含大规模高集中度风电场的电网中电压跌落演化与传播机理以及随机预估方法的研究

Wind power is an intermittent energy so it has much characteris such as randomness, strong volatility, the dynamic of output power to the weak support, synchronous intensity with mobility, and transient weak survivability features. Especially in the Hexi area of Gansu Province, the wind power is Large-scale, high degree of concentration, weak grid, and the transmission distance. So the large-scale wind power produced a great impact to power system. This project aim is to protect the power system security and stability based on the characteristics of large-scale high concentration wind farm development mode in Hexi area of Gansu Province. The work include study the large-scale high concentration of wind farm voltage sag evolution and propagation mechanism, and explore the law of system failure characteristics, operation level and disturbance. Study the relation between the voltage sag and system fault, system model and parameters, operation level and the disturbance with large scale and high concentration of wind power. The project research on law of voltage sag to fault ride through capability, power system electromagnetic transient characteristics and power system protection. Build up the scientific theory of the system security and efficient using for large-scale new energy.

风电是一种间歇性能源，具有很大的随机性、强波动性、出力动态特性的功率弱支撑性、同步强随动性、暂态弱生存性等特点。特别是甘肃省河西地区风电开发规模大、集中程度高、电网薄弱、输电距离远，大型风电功率的上网对电网产生的影响极大。本项目结合甘肃省河西地区风电大规模高集中开发模式的特点，以保障电力系统安全稳定运行为目标，主要就含大规模高集中度风电场的电网中电压跌落的演化与传播机理以及随机预估方法进行研究，探索在复合电压、电流与复杂环境等多因素下的电压跌落演化过程和随机预估方法，研究含大规模高集中度风电场的电力系统中电压跌落与系统故障、系统模型及参数、运行水平及扰动等各种因素间的关联规律；研究电压跌落对风机故障穿越能力、电力系统电磁暂态特征、电力系统保护等影响的规律；为大规模新能源电力安全、高效利用提供一定的科学理论基础。

2011年以来，西北电网河西地区相继发生了“2.24”、“4.3”、“4.17”、“4.25”风电机组脱网事故。这些事故多由风场设备故障导致电网发生电压跌落，而风电场风电机组低电压穿越能力不达标或缺失从而导致事故扩大，此后由于动态无功补偿装置等电压控制手段的不足而进一步恶化。基于上述背景，项目组意图通过本项目的研究去揭示含大规模高集中度风电场的电网中影响电压跌落传播的因素，揭示电压跌落在网络中传播的规律和特点，揭示含大规模高集中度风电场的电力系统中电压跌落与系统故障、系统模型及参数、运行水平及扰动等各种因素间的关联规律。. 项目组主要开展了以下两个研究内容：1，电压跌落在含大规模高集中度风电场的电力系统中演化机理与传播特性的研究；2，在含大规模高集中度风电场的电力系统中电压跌落随机预估理论与方法的研究。. 本项目基于虚拟节电的概念，采用虚拟节点法，研究了含大规模高集中度风电场的电力系统中变压器中性点不同运行方式以及系统中机组启停时系统跌落域的变化情况与传播特性，为虚拟节点法在含大规模高集中度风电场的电力系统中的应用提供了依据；本项目在传统蒙特卡洛法的基础上，提出将随机过程中的马尔科夫链应用到蒙特卡洛模拟中，提出采用序贯与非序贯蒙特卡罗法对电压跌落进行随机预估，突破了传统蒙特卡罗法静态性的局限，实现了系统中电压跌落随机预估指标的动态模拟。本项目针对含大规模风电接入的电力系统，对不同的短路故障和不同的风电场接入容量对电压跌落域产生的影响，进行了定性分析与定量计算，对跌落域和跌落幅值进行了特征分析，从不同风电功率、不同地点发生故障和不同故障持续时间三个方面，对风电场接入电网时的暂态稳定性进行了研究。. 本项目的研究为国内特别是西部地区实现大规模新能源电力安全、高效利用提供了一定的理论和科学依据。