抑制风电场经LCC-HVDC并网系统交流过电压的无功功率分散协同控制方法

针对风电场经基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)并网系统换相失败导致的送端交流过电压问题,提出了无功功率分散协同控制方法。首先,研究了换相失败期间送端交流系统公共连接点(PCC)处电压和盈余无功功率特性。然后,从PCC处电压和无功特性出发,基于无功-电压耦合关系及交流侧潮流方程,分别确定了基于本地功率电压特征的LCC整流站触发角及风电场站无功功率参考值,通过分散控制LCC和风电场实现协同抑制PCC处过电压的目的。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了风电场经LCC-HVDC并网系统模型并进行了仿真研究,结果表明所提出的分散协同控制方法可以有效抑制换相失败后恢复期间的交流过电压水平。

自动电压控制系统影响的分布式风电场线损优化方法

根据风电场的内部结构,建立风电场电气模型,给出其最低线损目标函数,以风电场自动电压控制的无功为控制变量,实现了风电场线损最优控制的目标,可以适应电压、有功变化,直接应用到风电场的运行中,能有效降低风电场在站内传输过程中的线损,提升风电场的经济效益,具有较好的推广价值。

计及线路优化投切限流的含风电电网扩展规划方法

为应对以风电为代表的新能源大规模接入电力系统带来的新挑战,提出了一种计及线路优化投切限流的含风电电网扩展规划模型。首先,从系统负荷变化引起常规火电机组启停的角度出发,将典型场景下的短路电流约束转化为对应机组启停状态下的约束,通过对风电场集电系统的结构等值研究风电场的等效表达式,引入考虑风电接入的短路电流约束。然后,确定电网扩展规划总体思路,以总投资最小为目标函数,建立综合考虑储能、需求侧响应以及短路电流约束的电网规划混合整数线性规划模型并求解。最后,以IEEE-RTS 24节点系统为例,通过设置不同的案例对比分析,验证了所提方法的有效性。

高比例柔性负荷接入下的风电场集电线路方法

为保证风电场集电线路输送潮流时的稳定性,在高比例柔性负荷接入下提出了风电场集电线路入廊规划方法。调度接入工业高载能负荷与柔性负荷2种高比例柔性负荷,并将其作为风电场集电线路入廊规划方法的目标函数;构建风电场集电线路潮流约束,限制线路输送潮流,设计高比例柔性负荷约束,结合潮流约束与高比例柔性负荷约束构建线路入廊规划方法,并使用蚁群算法获取全局最优解,得到最佳规划线路。经实验验证:该方法接入高比例柔性负荷后,具备明显的削峰填谷能力。

一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护

双馈风电系统谐波含量高、频率偏移、弱馈性等故障特征造成传统工频距离保护存在适应性问题;时域距离保护在风电短距离送出线路中适应性较好,但在风电长距离送出线中受分布电容的影响易发生距离I段暂态超越现象。提出一种抗暂态超越的集群风电送出线时域方程模型误差修正距离保护。从长距离送出线距离保护适应性角度出发,分析基于集中参数线路模型的时域方程模型误差,提出基于时域方程模型误差的时域距离保护测量电抗修正方法,并考虑过渡电阻参数的影响,构建适用于集群风电长距离送出线距离保护动作判据。通过新疆某地区集群双馈/直驱集群风电送出线发生故障时的实验数据,测试验证了所提出的时域方程模型误差修正距离保护能较好地适用于各类型集群风电长距离送出线,有效地避免距离I段区外发生故障时的暂态超越现象,并且抗过渡电阻性能良好。

风电场送出线非全相运行潜供特性

结合风电场的特点,推导了风电场送出线和常规能源送出线非全相运行时健全相电流表达式,研究了风电场和常规能源健全相电流的差异。在此基础上研究了风电场、常规能源送出线非全相运行时潜供电流的特点。研究结果表明风电场在送出线非全相运行时,由于风电场的正、负序阻抗远大于零序阻抗,其健全相电流大于常规能源的健全相电流,引起潜供电流较常规能源增大。在PSCAD中仿真分析了风电机组类型、风电场出力以及投运机组数对送出线非全相运行时健全相电流和潜供电流的影响。

风电场汇流线路同步采样及差动保护

介绍了风电场内低压汇流系统现有继电保护配置方案及其存在的问题,提出了风电场含机组升压变压器在内的汇流线路差动保护实现方案。提出了基于IEC 61850-9-2协议的合并单元级联的光纤以太网通信方案,实现了风电场内同一汇流母线上的各发电机出线电流及汇流线路电流的同步采样及传输。该方法同样适用于类似配电网、微网等区域范围内的数据同步采集。推导了含风力发电机升压变压器在内的差动保护方程,并分析了变压器及电缆电容电流等对汇流线路差动保护的影响,提出了相应的解决方案。

山西平鲁败虎堡风电场并网线动态载流量研究

在现有的输电线路上,由于对输电线沿线环境及输电线状态等参数信息获取的有限性,电网公司对线路载流量的限定往往是保守和静态的。这种保守的载流量设定限制了线路输送能力的提升,降低了线路的利用效率,是输电线路效能发挥的一种约束。以山西平鲁败虎堡风电场并网线为例,对架空输电线的动态载流量进行了计算,并对比该线路的动态载流量与静态载流量。从计算结果来看,败虎堡风电场并网线载流量在冬季气温较低、风速较大的时间段内,在运行温度不突破最大运行温度的前提下,仍然有较大提升空间,动态载流量比静态载流量大76.8%。

基于矢量偏离度的风电场集电线路故障定位方法

为解决风电场集电线路因短路故障造成的弃风窝电问题,提出了基于矢量偏离度的风电场集电线路故障区间定位方法。该方法根据各终端测量装置的电气量信息,采用综合矢量误差和三相总不平衡度构建了风电场短路故障时的理论计算值与真实测量值的矢量偏离度目标函数。根据偏离度计算结果,判断真实故障时的故障信息与假想故障区间信息的差异程度,最小差异对应的假想故障区间即为真实的故障区间。PSCAD/EMTDC仿真验证了所提方法在不同故障位置、故障区间、过渡电阻情况下的可行性,能够满足风电场对其集电线路故障定位精度的要求。

直驱风电场集电线保护研究

针对传统三段式电流保护应用于风电场集电线时选择性和速动性不能兼顾的问题,在分析风电场集电线拓扑结构和故障特征的基础上,结合熔断器保护曲线和风机的低电压穿越特性,提出了一种能适用于风电场集电线的反时限电流保护新方法。以直驱风电场为对象,分析得出了传统三段式电流保护不适应于风电场集电线保护的结论,并且给出了新方法的整定原则,即根据熔断器下游经不同过渡阻抗故障后集电线电流与熔断器电流的最大差值关系得到集电线反时限电流保护的理论曲线,最后借助EMTP-PSCAD软件平台搭建直驱风电场模型对理论分析进行了验证。仿真结果表明,对于风电场集电线保护,反时限电流保护新方法由于采用了连续的电流保护曲线,能够很好地与熔断器保护相配合,克服了传统三段式电流保护范围小、易造成保护越级跳闸、风机脱网等缺点,而且有很强的抗过渡电阻能力,在不同的故障条件下能快速可靠地动作,兼顾了继电保护选择性和速动性的要求,因此具有一定的工程实用价值。

考虑风电场运行方式的风电支路导线选型建模

建立了风电场的随机模型,分析了风电场对配电线路电压和潮流的影响,定义了风电支路和风电平行支路并对其进行仿真,分析了风电场对其线路输送功率的影响,并建立了兼顾大电网和风电场送电容量的线路选型的数学模型,揭示了不同位置、不同容量的风电场接入电网线路选型的一般规律,用以解决风电场影响下的架空线路的选型和配置问题.算例分析结果验证了文中方法的有效性.

风电场中多台风力机的数值模拟

将NREL 5 MW风力机作为基本机型,使用致动线模型和大涡模拟相结合的数值方法,在中性大气边界层中模拟含有多台风力机的风电场。为了模拟风电场的复杂入流条件,首先模拟体积为3000 m(长)×3000 m(宽)×1000m(高)的大气边界层,并对模拟结果进行验证,结果表明:在覆盖逆温层以下,不同高度处的位温不变,平均风速满足剪切特性,脉动风速满足湍流谱特性;然后,分析了致动线模型中风轮直径上的网格节点数量(N)和高斯分布因子(ε)的取值规律,发现ε以网格尺度(η)为自变量取值时,N越大,η的系数越大,当N取63时,η的系数可取2或3,但N取25时,η只能取1.2;最后,使用致动线模型在大气边界层中布置8台风力机,模拟风电场,并对风力机间的相互干扰进行分析,发现第一排风力机功率明显大于其他风力机功率输出,占风场总功率输出的40.3%。

基于致动线方法的风力机组风场布置优化

基于致动线方法,利用OpenFOAM对5种不同间距串列布置的具有3台5 MW风力机的风场进行了模拟.通过调整风力机组间的位置,对比不同风场布置时的总输出功率,并结合轮毂高度处流场分布及尾迹速度轮廓线,分析尾迹对风场下游风力机的影响.结果表明:串列布置时,处于尾迹中的风力机功率下降可达82.72%;改变风场中风力机组相对位置可使风场布置得到优化,虽个别风力机性能有所下降,但风场总输出功率最大可提高11.8%.

风电场有功功率最大变化率在线监测系统

本文从风电接入电力系统技术规定出发,结合生产实际,介绍了目前在风场使用的有功功率最大变化率的检测系统。该系统通过对风场最大功率变化率的实时计算、监测和记录,建立完备的数据库系统,继而可为电网调度部门针对部分区域大规模、集中风电接入的情况,具体制定对该区域内风电场最大功率变化率的限值要求,保证电网的安全、稳定运行。

风电场电流保护动作特性等价低电压穿越容量性能分析

文中将风电场接入规范定义的低电压穿越特性引入到风电场集电线路电流保护的动作特性中,提出了电流保护动作特性等价的风电机组低电压穿越能力评价指标——低电压穿越容量百分比系数,量化分析了Ⅰ段和Ⅱ段电流保护动作特性等价的低电压穿越容量,提出了提高电流保护等价低电压穿越容量的改进措施。

大型风电场升压站规划分析

建立一座400 MW风电场模型,从投资和损耗方面对建立一座和两座升压站进行具体造价比较,分析表明,当集电线路采用电缆时,无论从投资还是损耗方面考虑,设两座升压站均优于设一座升压站。综合考虑运行管理方面的因素,在风电场为近似正方形时可选择建立一座升压站或两座升压站,在风电场呈明显长方形时可选择建立两座升压站。

适用于海上风场并网的混合多端直流输电技术研究

针对海上风电并网的需求,提出了采用VSC换流器连接海上风场和弱受端交流系统,LCC换流器连接较强交流系统的混合多端直流输电系统拓扑结构,并对一个混合5端直流输电系统进行了详细研究。分析了5个换流器的电压电流控制特性,设计了直流系统控制策略,研究了系统在风速波动、逆变侧VSC和LCC分别出现三相短路故障以及直流线路故障时系统的动态响应特性。仿真结果表明所提出的混合多端直流输电系统具有较好的运行特性,可以适应海上风电并网的需求。

基于状态转移的风电并网下线路潮流分析

针对风电并网产生的不确性潮流转移可能造成线路功率越限问题,提出了一种电力系统线路潮流越限分析方法。该方法基于状态转移理论对系统变化情况进行描述,首先建立系统状态转移模型;其次根据Weibull分布对风电节点注入功率进行不确定性描述,采用状态转移理论确定风电注入功率对支路潮流变化的影响,并提出风电并网的状态转移决策模型;应用模糊综合评判法,有效结合所提出的指标识别了系统接入风电后各线路运行风险大小,并发现了最危险线路,最后给出了保证电网最大安全运行的风电并网容量大小。IEEE-30节点算例结果表明了所提理论与方法的正确性和有效性。