一种应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法

摘要

本发明提供了一种应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法，该方法包括以下步骤：确定风电场的风机脱网总量PLWG总；确定火电机组可用旋备总量PARS总；判断所述火电机组紧急功率提升策略的启动条件；确定所述火电机组的紧急功率提升量；所述火电机组执行紧急功率提升命令。该方法用于在发生群体性风机脱网故障时，能够快速、准确的提升机组的机械功率，降低风机脱网对系统造成的不利影响，弥补以往仅依靠机组一次调频调节幅度较小和调度员人工调度方式下的时延较大且不精确的不足。

权利要求

1.一种应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法，其

特征在于：所述方法包括以下步骤：

I：确定风电场的风机脱网总量PLWG总：风机脱网量监测子站监测所述风电场送出线路有功功率在风机脱网后的功率减小量PLWGi，确定所述风电场的所述风机脱网总量PLWG总＝ΣPLWGi；

II：确定火电机组可用旋备总量PARS总：火电机组紧急功率提升控制子站根据纳入火电机组紧急调控范围机组的可用旋备量PARSi，确定火电机组可用旋备总量PARS总＝ΣPARSi；

III：判断所述火电机组紧急功率提升策略的启动条件，火电机组紧急调控决策中心站判断所述风电场的所述风机脱网总量PLWG总与门槛值PST1是否满足PLWG总≥PST1及所述火电机组可用旋备总量PARS总与门槛值PST2是否满足PARS总≥PST2，若均满足则进入步骤IV启动火电机组紧急功率提升控制，否则返回重新开始；

IV：确定所述火电机组的紧急功率提升量，包括以下步骤：

S401、比较所述风机脱网总量PLWG总和所述火电机组可用旋备总量PARS总，若PARS总≤PLWG总，则各台所述火电机组的紧急功率提升量取各自的可用旋备量，所述紧急功率提升量PUP_zi＝PARSi；

S402、比较所述风机脱网总量PLWG总和所述火电机组可用旋备总量PARS总，若PARS总＞PLWG总，刷新待确定功率提升量的所述火电机组的列表，并标志变量flag取值为0；

S403、确定火电机组功率提升总量为PUP总＝PLWG总-ΣPUP_zi；

S404、以按所述火电机组额定有功容量PN分配所述紧急功率提升量为原则，确定功率分配系数为Kci＝PNi/PN总，式中PN总＝∑PNi，理想功率提升量为PUP_ci＝KciPUP总；

S405、对所述待确定功率提升量的所述火电机组列表内的机组，逐台判断PARSi＜PUP_ci条件是否成立，若成立则该台火电机组的紧急功率提升量取其可用旋备 量，即PUP_zi＝PARSi，并标志变量flag取值为1；否则保持flag为0；

S406、若flag＝1，则返回步骤S402；若flag＝0，则待确定功率提升量的所述火电机组取理想功率提升量的值，待确定功率提升量的所述火电机组的紧急功率提升量PUP_zi＝PUP_ci；

V：所述火电机组执行紧急功率提升命令，确定目标功率值PCMDi＝PAGCi+PUP_zi，将机炉协调控制系统CCS的目标功率值由常规的AGC指令值PAGCi切换为所述目标功率值PCMDi，实现功率提升任务。

2.如权利要求1所述的调控方法，其特征在于：所述步骤III中，设置所述门槛值PST1用于避免风机脱网量较小时启动火电机组紧急调控策略，PST1设置为当前工况负荷的

3％-5％；

设置所述门槛值PST2用于避免可用旋备量较小时启动火电机组紧急调控策略，PST2设置为所述火电机组额定有功功率的3％-5％。

说明书

一种应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电力系统稳定控制技术领域的方法，具体讲涉及一种应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法。

背景技术

[0002] 随着能源与环境问题的日益突出，加强了对可再生能源特别是风能的大规模开发利用。风电与火电“打捆”外送是水电资源不足地区风电开发的一个重要特征，根据风电基地出力特性分析，配套建设一定规模的常规火电机组，不仅能够满足风电送出调峰出力变化率的要求，而且能够满足受电端用电市场功率调节与控制的需求。

[0003] 部分地区发生过多起风机群体性脱网事故已受到广泛重视。对于风火打捆外送系统，风机脱网会导致频率降低、主网电压升高和外送通道功率波动的不利后果。在系统开机方式较小，出现相对较高的风机脱网容量条件下，火电机组即使有旋转备用，但机组通常所设置的额定功率的6％-10％一次调频限幅会限制功率提升幅度，而调度中心人员发现故障再通知电厂提升功率的传统控制方法时延较大，不能减小暂态频率偏移量。

[0004] 随着相量量测装置(PMU)硬件技术的逐渐成熟和高速通信网络的发展，PMU在电力系统中得到了广泛应用。以PMU为基础的电网广域测量系统(WAMS)很好地解决电力系统广域空间同步测量的问题,使电网控制中心在统一的时标下对电力系统状态进行测量和分析成为可能。借助WAMS技术，实时监测风机脱网量，快速、准确的提升机组的机械功率，以便充分利用火电机组的可用旋转备用量，降低风机脱网对系统造成的不利影响，是一项重要研究课题。

发明内容

[0005] 为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法，在发生群体性风机脱网故障时，能够快速、准确的提升机组的机械功率，降低风机脱网对系统造成的不利影响，弥补以往仅依靠机组一次调频调节幅度较小和调度员人工调度方式下的时延较大且不精确的不足。

[0006] 实现上述目的所采用的解决方案为：

[0007] 一种应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法，其改进之处在于：所述方法包括以下步骤：

[0008] I：确定风电场的风机脱网总量PLWG总；

[0009] II：确定火电机组可用旋备总量PARS总；

[0010] III：判断所述火电机组紧急功率提升策略的启动条件；

[0011] IV：确定所述火电机组的紧急功率提升量；

[0012] V：所述火电机组执行紧急功率提升命令。

[0013] 进一步的，所述步骤I中，风机脱网量监测子站监测所述风电场送出线路有功功率在风机脱网后的功率减小量PLWGi，确定所述风电场的所述风机脱网总量PLWG总＝ΣPLWGi。

[0014] 进一步的，所述步骤II中，火电机组紧急功率提升控制子站根据纳入火电机组紧急调控范围机组的可用旋备量PARSi，确定火电机组可用旋备总量PARS总＝ΣPARSi。

[0015] 进一步的，所述步骤III中，火电机组紧急调控决策中心站判断所述风电场的所述风机脱网总量PLWG总与门槛值PST1是否满足PLWG总≥PST1及所述火电机组可用旋备总量PARS总与门槛值PST2是否满足PARS总≥PST2，若均满足则进入所述步骤IV启动火电机组紧急功率提升控制，否则返回重新开始。

[0016] 进一步的，所述步骤III中，设置所述门槛值PST1用于避免风机脱网量较小时启动火电机组紧急调控策略，PST1设置为当前工况负荷的3％-5％；

[0017] 设置所述门槛值PST2用于避免可用旋备量较小时启动火电机组紧急调控策略，PST2设置为所述火电机组额定有功功率的3％-5％。

[0018] 进一步的，所述步骤IV包括以下步骤：

[0019] S401、比较所述风机脱网总量PLWG总和所述火电机组可用旋备总量PARS总，若PARS总≤PLWG总，则各台所述火电机组的紧急功率提升量取各自的可用旋备量，所述紧急功率提升量PUP_zi＝PARSi；

[0020] S402、比较所述风机脱网总量PLWG总和所述火电机组可用旋备总量PARS总，若PARS总＞PLWG总，刷新待确定功率提升量的所述火电机组的列表，并标志变量flag取值为0；

[0021] S403、确定火电机组功率提升总量为PUP总＝PLWG总-ΣPUP_zi；

[0022] S404、以按所述火电机组额定有功容量分配紧急功率提升量为原则，确定功率分配系数为Kci＝PNi/PN总,式中PN总＝∑PNi，理想功率提升量为PUP_ci＝KciPUP总；

[0023] S405、对所述待确定功率提升量的所述火电机组列表内的机组，逐台判断PARSi＜PUP_ci条件是否成立，若成立则该台火电机组的紧急功率提升量取其可用旋备量，即PUP_zi＝PARSi，并标志变量flag取值为1；否则保持flag为0；

[0024] S406、若flag＝1，则返回步骤S402；若flag＝0，则待确定功率提升量的所述火电机组取理想功率提升量的值，待确定功率提升量的所述火电机组的紧急功率提升量PUP_zi＝PUP_ci。

[0025] 进一步的，所述步骤V中，所述火电机组执行紧急功率提升命令，确定目标功率值PCMDi＝PAGCi+PUP_zi，将CCS的目标功率值由常规的AGC指令值PAGCi切换为所述目标功率值PCMDi，实现功率提升任务。

[0026] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0027] 1、本发明提供的方法针对我国风电装机大幅增加背景下风机群体性脱网事故对电网安全稳定构成较大威胁问题，充分、有效地利用火电机组的可用旋转备用量，可降低风机脱网引发连锁性事故的风险，有效提升风火打捆外送系统抵御风机群体性脱网故障的能力。

[0028] 2、本发明提供的方法借助WAMS/PMU系统，实时监测风机脱网量，根据风机脱网总量与火电机组的可用旋备总量的数值关系，优化确定火电机组的紧急功率提升值，兼顾了机组耐受能力和紧急调控效果。

[0029] 3、本发明提供的方法在发生群体性风机脱网故障时，可快速、准确的提升机组的机械功率，弥补了仅依靠机组一次调频调节幅度较小和调度员人工调度方式下的时延较大且不精确的不足，最大限度的降低了风机脱网对系统造成的不利影响。

[0030] 4、本发明提供的方法具有原理简单、效果好、可操作性及实用性强的优点,具有较高的实用价值和良好的市场前景。

附图说明

[0031] 图1为应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法的流程图；

[0032] 图2为风电与火电打捆送电典型系统接线图；

[0033] 图3为火电机组执行紧急功率提升命令时CCS的目标功率值切换逻辑示意图；

[0034] 图4为送端机组是否采取紧急调控方法对应的系统频率偏差曲线图。

具体实施方式

[0035] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

[0036] 如图1所示，图1为应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法的流程图；本发明的方法包括以下步骤：

[0037] 步骤一、确定风电场的风机脱网总量PLWG总；

[0038] 步骤二、确定火电机组可用旋备总量PARS总；

[0039] 步骤三、判断所述火电机组紧急功率提升策略的启动条件；

[0040] 步骤四、确定所述火电机组的紧急功率提升量；

[0041] 步骤五、所述火电机组执行紧急功率提升命令。

[0042] 步骤一中，设有风机脱网量监测子站，该风机脱网量监测子站监测所述风电场送出线路有功功率在风机脱网后的功率减小量PLWGi，确定所述风电场的所述风机脱网总量为PLWG总＝ΣPLWGi。

[0043] 风机脱网监测子站主要由风电场送出线路运行参数的监测单元、风机脱网总量的计算单元和与火电机组紧急调控决策中心站进行通讯的数据通讯单元等组成，可实时获得风电场风机脱网量信息，并传送给火电机组紧急调控决策中心站。

[0044] 步骤二中，设有火电机组紧急功率提升控制子站，该火电机组紧急功率提升控制子站根据纳入火电机组紧急调控范围机组的可用旋备量PARSi，确定火电机组可用旋备总量为PARS总＝ΣPARSi。

[0045] 火电机组紧急功率提升控制子站主要由火电机组运行参数的监测单元、执行紧急功率提升命令的控制单元和与火电机组紧急调控决策中心站进行通讯的数据通讯单元等组成，可实时获得火电机组可用旋备总量，并执行紧急功率提升命令。

[0046] 步骤三中，设有火电机组紧急调控决策中心站，该火电机组紧急调控决策中心站判断所述风电场的所述风机脱网总量PLWG总与门槛值PST1是否满足PLWG总≥PST1及所述火电机组可用旋备总量PARS总与门槛值PST2是否满足PARS总≥PST2，若均满足则进入所述步骤四启动火电机组紧急功率提升控制，否则返回重新开始。

[0047] 设置门槛值PST1用于避免风机脱网量较小时启动火电机组紧急调控策略，PST1宜设置为当前工况负荷的3％-5％；

[0048] 设置门槛值PST2用于避免可用旋备量较小时启动火电机组紧急调控策略，PST2宜设置为火电机组额定有功功率的3％-5％。

[0049] 火电机组紧急调控决策中心站主要由机组紧急功率提升策略启动判断和紧急功率提升量分配计算单元和与风机脱网监测子站、火电机组紧急功率提升控制子站进行通讯的数据通讯单元等组成，实现是否启动紧急功率提升策略的判断，并计算各机组分配的紧急功率提升量，进而下达给各机组。

[0050] 步骤四中，根据上述风机脱网总量和火电机组可用旋备总量进行判断，包括以下步骤：

[0051] S401、比较所述风机脱网总量PLWG总和所述火电机组可用旋备总量PARS总，若PARS总≤PLWG总，则各台所述火电机组的紧急功率提升量取各自的可用旋备量，所述紧急功率提升量PUP_zi＝PARSi；

[0052] S402、比较所述风机脱网总量PLWG总和所述火电机组可用旋备总量PARS总，若PARS总＞PLWG总，刷新待确定功率提升量的所述火电机组的列表，并标志变量flag取值为0；

[0053] S403、确定火电机组功率提升总量为PUP总＝PLWG总-ΣPUP_zi；

[0054] S404、以按所述火电机组额定有功容量分配紧急功率提升量为原则，确定功率分配系数为Kci＝PNi/PN总,式中PN总＝∑PNi，理想功率提升量为PUP_ci＝KciPUP总；

[0055] S405、对所述待确定功率提升量的所述火电机组列表内的机组，逐台判断PARSi＜PUP_ci条件是否成立，若成立则该台火电机组的紧急功率提升量取其可用旋备量，即PUP_zi＝PARSi，并标志变量flag取值为1；否则flag为0；

[0056] S406、若flag＝1，则返回步骤S402；若flag＝0，则待确定功率提升量的所述火电机组取理想功率提升量的值，即待确定功率提升量的所述火电机组的紧急功率提升量PUP_zi＝PUP_ci。

[0057] 步骤五中，火电机组执行紧急功率提升命令，确定目标功率值PCMDi＝PAGCi+PUP_zi，将CCS(机炉协调控制系统)的目标功率值由常规的AGC(自动发电控制)指令值PAGCi切换为所述目标功率值PCMDi，实现功率提升任务。

[0058] 根据上述方法，结合风电与火电打捆送电典型系统为例做进一步说明。风电与火电打捆送电典型系统接线图如图2所示。

[0059] 为突出风电的影响，设置的风电容量稍大，风电装机容量占全系统装机容量的13％。系统中有2个风电场，额定容量均为135MW，风电厂Y包括225台0.6MW的固速风机；风电场S包括90台1.5MW的双馈风机。每个风电场设置一台等值机，通过变比为
0.69kV/10.5kV、10.5kV/110kV的变压器经2级升压与系统相连，并网变压器和线路参数完全相同。系统中有3台火电机组，送端和受端分别有2台和1台，单机额定容量均为600MW。
系统节点出力负荷情况如表1所示。

[0060] 表1风电与火电打捆送电典型系统出力负荷情况

[0061]出力(MW) 负荷(MW) 电压(KV)
火电G1 500 50 20.4
火电G2 500 50 20.4
火电G3 580 50 20.4
风场Y 100 0 0.69
风场S 100 0 0.69
负荷1 0 400 226
负荷2 0 670 222.9
负荷3 0 550 223.2

[0062] 本发明提供的应对风机群体性脱网故障的火电机组紧急调控方法包括下述步骤：

[0063] 步骤一：设置风机脱网量监测子站，监测风电场Y和风电场S外送110kV联络线Y3-A11和S3-A12传输的有功功率在风机脱网后的功率减小量，假设风电场Y的风机全部脱网，则110kV联络线Y3-A11的有功功率会由100MW降低至0MW，而风电场S外送110kV联络线S3-A12的有功功率保持不变，确定风电场风机脱网总量PLWG总＝100MW。

[0064] 步骤二：设置火电机组紧急功率提升控制子站，将位于系统送端的2台火电机组纳入紧急调控范围，综合考虑火电机组能够稳定运行的最大有功出力和为增加出力而增大调门开度过程中主蒸汽压力降低机组耐受性的考虑，设置送端2台火电机组在当前工况下的可用旋备量分别为PARS1＝90MW，PARS2＝90MW，确定火电机组可用旋备总量PARS总＝180MW。

[0065] 步骤三：设置火电机组紧急调控决策中心站，判断风电场风机脱网总量PLWG总与门槛值PST1是否满足PLWG总≥PST1，火电机组可用旋备总量PARS总与门槛值PST2是否满足PARS总≥PST2。

[0066] 本实施例中设置门槛值PST1＝50MW，PST2＝60MW，因2个启动条件均满足，启动火电机组紧急功率提升控制策略。

[0067] 步骤四：包括下述步骤：

[0068] S401、判断PARS总≤PLWG总条件成立时，各台火电机组的紧急功率提升量取各自的可用旋备量，即PUP_zi＝PARSi，此种情况对应机组的可用旋备量相比风机脱网总量不充裕的情况；

[0069] S402、判断PARS总＞PLWG总条件成立时，刷新待确定功率提升量的火电机组列表，并且标志变量flag取值为0，此种情况对应机组的可用旋备量相比风机脱网总量充裕的情况；

[0070] S403、确定火电机组功率提升总量，即PUP总＝PLWG总-ΣPUP_zi；

[0071] S404、以按机组额定有功容量分配紧急功率提升量为原则，确定功率分配系数Kci和理想功率提升量PUP_ci，即Kci＝PNi/PN总,式中PN总＝∑PNi，PUP_ci＝KciPUP总；

[0072] S405、对待确定功率提升量的机组列表内机组，逐台判断PARSi＜PUP_ci条件是否成立，如果成立则该台火电机组的紧急功率提升量取它的可用旋备量，即PUP_zi＝PARSi，并且标志变量flag取值为1。

[0073] S406、判断flag＝1条件是否成立，是则返回步骤S402；

[0074] 判断flag＝0条件是否成立，是则将待确定功率提升量的火电机组取理想功率提升量的值，即PUP_zi＝PUP_ci。

[0075] 本实施例中，有PARS总＞PLWG总，为机组的可用旋备量相比风机脱网总量充裕的情况，确定火电机组功率提升总量PUP总＝100MW，确定功率分配系数Kc1＝0.5，Kc2＝0.5，确定理想功率提升量PUP_c1＝50MW，PUP_c2＝50MW，因有PARS1＞PUP_c1，PARS2＞PUP_c2，火电机组的紧急功率提升量取值为PUP_z1＝50MW，PUP_z2＝50MW。

[0076] 步骤五：火电机组执行紧急功率提升命令，确定新的目标功率值PCMD1＝550MW，PCMD2＝550MW，并对CCS的目标功率值进行切换，由常规的AGC指令值PAGCi切换为新的目标功率值PCMDi，实现功率提升任务。

[0077] 图4为实施例中送端机组是否采取紧急调控方法对应的系统频率偏差曲线图，在发生风场脱网故障后，采用紧急调控方法，可以使系统频率偏差最大值由-2.24Hz减小至-0.62Hz，系统的频率稳定性得到显著提升。

[0078] 最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。