研究背景

考慮到大規(guī)模新能源并網(wǎng)具有無(wú)慣性支撐及輸出功率隨機(jī)波動(dòng)的特點(diǎn)，風(fēng)機(jī)的大規(guī)模并網(wǎng)將會(huì)引起接入點(diǎn)附近的區(qū)域電網(wǎng)電壓大幅度波動(dòng)，并極有可能造成大規(guī)模的電網(wǎng)崩潰。因此，隨著風(fēng)電并網(wǎng)規(guī)模的逐年遞增，風(fēng)電出力的波動(dòng)性對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的有功沖擊影響也在急劇增長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，甚至可能導(dǎo)致系統(tǒng)失去動(dòng)態(tài)平衡并最終瓦解。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

鑒于大規(guī)模新能源并網(wǎng)所特有的無(wú)慣性支撐及輸出功率隨機(jī)波動(dòng)等特點(diǎn)，大規(guī)模新能源集中接入必然會(huì)增加電力系統(tǒng)振蕩模式的復(fù)雜性。針對(duì)高風(fēng)電滲透率電力系統(tǒng)的快速主動(dòng)解列問(wèn)題，本文提出了一種改進(jìn)的高風(fēng)電滲透率下快速主動(dòng)解列策略，算法流程如圖1所示。

圖1 改進(jìn)的高風(fēng)電滲透率下快速主動(dòng)解列策略流程

該策略首先通過(guò)離線的電機(jī)耦合程度模型對(duì)電力系統(tǒng)中的電機(jī)“弱連接”進(jìn)行了分析，獲得了一個(gè)粗略的離線分類結(jié)果；進(jìn)而根據(jù)離線的分類結(jié)果對(duì)在線所得的功角軌跡進(jìn)行了修正，求解出不同故障信息下的電力系統(tǒng)在線同調(diào)分群；最后將發(fā)電機(jī)同調(diào)作為約束，求解出以最小復(fù)合潮流沖為目標(biāo)函數(shù)的實(shí)時(shí)最優(yōu)解列斷面。

為了驗(yàn)證本文所提改進(jìn)策略的正確性和有效性，以IEEE 118節(jié)點(diǎn)的風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)為例進(jìn)行仿真驗(yàn)證。對(duì)母線23～母線25線路進(jìn)行三相短路，故障開(kāi)始時(shí)間為0.5s，故障持續(xù)時(shí)間為0.6s，故障清除后0.4s實(shí)施解列操作。由本文算法所得的孤島劃分示意圖如圖2所示，解列后孤島內(nèi)各發(fā)電機(jī)頻率曲線如圖3所示。

圖2 本算例系統(tǒng)的最優(yōu)主動(dòng)解列斷面結(jié)果

圖3 解列后孤島內(nèi)各發(fā)電機(jī)頻率曲線

本算例中，系統(tǒng)在1.1s切除故障后，1～5號(hào)電機(jī)頻率仍未恢復(fù)正常水平，整個(gè)系統(tǒng)面臨崩潰；而在1.5s采取圖2所示的解列操作后，失去同步的機(jī)組頻率逐漸被拉回，其頻率在2.8s之后逐漸回歸到正常水平。故障已經(jīng)被隔離開(kāi)，各個(gè)孤島內(nèi)的功角、電壓、頻率均達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài)。

結(jié)論

文章針風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)的主動(dòng)解列問(wèn)題，提出了一種高風(fēng)電滲透率下的全時(shí)段快速主動(dòng)解列策略。該策略通過(guò)離線的“弱連接”在線修正WAMS系統(tǒng)獲取的功角軌跡，約束實(shí)時(shí)最優(yōu)解列斷面的求解，并運(yùn)用改進(jìn)的k-means算法進(jìn)行算法加速。提高了高風(fēng)電滲透率下的同調(diào)分群及最優(yōu)斷面求解的準(zhǔn)確性及算法效率，最后仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提控制策略的有效性。

引用本文

唐飛, 劉揚(yáng), 施浩波, 鄒宏亮, 周芳. 一種考慮風(fēng)電場(chǎng)并網(wǎng)的大電網(wǎng)快速主動(dòng)解列策略[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(10): 2092-2101. Tang Fei, Liu Yang, Shi Haobo, Zou Hongliang, Zhou Fang. A Fast Active Islanding Strategy for Large Power Grid Considering Wind Farm Integration. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(10): 2092-2101.

團(tuán)隊(duì)介紹

劉滌塵教授課題組隸屬于武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制研究所。課題組長(zhǎng)期從事電網(wǎng)運(yùn)行與控制、智能配電網(wǎng)、可再生能源并網(wǎng)等方面的研究，主要包括：特高壓互聯(lián)電網(wǎng)主動(dòng)解列技術(shù)、失步解列判據(jù)研究、電力系統(tǒng)黑啟動(dòng)技術(shù)研究，配電網(wǎng)重構(gòu)、智能配電系統(tǒng)控制、能源協(xié)調(diào)調(diào)度，可再生能源并網(wǎng)電力電子裝置的穩(wěn)定分析、建模與控制，數(shù)據(jù)挖掘、計(jì)算機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等。

近年來(lái)，研究所共主持及承擔(dān)的科研項(xiàng)目80余項(xiàng)，其中包括國(guó)家973、863、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)攻關(guān)、國(guó)家支撐計(jì)劃、國(guó)家電力科技等項(xiàng)目。多項(xiàng)成果獲得科技進(jìn)步獎(jiǎng)，出版著作、教材多部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文600余篇，其中大部分被三大檢索收錄。已培養(yǎng)博士、碩士研究生200余名，在讀博士、碩士研究生80多名。

劉滌塵

1953出生，博士，武漢大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，教授委員會(huì)主任。畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)電氣工程專業(yè)獲博士學(xué)位，曾任教研室主任，系副主任，副院長(zhǎng)；兼任中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事；中國(guó)未來(lái)電器學(xué)會(huì)常務(wù)理事；湖北省計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)；中國(guó)計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)常務(wù)理事、高級(jí)會(huì)員；全國(guó)高校電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員；IEEE會(huì)員。

唐飛

1982出生，博士，武漢大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師，武漢大學(xué)“351”珞珈青年學(xué)者。承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家863、國(guó)家電網(wǎng)、省部級(jí)及相關(guān)科研課題10余項(xiàng)；在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和重要會(huì)議上發(fā)表論文60余篇。主要研究方向：電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析與控制、新能源與電網(wǎng)安全，人工智能和大數(shù)據(jù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用等。

劉揚(yáng)

1996出生，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、新能源接入穩(wěn)定性分析。