规模化风电场集群风机连锁脱网在线风险预警理论与方法研究

Because of frequent occurrence of wind clustering turbine cascading trip-off accidents in recent years, new requirement is raised for security-oriented risk alarming of power systems. In the early years, security alarming mainly focused on traditional power systems with high regulation adequacy and strong ability to responding to unstable factors due to the dominating controllable power sources. However, the special issues caused by large scale wind turbines' trip-off must be emphysized. For the purpose of improving the power systems' ability of perceiving, adapting and defending to wind turbine clustering cascading trip-off accidents, dynamic risk assessment and alarming prototype system under new condition is construct by means of the supporting of this project. .The main constents and key techniques of this project are: causes and inherent mechanism of wind turbine clustering cascading trip-off accidents, design of indices for risk measure and its credibility assessment based on limited predictability, on-line risk alarming techniques for clustering wind turbine cascading trip-off based on real-time evaluation of the risk level, and parallel implementation of risk alarming system based on software and hardware accelerating techniques. The achievement of the theoretical studies of this project will establish systematic foundation for conversion of clustering wind turbine cascading trip-off risk alraming techniques from conceptual exploration to application basic research, and it has important research significance and potential application prospects.

近年来集群风机连锁脱网事故的频繁发生，对热点研究的大电网安全性风险预警课题提出新的要求：在以往重点研究的传统电力系统安全预警（其特点是以可控电源为主导，系统调控充裕度较高、应对不稳定因素能力较强）的基础上，还必须应对大规模风机脱网事故可能带来的特殊问题。本课题以提高风电场和电网对集群风机脱网事故的感知、适应和防御能力为着眼点，研究适应于电力系统发展的新型动态风险评估以及预警理论和方法，并构建原型系统。课题的主要研究内容和关键技术包括：集群风机连锁脱网形成机制和影响机理；考虑集群风机脱网事故的有限可预测性的风险测度及可信度评价指标设计；基于风险等级实时评价的集群风机连锁脱网在线风险预警技术；基于软/硬件加速的集群风机连锁脱网风险预警系统在线实现关键技术。本课题的理论研究成果将为风机脱网动态风险预警从概念性探索向应用基础研究转化奠定系统的理论基础，具有重要的研究意义和广阔的应用前景。

在我国高集中的风电基地发展模式下，近年来频繁发生的风机连锁脱网事件暴露了风电场并网稳定性与故障抵御能力方面的诸多问题。本项目以提高风电场和电网对集群风机脱网事故的感知、适应和防御能力为着眼点，研究适应于电力系统发展的新型动态风险评估以及预警理论和方法。主要研究内容包括：集群风机连锁脱网形成机制和影响机理；考虑集群风机脱网事故的有限可预测性的风险测度及可信度评价指标设计；基于风险等级实时评价的集群风机连锁脱网在线风险预警技术；基于软/硬件加速的集群风机连锁脱网风险预警系统在线实现关键技术。.本项目取得的研究成果包括：在风机脱网机理研究方面，分析并阐明了多时空尺度下集群风机脱网事故与电网运行状态的动态耦合机理；风机脱网风险测度及其可信度评价方法方面，构建了包括动态安全决策树评估、电压安全监测、风机载荷分析、电压跌落风险分析、综合VaR评估、网架与输电断面评估的指标体系及其评价方法；在集群风机连锁脱网在线风险预警方法方面，建立了含风电场的电力系统的安全稳定评估及控制体系，快速识别导致风电场低/高电压脱网的关键因素与安全隐患，实现风电场脱网风险警戒级别的动态界定与风险测度的快速输出。针对风险预警的结果，提出了减少风险的方法：提出了基于过电压预测回归树的MCR型SVC紧急控制策略、针对系统电压薄弱点的无功补偿预防控制策略、提出了基于可用无功输出与异步无功负荷削减相协调的风电场风机主动控制策略、提出了应对恶劣风况的风机黏性控制策略；除完成原有研究计划外，还从风电场集电线路与主变保护的角度出发提出了风电场反脱网关键技术。在风险预警系统的在线实现关键技术方面，提出结合多核CPU与GPU并行技术的综合并行风险评估加速算法；提出基于改进快速收敛算法的风险评估加速方案；提出计及风况影响的风电场等值方法。搭建了能够模拟集群风机运行特性、风电场/电网各种故障方式以及风机并网变流器特性的动模实验平台。.本项目所提出的风机脱网风险预警框架及其在线实现技术，以及风电场反脱网关键技术，将提高电力系统对集群风机连锁脱网事故的应对能力。本项目的理论研究成果能够对现有安全评估和预警的理论和方法形成有力补充，并为提高传统风险评估指标和安全预警机制在含特大规模风电电力系统中的适应性奠定理论基础，具有重要的研究意义和广阔的应用前景。