基于保护动作信息的风电场综合无功控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于保护动作信息的风电场综合无功控制系统及控制方法，控制系统包括管理层、站控层和间隔层；管理层包括主控机、以及分别与主控机连接的本地调试监控台和远方调度集控中心；所述站控层包括分别与管理层主控机连接的电能管理机和保护管理机；所述间隔层包括通过现场总线或以太网总线分别与电能管理机连接的n个并网点电压测量单元和无功功率控制单元、以及通过现场总线或以太网总线分别与保护管理机连接的n个汇集线路保护测量单元。

Wind farm integrated reactive power control system and control method based on protection action information

The invention relates to a wind farm protection action information based on integrated reactive power control system and control method, control system comprises a management layer, and spacer layer; including the management of the main control machine, and is connected with the main control machine connected to local debugging monitoring station and remote control centralized control center of the station; including layer are respectively connected with the main control management machine of power management and protection management system; the spacer layer includes through the field bus or bus with Ethernet power management machine is connected with the n network and the voltage measuring unit and reactive power control unit, and a collection of line protection through n fieldbus measurement unit or the Ethernet bus are respectively connected with the protection and management of the machine.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种风力发电系统
中的风电场无功控制系统及其控制方法，具体涉及一种基于保护动作信息的风电场综合无功控制系统及控制方法。
技术介绍
随着当前大规模风电机组接入电网，风电场内部和外部电网故障引起风电基地发生连锁故障并引发大规模风电脱网的事故愈加频繁。当某个风电场近端发生严重故障时，距离故障点电气距离较近的一些风电机组机端电压深度跌落，为了实现其低电压穿越，转子严重过流触发crowbar动作，风机运行于近似异步机的不可控状态，吸收大量无功会引起机端电压跌落进一步恶化(电压二次降落)。如果无功补偿设备投切速度过于缓慢，由于无功不足会引起一些距故障点电气距离较远而故障时刻并未动作的风机联动，即由于缺乏无功支撑引起大面积风机低压脱网。考虑到元件保护动作后，断路器切除故障元件，距故障点较近且crowbar已动作的风电机组脱离电网，即大量无功负荷被切除。无论故障后电压降低是否投入无功，此时电网都可能出现无功过剩致使系统过电压的情况，而目前入网风机普遍不具备高压穿越能力，电压持续过高又会引起大量风电机涉网过压保护动作，即又引起大面积风机高压脱网。过电压产生是由于系统无功容量过剩、风机机端电压升高造成的，随即风机过电压保护动作切除风机。阻止这一过程的方法应从两方面考虑：一是降低系统无功容量，降低风机机端电压；二是提高风机耐受电压能力。从保护风机的角度考虑，风机的耐受高电压的程度和时间无限制的提高是不可行的，但r>是为了保护系统安全，阻止风机连锁切机，电网对风机的耐受高电压水平和时间都需要有一定的要求。当风机的机端电压升高时，风机能够维持并网运行一段时间，在这段时间内系统无功紧急控制装置采用一定的措施来降低风机机端电压。这样风机的过电压保护不会动作，连锁故障被阻止。目前部分风电场无功投切装置的运行于手动操作模式，不能快速得到补偿风电场故障后无功不足，无功过剩时又得不到快速及时切除，而当前的研究并没有一种能够在低压时快速补偿无功、故障切除电压恢复后防止无功过剩的解决策略。张曼等(张曼，姜惠兰.协调相邻风电场之间低压穿越的综合保护方案[J].电网技术，2013，37(00)：1-7)以故障期间双馈机组的无功功率特性为基础，提出了一种实现风电场之低压穿越协调控制的综合保护方案，从而能够防止撬棒的连锁动作，使风机自身能在故障期间为系统输送无功功率，提高相邻风电场出口电压，但计算方法太过繁琐和复杂，不适用于工程实际。杨烨等(杨桦，梁海峰，李庚银.含双馈感应电机的风电场协调控制策略[J].电网技术，2011,30(25)：23-28)采用遗传算法求解多目标优化模型，研究了双馈风电机组电压控制电容器组投切相结合的双馈风电场电压控制策略，但其只是将风电机组看作一台等值的风电机组，着重研究等值风电机组和集中补偿设备之间的无功配合，而忽略了实际风电场中由于线路无功损耗以及空间上风电机组分布造成的影响。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种基于保护动作信息的风电场综合无功控制系统及控制方法，试图通过实时获取大型风电基地中各风电场中元件保护动作信息和并网点电压降落信息，并结合以上信息采用更为实用有效的逻辑控制手段来防止风电场中由于低压和高压穿越失败引起的大面积风机脱网。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种基于保护动作信息的风电场综合无功控制系统，所述控制系统包括通信机构，所述通信机构采用分布式分层结构，包括管理层、站控层和间隔层；其改进之处在于，所述管理层包括主控机、以及分别与主控机连接的本地调试监控台和远方调度集控中心；所述站控层包括分别与管理层主控机连接的电能管理机和保护管理机；所述间隔层包括通过现场总线或以太网总线分别与电能管理机连接的n个并网点电压测量单元和无功功率控制单元、以及通过现场总线或以太网总线分别与保护管理机连接的n个汇集线路保护测量单元。进一步地，所述n个汇集线路保护测量单元均为35kV汇集线路保护测量单元，采用分散式结构，就地安装，通过现场总线或以太网总线与保护管理机实时通信；风电场的n个并网点电压测量单元，获取的实时信息传输至站控层的电能管理机集中收集处理；所述电能管理机和保护管理机集中收集站控层获取的实时数据，通过现场总线或以太网总线将信息上传至上级管理层的主控机，主控机根据获取的实时保护信息和并网点电压信息制定各并网点的无控控制方案；风电场并网点通过站控层的电能管理机传输至间隔层的无功功率控制单元实施，无功功率控制单元采用集中组屏安装于控制室或保护室内。本专利技术还提供一种风电场综合无功控制系统的无功控制方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：步骤一：循环检验汇集线路元件保护的动作情况，并反复检测并网点电压是否发生降落，根据并网点电压降落幅度ΔUi是否大于δ来判断，δ为并网点电压降落阈值，δ取值大于0.05pu；根据正常运行所允许的电压偏移幅度±5％来确定；步骤二：判断并网点的性质，通过收集各并网点电压降落信息，比较各并网点电压降落程度ΔUi确定该并网点是否与故障元件直接相连，i＝1，2……；步骤三：故障期间，根据并网点是否与故障元件直接连接，采取不同的无功控制策略；步骤四：故障元件切除后，由保护动作信号启动的无功投切联动装置(由无功控制系统控制)切除部分无功功率，控制剩余无功功率容量恢复至故障前无功比例水平，并恢复原风机无功功率参考值Qref；同时采用防高压穿越循环判据ΔUi＝Umeasure-Un<ΔUlim＝+0.05pu判断故障切除后电压是否恢复超越额定水平，若恢复电压超越正常额定电压的5％，再切除少量无功功率ΔQquit＝0.05Q，此循环判断环节持续时间t>t0，其中t0为防高压穿越循环判据持续时间阈值，若此时间段内电压变化量ΔU＝Umeasure-Un一直满足小于ΔUlim＝+0.05pu则表明系统脱离高压穿越脱网危险，则结束循环判据判别，反之继续通过切除少量无功功率手段以防止过电压；其中Q指故障切除后的无功补偿容量。进一步地，所述步骤二中，对于并网点k，若电压降落幅度ΔUk＝max{ΔUi，i＝1，2……本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于保护动作信息的风电场综合无功控制系统，所述控制系统包括通信机构，所述通信机构采用分布式分层结构，包括管理层、站控层和间隔层；其特征在于，所述管理层包括主控机、以及分别与主控机连接的本地调试监控台和远方调度集控中心；所述站控层包括分别与管理层主控机连接的电能管理机和保护管理机；所述间隔层包括通过现场总线或以太网总线分别与电能管理机连接的n个并网点电压测量单元和无功功率控制单元、以及通过现场总线或以太网总线分别与保护管理机连接的n个汇集线路保护测量单元。

【技术特征摘要】
1.一种基于保护动作信息的风电场综合无功控制系统，所述控制系统包括通信机构，所
述通信机构采用分布式分层结构，包括管理层、站控层和间隔层；其特征在于，所述管理层
包括主控机、以及分别与主控机连接的本地调试监控台和远方调度集控中心；所述站控层包
括分别与管理层主控机连接的电能管理机和保护管理机；所述间隔层包括通过现场总线或以
太网总线分别与电能管理机连接的n个并网点电压测量单元和无功功率控制单元、以及通过
现场总线或以太网总线分别与保护管理机连接的n个汇集线路保护测量单元。
2.如权利要求1所述的风电场综合无功控制系统，其特征在于，所述n个汇集线路保护
测量单元均为35kV汇集线路保护测量单元，采用分散式结构，就地安装，通过现场总线或
以太网总线与保护管理机实时通信；风电场的n个并网点电压测量单元，获取的实时信息传
输至站控层的电能管理机集中收集处理；
所述电能管理机和保护管理机集中收集站控层获取的实时数据，通过现场总线或以太网
总线将信息上传至上级管理层的主控机，主控机根据获取的实时保护信息和并网点电压信息
制定各并网点的无控控制方案；
风电场并网点通过站控层的电能管理机传输至间隔层的无功功率控制单元实施，无功功
率控制单元采用集中组屏安装于控制室或保护室内。
3.一种如权利要求1-2中任一项所述的风电场综合无功控制系统的无功控制方法，其特
征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤一：循环检验汇集线路元件保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟永宁，郑涛，粟小华，张健康，李琰，王真，汤海雁，刘欣，张占奎，毕艳秋，苏媛媛，魏林君，白宏，张小瑜，张鹏飞，赵红嘎，
申请(专利权)人：国家电网公司，中国电力科学研究院，华北电力大学，江苏省电力公司，国家电网公司西北分部，
类型：发明
国别省市：北京;11