研究背景

考慮到大規(guī)模新能源并網(wǎng)具有無慣性支撐及輸出功率隨機波動的特點，風機的大規(guī)模并網(wǎng)將會引起接入點附近的區(qū)域電網(wǎng)電壓大幅度波動，并極有可能造成大規(guī)模的電網(wǎng)崩潰。因此，隨著風電并網(wǎng)規(guī)模的逐年遞增，風電出力的波動性對區(qū)域電網(wǎng)的有功沖擊影響也在急劇增長，嚴重影響了互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，甚至可能導致系統(tǒng)失去動態(tài)平衡并最終瓦解。

論文方法及創(chuàng)新點

鑒于大規(guī)模新能源并網(wǎng)所特有的無慣性支撐及輸出功率隨機波動等特點，大規(guī)模新能源集中接入必然會增加電力系統(tǒng)振蕩模式的復雜性。針對高風電滲透率電力系統(tǒng)的快速主動解列問題，本文提出了一種改進的高風電滲透率下快速主動解列策略，算法流程如圖1所示。

圖1 改進的高風電滲透率下快速主動解列策略流程

該策略首先通過離線的電機耦合程度模型對電力系統(tǒng)中的電機“弱連接”進行了分析，獲得了一個粗略的離線分類結果；進而根據(jù)離線的分類結果對在線所得的功角軌跡進行了修正，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)電機同調(diào)作為約束，求解出以最小復合潮流沖為目標函數(shù)的實時最優(yōu)解列斷面。

為了驗證本文所提改進策略的正確性和有效性，以IEEE 118節(jié)點的風機并網(wǎng)系統(tǒng)為例進行仿真驗證。對母線23～母線25線路進行三相短路，故障開始時間為0.5s，故障持續(xù)時間為0.6s，故障清除后0.4s實施解列操作。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)電機頻率曲線如圖3所示。

圖2 本算例系統(tǒng)的最優(yōu)主動解列斷面結果

圖3 解列后孤島內(nèi)各發(fā)電機頻率曲線

本算例中，系統(tǒng)在1.1s切除故障后，1～5號電機頻率仍未恢復正常水平，整個系統(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，各個孤島內(nèi)的功角、電壓、頻率均達到了穩(wěn)定狀態(tài)。

結論

文章針風電并網(wǎng)系統(tǒng)的主動解列問題，提出了一種高風電滲透率下的全時段快速主動解列策略。該策略通過離線的“弱連接”在線修正WAMS系統(tǒng)獲取的功角軌跡，約束實時最優(yōu)解列斷面的求解，并運用改進的k-means算法進行算法加速。提高了高風電滲透率下的同調(diào)分群及最優(yōu)斷面求解的準確性及算法效率，最后仿真和實驗驗證了所提控制策略的有效性。

引用本文

唐飛, 劉揚, 施浩波, 鄒宏亮, 周芳. 一種考慮風電場并網(wǎng)的大電網(wǎng)快速主動解列策略[J]. 電工技術學報, 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.

團隊介紹

劉滌塵教授課題組隸屬于武漢大學電氣工程學院電力系統(tǒng)運行與控制研究所。課題組長期從事電網(wǎng)運行與控制、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)主動解列技術、失步解列判據(jù)研究、電力系統(tǒng)黑啟動技術研究，配電網(wǎng)重構、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、計算機技術在電力系統(tǒng)中的應用等。

近年來，研究所共主持及承擔的科研項目80余項，其中包括國家973、863、國家自然科學基金、國家重點攻關、國家支撐計劃、國家電力科技等項目。多項成果獲得科技進步獎，出版著作、教材多部，發(fā)表學術論文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，武漢大學教授，博士生導師，教授委員會主任。畢業(yè)于武漢水利電力大學電氣工程專業(yè)獲博士學位，曾任教研室主任，系副主任，副院長；兼任中國電機工程學會常務理事；中國未來電器學會常務理事；湖北省計量測試學會副理事長；中國計量測試學會常務理事、高級會員；全國高校電氣工程與自動化專業(yè)教學指導委員會委員；IEEE會員。

唐飛

1982出生，博士，武漢大學副教授，碩士生導師，武漢大學“351”珞珈青年學者。承擔國家自然科學基金、國家科技支撐計劃、國家863、國家電網(wǎng)、省部級及相關科研課題10余項；在國內(nèi)外學術期刊和重要會議上發(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)中的應用等。

劉揚

1996出生，碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定、新能源接入穩(wěn)定性分析。