应对大规模风机连锁停运的风电场反脱网系统研究

In recent years, Large-scale wind turbine cascading offline accidents occured frequently，this phenomenon puts forward many new requirements on the security and stability issues of the Grid-connected Wind Farm. In the past years,research mainly focus on the low voltage ride through(LVRT) capability of the wind turbine、protection of wind turbine、grid-connected control strategy etc.,on the basis of research,we also should proceed with the research from the complex fault form because of large-scale wind turbine existence、reasonable framework of the wind farm、protection and control optimization of the wind farm、rational use of the reactive power regulation ability and other key problems,and provide solutions from the wind farm side. For the purpose of enhancing the security of wind farms operation and improving the anti-off-grid capacity of wind farms under fault conditions, the issue is intended to develop a anti-off-grid wind power system, which is of a highly compatible with the characteristics of wind farm and is a function set of protection, reclosing optimization, and coordination and control of reactive power resources . The main research contents and key technologies of this issue include: the morphological feature extraction of the electromagnetic transient process when the power system with wind power has failure the disorders mechanism of between the disorder of wind power structure and protection configuration /setting; The new method of island protection based on fault feature and the sensitivity of the outstanding protection; Regional coordination control strategy reactive resources adapting to protection and reclosing in the wind farm, and so on. The research results of this issue will lay the theoretical foundation of anti-off-grid system for the large-scale high concentration wind farm, and also make our country to walk in the international forefront in this area of research.

近年来大规模风机连锁脱网事故的频繁发生，对风电场并网运行的安全稳定性课题提出新要求：在以往从风电机组的低电压穿越能力、风机保护、并网控制策略等方面开展研究的基础上，还必须从因大规模风机存在而形成的复杂故障形态、风电场合理架构、风电场侧保护与控制优化、无功调控能力的合理运用等关键问题入手，从风电场侧提供解决手段。本课题以加强风电场运行安全性、提高故障情况下风电场的反脱网能力为着眼点，拟开发一套与风电场特点高度相容的、集保护、重合闸优化、以及无功资源协调控制功能于一体的风电反脱网系统。课题的主要研究内容和关键技术包括：含风电电力系统故障电磁暂态过程形态特征提取及风电场架构无序性与保护配置和整定的失调机理；突出保护灵敏性的孤岛保护新方法；风电场中无功资源与保护及重合闸相适应的区域协调控制策略等。本课题的研究成果将为大规模高集中风电场反脱网体系奠定理论基础，也使我国在这方面的研究走在国际前列。

近年来大规模风机连锁脱网事故的频繁发生，对风电场并网运行的安全稳定性课题提出新要求：在以往从风电机组的低电压穿越能力、风机保护、并网控制策略等方面开展研究的基础上，还必须从因大规模风机存在而形成的复杂故障形态、风电场合理架构、风电场侧保护与控制优化、无功调控能力的合理运用等关键问题入手，从风电场侧提供解决手段。为提升风电场并网运行的安全稳定性，防止大规模连锁脱网事件的发生，本项目围绕风电场架构、保护控制优化及无功调控能力几个关键问题开展了四个方面的研究：一、解析了不同类型风机故障动态与保护动作的交互影响，量化评估了考虑风电机组穿越过程的电流保护误动风险；为降低误动风险，提出了基于RBFNN的自适应撬棒保护及附加阻尼控制策略，并提出了保护和无功补偿设备的综合协同控制策略；二、为避免单一元件故障造成大规模风机脱网，本项目研究了能够将风电场分解成无强耦合联系的并联子区便捷划分技术，在此基础上提出了一种基于故障分量的风电场分区保护方法及基于单位零序补偿导纳法的风电场单相故障快速选线方法；提出了STATCOM在故障切除瞬间快速主动进行反向无功补偿的方案，解决了部分风机切除后的高电压脱网问题；三、研究了风电场保护间动作协调性问题，提出了基于反时限过电流保护及故障正序突变量的风电场集电线路保护整定原则，提出了联络线被开断等待重合期间风电场紧急切机控制最小切机量的求取方法，在此基础上，提出了孤岛风电场主动切机紧急控制策略；四、利用DIgSILENT平台搭建了含风电等新能源的风机反脱网策略验证平台，研制了风电场反脱网样机并进行了物理动模平台比对试验，测试并验证了所提出原理的有效性。本课题以加强风电场运行安全性、提高故障情况下风电场的反脱网能力为着眼点展开理论研究，并开发出了一套与风电场特点高度相容的、集保护、重合闸优化、以及无功资源协调控制功能于一体的风电反脱网系统，其研究成果为大规模高集中风电场反脱网体系奠定理论及实践基础。