CN103078352A - 一种基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法，包括以下步骤：步骤10）设置初始参数；步骤20）根据风火打捆配置比例生成运行方式；步骤30）根据步骤20）的潮流测算结果，制作P-V曲线，再根据P-V曲线法，测算电力系统的静态稳定电压裕度值；步骤40）确定风电场和火电厂相关参数；步骤50）根据功率圆理论，测算本次迭代的最佳风火打捆配置比例；步骤60）测算最佳风火打捆配置比例。该测定方法可以测出在电力系统静态电压稳定裕度下的最佳风火打捆配置比例，从而解决风火配置比例问题。

Description

一种基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法

技术领域

本发明属于新能源发电技术中的风力发电领域，具体来说，涉及一种基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法。

背景技术

随着风电接入容量的增加与接入电压等级的提高使得电网受风电的影响范围更广，影响程度更大。在酒泉、哈密等地区已并网的风电对电网安全稳定运行的影响已经凸显，且随着并网规模、容量的加大，这种影响将进一步加剧。与此同时，哈密地区煤炭资源丰富，探明资源储量410亿吨；酒泉地区临近蒙古国那林苏海特煤田，嘉峪关～策克铁路年运煤能力720万吨，远期运能可进一步增加；哈密和酒泉地区同样也是煤电开发基地。哈密、酒泉能源基地规模大、集中度高，受系统调峰能力限制，新疆及西北主网风电消纳能力十分有限。研究表明，新疆、西北主网2020年的风电消纳能力约为310万千瓦、1130万千瓦，考虑西北五省区风电开发规模后，哈密酒泉风电需要大规模外送。因此，西北风电能源开发将呈现出“以大规模集中接入、远距离输送、大范围消纳”为主、“以大规模分散接入、就地消纳”为辅的特点。与西北地区情况类似，我国北部、东北部等风电、煤电密集地区同样存在风电与火电同时需要外送的需求。

上述风电、火电能源基地与东部、中部负荷中心距离超过2000km以上，直流输电作为成熟、可靠的技术是承担远距离、大容量、低损耗输电的主要手段。目前直流输电系统一般为定功率和定电流模式，运行中输送功率基本保持恒定。纯风电经直流系统外送，直流相当于恒定负荷，正常运行时风电功率大幅度变化，导致系统有功不平衡，送端频率将出现严重偏差，这一问题理论上可以采用直流系统的功率调制功能在一定程度上解决，但是目前国内尚无成熟的运行经验，且直流系统紧密跟随具有不确定性的风功率变化将降低直流系统运行可靠性和设备寿命，且直流系统运行经济性较差。若风电与就近火电打捆输送，可以实现平滑出力，保持输电通道功率相对平稳，满足直流输电的基本要求，同时输电通道利用率大幅提高。因此同时拥有风电、火电外送需求的地区，采用“风火”打捆直流外送是较为经济、可行的方案。如今风火打捆成为研究的热点，希望能为风火打捆规划建设提供一定的理论性和技术性参考。对于风火打捆外送系统，具备风电并网的大规模集中式特点，为保证电力系统的安全稳定运行，配置合理的风火比例成为急需解决的重要问题之一。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法，该测定方法可以测出在电力系统静态电压稳定裕度下的最佳风火打捆配置比例，从而解决风火配置比例问题。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法，该测定方法包括以下步骤：

步骤10）设置初始参数：设迭代次数i的初始值为0，风火打捆配置比例为β，第i次迭代后的风火打捆配置比例为β_i，β的初始值为β₀，其中，0≤β≤1；

步骤20）根据风火打捆配置比例β生成运行方式：根据风火打捆配置比例β，确定风电场和火电厂的出力大小比例，从而确定电力系统的潮流测算初始条件，然后采用潮流测算方法进行潮流测算；

步骤30）根据步骤20）的潮流测算结果，制作P-V曲线，再根据P-V曲线法，测算电力系统的静态稳定电压裕度值Y_i，其中

pt表示电力系统当前运行点的总的有功负荷值，p_l表示电力系统处于电压稳定极限情况下的总的有功负荷值；p_t和p_l均从P-V曲线中获得；

步骤40）确定风电场和火电厂相关参数，风电机组参数包括：机端电压

励磁电抗x_m、转子电流的转矩分量I_qr、转子电流的励磁分量I_dr、定子侧电抗x_s、定子回路等效电抗X_SS,X_ss＝x_m+x_s；火电机组参数包括：发电机同步电抗X_d、包括变压器漏抗和母线电抗的电网等值电抗X_xi；根据加权等效聚合方法测算出风电场和火电场等效参数，如式（1）所示：

$X_{\mathrm{eq}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j\∈\∀G}{S}_j{X}_j}{{\mathrm{\Σ}}_{j\∈\∀G}{S}_j}$ 式（1）

其中：j表示第j台机组；S表示机组容量；X表示需等值的物理量；G表示需等值的机组集合；X_eq表示等值后的等值机组的物理量；X_j表示等值前第j台机组的物理量；S_j表示等值前第j台机组的容量；

对于需等值的有名参数，其等值有名值等于各台机组有名值的累加，即

$S_{\mathrm{eq}}={\mathrm{\Σ}}_{j\∈\∀G}{S}_j$

其中，S_eq表示等值后的等值机组的容量，S_j表示等值前的第j台机组的容量；G表示需等值的机组集合；

步骤50）根据功率圆理论，测算本次迭代的最佳风火打捆配置比例：

统一电力系统中的风机机组和火电机组两者的功率圆方程，如式（2）至式（6）所示：

${P_t}^2+{\left[Q_t\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})\right]}^2\≤{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2---\left(2\right)$

$P_w^2+{(Q_w+\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2}{X_{\mathrm{ss}}})}^2\≤\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)---\left(3\right)$

P_w=P×k  （4）

P_t=P×(1-k)  （5）

Q=Q_t+Q_w  （6）

式（2）至式（6）中，P_t表示火电机组的有功出力，Q_t表示火电机组的无功出力,U_F表示火电机组的极端电压,X_xi表示火电机组的电网等值电抗，X_d表示火电机组的发电机同步电抗，P_w表示风电机组的有功出力，Q_w表示风电机组的无功出力，

表示风电机组的极端电压，X_SS表示风电机组的定子回路等效电抗,X_ss＝x_m+x_s，x_s表示风电机组的定子侧电抗，x_m表示风电机组的励磁电抗，I_qr表示风电机组的转子电流的转矩分量，I_dr表示风电机组的转子电流的励磁分量，P_w表示风电机组的有功出力，P表示风火打捆系统总有功出力，k表示风电占总出力的比例，Q为风火打捆系统总无功出力，其中，P和Q为变量，其它参数为常量，

联立式（2）至式（6），可得：

$Q_{\max }=\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+(\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}-\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2}{X_{\mathrm{ss}}})$

$Q_{\min }=-\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+(-\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}-\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2}{X_{\mathrm{ss}}})$

$Q_{\mathrm{range}}=Q_{\max }-Q_{\min }$

$=2\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+2\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}$

其中，Q_max表示风火打捆系统无功出力范围的最大值，Q_min表示风火打捆系统无功出力范围的最小值，Q_range表示风火打捆系统无功出力的调节范围，

令函数Q_range对k求导

且

测得极值点K_i，K_i为本次迭代的最佳风火打捆配置比例：

$k_i=\frac{2(k-1)P}{\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}}-\frac{2P^{2}k}{\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}}$

步骤60）令迭代次数i增加一次，且β_i+1=K_i，返回步骤20）和步骤30），根据步骤30）测算得的裕度值Y_i+1，若Y_i+1>Y_i，则返回步骤40）；否则终止测算，输出步骤50）最后一次迭代的最佳风火打捆配置比例，此最佳风火打捆配置比例是电力系统在最大静态稳定裕度值下的最佳风火打捆配置比例。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

该测定方法可以测出在电力系统静态电压稳定裕度下的最佳风火配置比例，从而解决风火打捆配置比例问题。本发明的测定方法基于功率圆理论，以静态电压稳定裕度最大为目标，提出了一种风火打捆配置比例的测算方法。本专利的测定方法从静态电压角度，考虑含大规模集中并网电力系统的风火配置比例问题，并且在静态稳定裕度最大的状态下，测算出风火打捆配置比例。该测定方法测定出的风火打捆配置比例可以为调度和规划电力分布提供参考依据，保证电力系统的安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明步骤30）中的P-V曲线示意图。

图3为本发明实例中，风火打捆孤岛直流外送的系统示意图。

图4为本发明的实例按β₀＝0.5时的潮流测算结果图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

如图1所示，本发明的一种基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法，该测定方法包括以下步骤：

步骤10）设置初始参数：设迭代次数i的初始值为0，风火打捆配置比例为β，第i次迭代后的风火打捆配置比例为β_i，β的初始值为β₀，其中，0≤β≤1。

在步骤10）中，β₀优选为0.5。

步骤20）根据风火打捆配置比例β生成运行方式：根据风火打捆配置比例β，确定风电场和火电厂的出力大小比例，从而确定电力系统的潮流测算初始条件，然后采用潮流测算方法进行潮流测算。

在步骤20）中，电力系统的潮流测算初始条件包括发电机出力情况、节点负荷情况、线路参数。潮流测算是现有技术，例如牛顿拉夫逊法（具体参见单渊达主编，《电能系统基础》中的第118页-第126页，由机械工业出版社于2001年12月出版）。

步骤30）根据步骤20）的潮流测算结果，制作P-V曲线，再根据P-V曲线法，测算电力系统的静态稳定电压裕度值Y_i，其中

p_t表示电力系统当前运行点的总的有功负荷值，p_l表示电力系统处于电压稳定极限情况下的总的有功负荷值；p_t和p_l均从P-V曲线中获得。

在步骤30）中，P-V曲线和P-V曲线法均是现有技术，例如，由Taylor,C.W.著，王伟胜译，中国电力出版社于2002出版的《电力系统电压稳定》一书中的第19-22页公开的内容。P-V分析是一种常用的静态电压稳定分析的工具，它通过建立节点电压和一个区域负荷或传输界面潮流之间的关系曲线，再现了缓慢的负荷增长或断面潮流变化过程中，电力系统内的电压变化情况，过渡过程中非线性限制因素也可以被近似地模拟，从而指示区域负荷水平或传输界面功率水平导致整个电力系统临近电压崩溃的程度。节点电压U和功率P的关系曲线如图2所示。图2中，绝对传输极限为临界状态时的潮流；相对传输极限是基本工况下区域或传输界面可以安全达到的最大功率。静态稳定电压裕度值Y_i的测算，可以使用由中国电科院开发的电压稳定分析软件PSD-VSAP中的稳定裕度测算功能进行测算。

步骤40）确定风电场和火电厂相关参数，风电机组参数包括：机端电压励磁电抗x_m、转子电流的转矩分量I_qr、转子电流的励磁分量I_dr、定子侧电抗x_s、定子回路等效电抗X_ss,X_ss=x_m+x_s；火电机组参数包括：发电机同步电抗X_d、包括变压器漏抗和母线电抗的电网等值电抗X_xi；根据加权等效聚合方法测算出风电场和火电场等效参数，如式（1）所示：

$X_{\mathrm{eq}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j\∈\∀G}{S}_j{X}_j}{{\mathrm{\Σ}}_{j\∈\∀G}{S}_j}$ 式（1）

其中：j表示第j台机组；S表示风电机组容量；X表示需等值的物理量；G表示需等值的机组集合；X_eq表示等值后的等值机组的物理量；X_j表示等值前第j台机组的物理量；S_j表示等值前第j台机组的容量；

对于需等值的有名参数，其等值有名值等于各台机组有名值的累加，即

$S_{\mathrm{eq}}={\mathrm{\Σ}}_{j\∈\∀G}{S}_j$

其中，S_eq表示等值后的等值机组的容量，S_j表示等值前的第j台机组的容量；G表示需等值的机组集合。

在步骤40）中，风电场和火电场的等效参数，就是将研究对象的电力系统中的多台火电机组合等值成一台火电机组，多台风电机等值成一台风电机组。

需等值的有名参数，如风电场额定容量、机械功率、电磁功率等，其等值有名值等于各台机组有名值的累加。

步骤50）根据功率圆理论，测算本次迭代的最佳风火打捆配置比例：

统一电力系统中的风机机组和火电机组两者的功率圆方程，如式（2）至式（6）所示：

${P_t}^2+{\left[Q_t\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})\right]}^2\≤{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2---\left(2\right)$

$P_w^2+{(Q_w+\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2}{X_{\mathrm{ss}}})}^2\≤\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)---\left(3\right)$

P_w=P×k  （4）

P_t=P×(1-k)  （5）

Q=Q_t+Q_w  （6）

式（2）至式（6）中，P_t表示火电机组的有功出力，Q_t表示火电机组的无功出力,U_F表示火电机组的极端电压,X_xi表示火电机组的电网等值电抗，X_d表示火电机组的发电机同步电抗，P_w表示风电机组的有功出力，Q_w表示风电机组的无功出力，

表示风电机组的极端电压，X_SS表示风电机组的定子回路等效电抗,X_ss＝x_m+x_s，x_s表示风电机组的定子侧电抗，x_m表示风电机组的励磁电抗，I_qr表示风电机组的转子电流的转矩分量，I_dr表示风电机组的转子电流的励磁分量，P_w表示风电机组的有功出力，P表示风火打捆系统总有功出力，k表示风电占总出力的比例，Q为风火打捆系统总无功出力，其中，P和Q为变量，其它参数为常量，

联立式（2）至式（6），可得：

$Q_{\max }=\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+(\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}-\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2}{X_{\mathrm{ss}}})$

$Q_{\min }=-\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+(-\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}-\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2}{X_{\mathrm{ss}}})$

$Q_{\mathrm{range}}=Q_{\max }-Q_{\min }$

$=2\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+2\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}$

其中，Q_max表示风火打捆系统无功出力范围的最大值，Q_min表示风火打捆系统无功出力范围的最小值，Q_range表示风火打捆系统无功出力的调节范围，

令函数Q_range对k求导

且

测得极值点K_i，K_i为本次迭代的最佳风火打捆配置比例：

$k_i=\frac{2(k-1)P}{\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}}-\frac{2P^{2}k}{\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}}$

步骤60）令迭代次数i增加一次，且β_i+1=K_i，返回步骤20）和步骤30），根据步骤30）测算得的裕度值Y_i+1，若Y_i+1>Y_i，则返回步骤40）；否则终止测算，输出步骤50）最后一次迭代的最佳风火打捆配置比例，此最佳风火打捆配置比例是电力系统在最大静态稳定裕度值下的最佳风火打捆配置比例。

下面例举一实例。

如图3所示，为中国电力科学研究院6机22节点系统算例去掉一台发电机N6并修改部分线路负荷参数后形成的5机21节点风火打捆直流外送系统。风机采用基于双馈异步发电机（文中简称DFIG）的变速风电机组，本实例中采用恒电压控制方式，在潮流文件中，用PV节点表示。额定有功出力为500MW，额定电压为0.69kV。电力系统具体参数见表1和表2。

表1发电机类型

表2  5机21节点系统负荷大小

在表2中，N12为直流送端等效接入点，恒定有功负荷为500MW，并联无功补偿为200MVar。

采用本发明的测算方法，令迭代次数的初始值i＝0，风火打捆配置比例的初值β₀=0.5。根据β₀=0.5生成运行方式，并采用常规的潮流测算方法进行潮流测算。潮流测算结果如图4所示。根据P-V、V-Q曲线法，使用中国电科院的电压分析软件PSD-VSAP测算系统静态电压稳定裕度值Y_i。本实例中使用单母线功率稳定裕度表征系统静态电压稳定程度。选取N8、N12、N20、N21作为特征母线。取这四者的平均值作为本方法中的静态电压稳定裕度值。也就是说，Y_i＝(Y₈+Y₁₂+Y₂₀+Y₂₁)/4＝15。确定风电场和火电厂相关参数，根据加权等效聚合方法测算出风电场等效参数。本实例中所采用的风电机组和火电机组参数如表3和表4所示。

表3单台风力发电机组的电气参数

表4PSD-BPA潮流及暂态稳定程序中单台火电机组典型参数

根据功率圆理论，风火打捆系统无功出力的调节范围Q_range为：

$Q_{\mathrm{range}}=Q_{\max }-Q_{\min }$

$=2\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+2\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}$

测算本次迭代的最佳风火打捆配置比例

$k_i=\frac{2(k-1)P}{\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}}-\frac{2P^{2}k}{\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}}=0.31$

令i＝1，β₁=0.31，根据步骤20）和30）测算Y₁的值，得Y₁=46.5。因为Y₁>Y₀，所以返回步骤40），通过步骤50）测得k₁=0.34。令i＝2，β₂=0.34，再根据步骤20）和30）测算Y₂=46.5。因为Y₂=Y₁=46.5，所以终止测算。本实例的电力系统在最大静态稳定裕度值下的最佳风火打捆配置比例为0.34。

Claims (3)

1.一种基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法，其特征在于，该测定方法包括以下步骤：

步骤10）设置初始参数：设迭代次数i的初始值为0，风火打捆配置比例为β，第i次迭代后的风火打捆配置比例为β_i，β的初始值为β₀，其中，0≤β≤1；

步骤20）根据风火打捆配置比例β生成运行方式：根据风火打捆配置比例β，确定风电场和火电厂的出力大小比例，从而确定电力系统的潮流测算初始条件，然后采用潮流测算方法进行潮流测算；

步骤30）根据步骤20）的潮流测算结果，制作P-V曲线，再根据P-V曲线法，测算电力系统的静态稳定电压裕度值Y_i，其中p_t表示电力系统当前运行点的总的有功负荷值，p_l表示电力系统处于电压稳定极限情况下的总的有功负荷值；p_t和p_l均从P-V曲线中获得；

步骤40）确定风电场和火电厂相关参数，风电机组参数包括：机端电压

励磁电抗x_m、转子电流的转矩分量I_qr、转子电流的励磁分量I_dr，、定子侧电抗x_s、定子回路等效电抗X_SS,X_ss＝x_m+x_s；火电机组参数包括：发电机同步电抗X_d、包括变压器漏抗和母线电抗的电网等值电抗X_xi；根据加权等效聚合方法测算出风电场和火电场等效参数，如式（1）所示：

$X_{\mathrm{eq}}=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{j\∈\∀G}{S}_j{X}_j}{{\mathrm{\Σ}}_{j\∈\∀G}{S}_j}$ 式（1）

其中：j表示第j台机组；S表示机组容量；X表示需等值的物理量；G表示需等值的机组集合；X_eq表示等值后的等值机组的物理量；X_j表示等值前第j台机组的物理量；S_j表示等值前第j台机组的容量；

对于需等值的有名参数，其等值有名值等于各台机组有名值的累加，即

$S_{\mathrm{eq}}={\mathrm{\Σ}}_{j\∈\∀G}{S}_j$

其中，S_eq表示等值后的等值机组的容量，S_j表示等值前的第j台机组的容量；G表示需等值的机组集合；

步骤50）根据功率圆理论，测算本次迭代的最佳风火打捆配置比例：

统一电力系统中的风机机组和火电机组两者的功率圆方程，如式（2）至式（6）所示：

${P_t}^2+{\left[Q_t\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})\right]}^2\≤{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2---\left(2\right)$

$P_w^2+{(Q_w+\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2}{X_{\mathrm{ss}}})}^2\≤\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)---\left(3\right)$

P_w=P×k      （4）

P_t=P×(1-k)      （5）

Q=Q_t+Q_w      （6）

式（2）至式（6）中，P_t表示火电机组的有功出力，Q_t表示火电机组的无功出力，U_F表示火电机组的极端电压，X_xi表示火电机组的电网等值电抗，X_d表示火电机组的发电机同步电抗，P_w表示风电机组的有功出力，Q_w表示风电机组的无功出力，

表示风电机组的极端电压，X_SS表示风电机组的定子回路等效电抗，X_ss＝x_m+x_s，x_s表示风电机组的定子侧电抗，x_m表示风电机组的励磁电抗，I_qr表示风电机组的转子电流的转矩分量，I_dr表示风电机组的转子电流的励磁分量，P_w表示风电机组的有功出力，P表示风火打捆系统总有功出力，k表示风电占总出力的比例，Q为风火打捆系统总无功出力，其中，P和Q为变量，其它参数为常量，

联立式（2）至式（6），可得：

$Q_{\max }=\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+(\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}-\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2}{X_{\mathrm{ss}}})$

$Q_{\min }=-\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+(-\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}-\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2}{X_{\mathrm{ss}}})$

$Q_{\mathrm{range}}=Q_{\max }-Q_{\min }$

$=2\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}/\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})+2\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}$

其中，Q_max表示风火打捆系统无功出力范围的最大值，Q_min表示风火打捆系统无功出力范围的最小值，Q_range表示风火打捆系统无功出力的调节范围，

令函数Q_range对k求导

且

测得极值点k_i，k_i为本次迭代的最佳风火打捆配置比例：

$k_i=\frac{2(k-1)P}{\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}-\frac{1}{X_d})\sqrt{{\left[\frac{U_F^2}{2}(\frac{1}{X_{\mathrm{xi}}}+\frac{1}{X_d})\right]}^2-{\left[(1-k)P\right]}^2}}-\frac{2P^{2}k}{\sqrt{\frac{{\left|{\stackrel{\·}{U}}_s\right|}^2{x}_m^2}{X_{\mathrm{ss}}^2}(I_{\mathrm{qr}}^2+I_{\mathrm{dr}}^2)-k^2{P}^2}}$

步骤60）令迭代次数i增加一次，且β_i+1=k_i，返回步骤20）和步骤30），根据步骤30）测算得的裕度值Y_i+1，若Y_i+1>Y_i，则返回步骤40）；否则终止测算，输出步骤50）最后一次迭代的最佳风火打捆配置比例，此最佳风火打捆配置比例是电力系统在最大静态稳定裕度值下的最佳风火打捆配置比例。

2.按照权利要求1所述的基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法，其特征在于，所述的步骤20）中，电力系统的潮流测算初始条件包括发电机出力情况、节点负荷情况、线路参数。

3.按照权利要求1所述的基于功率圆的风火打捆配置比例的测定方法，其特征在于，所述的步骤10）中，β₀为0.5。

Images