CN108808681A - 基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法 - Google Patents

基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法 Download PDF

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江晓燕
杨烨
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Abstract

本发明公开了一种基于混合注入模型的光伏并网潮流确定方法。包括以下步骤：1)输入光伏电站、电网参数，形成并网系统节点导纳矩阵，并设置初始值；2)求雅克比矩阵及修正量；3)修正状态变量；4)求平衡节点注入有功功率和无功功率、PV节点无功功率、各支路潮流分布及损耗。潮流算法结果既能获得光伏电站对电网运行状态的影响，又能得到光伏电站自身的状态；将光伏电站计入网络参数，同时消去了光伏电站的一些非必要节点，简化了光伏电站模型，减少了网络节点个数；本算法既继承了常规电流注入模型迭代时雅克比矩阵PQ节点分块矩阵的非对角元素恒定不变的优点，又降低了雅克比矩阵的规模，节省存储空间。

Description

基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法
技术领域
本发明属于新能源发电领域，特别涉及一种基于混合注入模型的光伏并网潮流确定方法。
背景技术
近年来，兆瓦级大型光伏电站相继涌现，随着光伏电站容量的不断增大，大规模集中式高压并入输电网势必成为未来发展趋势。大规模光伏电站集中并网会对电网的潮流、网络损耗等带来不可忽视的影响。此外，光伏电站在储能的配合下可以有效参与电网的调峰调频工作，在未来，当光伏电站的容量足够大时，一方面为了使光伏电站产生的电能尽可能多的送入电网，另一方面又能使光伏电站能很好地实现调峰调频功能，有必要了解光伏电站内部光伏阵列潮流对并网系统潮流的影响，以给光伏电站制定调度计划提供理论依据，这样光伏电站在减少出力时，就可以视情况切掉部分光伏阵列，而不是全部停机。因此，在潮流计算过程中计入光伏电站参数，充分考虑到光伏电站潮流和电网潮流的相互影响是十分必要的。
目前对光伏电站并网潮流计算的研究基本都是针对配电网展开的，大多针对配电网中传统N-R法对网络电压初值敏感、雅克比矩阵奇异，前推回代法对PV节点失效等问题提出改进策略，而这些算法只能获得光伏电站对电网运行状态的影响，无法得到光伏电站自身的状态，因此本发明提供的基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法能有效地解决这一问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法。
实现本发明目的的技术解决方案为：基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法，包括以下步骤：
步骤1、输入光伏电站、电网参数，形成并网系统节点导纳矩阵，并设置初始值；
步骤2、确定雅克比矩阵及修正量；
步骤3、对状态变量进行修正；
步骤4、确定平衡节点注入有功功率和无功功率、PV节点无功功率、各支路潮流分布及损耗。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)潮流算法结果既能获得光伏电站对电网运行状态的影响，又能得到光伏电站自身的状态；(2)将光伏电站计入网络参数，同时消去了光伏电站的一些非必要节点，简化了光伏电站模型，减少了网络节点个数；(3)本方法既继承了常规电流注入模型迭代时雅克比矩阵PQ节点分块矩阵的非对角元素恒定不变的优点，又降低了雅克比矩阵的规模，节省存储空间；(4)针对混合注入模型的混合坐标问题，提出坐标转换策略，将潮流方程右侧均转换到同一坐标下，使潮流方程变得整齐，程序编写方便。
附图说明
图1是本发明基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法的过程图。
图2是本发明光伏电站并网简化接线图。
图3是本发明光伏电站并网交流潮流部分等值电路图。
图中编号所代表的含义为：1为输入光伏电站、电网参数，形成并网系统节点导纳矩阵，并设置初始值，2为求雅克比矩阵及修正量，3为修正状态变量，4为求平衡节点注入有功功率和无功功率、PV节点无功功率、各支路潮流分布及损耗。
具体实施方式
结合图1，本发明的一种基于混合注入模型的光伏并网潮流确定方法，包括以下步骤：
步骤1、输入光伏电站、电网参数，形成并网系统节点导纳矩阵，并设置初始值；所述光伏电站参数包括并网线路阻抗、并网变压器变比、光伏电站等效PV节点有功功率及节点电压幅值；电网参数包括电网平衡节点的节点电压幅值和相角、PV节点的有功功率和节点电压幅值、PQ节点的有功功率和无功功率、支路号、首末节点号及支路阻抗。
设置初始值时，将PV节点的节点电压相角设置为0，PQ节点的节点电压幅值设置为1，节点电压相角设置为0。
步骤2、确定雅克比矩阵及修正量；所述雅克比矩阵由9个分块矩阵组成，分别是注入电流的实部ΔIre、注入电流的虚部ΔIim、注入有功功率的不平衡量ΔP对三个状态变量求偏导，状态变量分别是PQ节点电压实部列向量e、PQ节点电压虚部列向量f、PV节点电压相角列向量θ。所述修正量的值由雅克比矩阵的逆矩阵与状态变量的乘积得到。
步骤3、对状态变量进行修正；对状态变量进行修正具体是确定修正量与原状态变量的和。
步骤4、确定平衡节点注入有功功率和无功功率、PV节点无功功率、各支路潮流分布及损耗。
本发明的方法将光伏电站计入网络参数，同时消去了光伏电站的一些非必要节点，简化了光伏电站模型，减少了网络节点个数。
下面进行更详细的描述。
本发明提出一种基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法，包括以下步骤：
步骤一、输入光伏电站、电网参数，形成并网系统节点导纳矩阵，并设置初始值；
步骤二、求雅克比矩阵及修正量；
步骤三、修正状态变量；
步骤四、求平衡节点注入有功功率和无功功率、PV节点无功功率、各支路潮流分布及损耗。
进一步，步骤一中，假设光伏电站含有d个光伏阵列，忽略光伏电站中的汇流箱、无功补偿设备等，其并网简化接线图如图2所示，忽略输电线路L和变压器等值接地支路，光伏电站并网系统交流潮流部分等值电路如图3所示。下面推导光伏电站内部化简策略，由图2不难看出，BT和BT0是联络节点，除变压器支路没有连接任何其他电源或负荷，可以消去。
(1)消去节点BT
将yL和yT0等值成一个导纳支路yLT，即可消去节点BT，yLT的表达式为
由电路关系可推得
(2)消去节点BT0
列写各变压器支路高、低侧电流方程，并运用基尔霍夫定律，消去变量可得
其中，
Y1＝diag{yLT/k0 2 yT1 ··· yTc ··· yTd}；
根据图2，由电路关系可推得
其中，
将式(4)代入式(3)，有
其中，
式(5)即为消去了节点BT和BT0的光伏电站内部节点电压方程。令最终化简后的光伏电站内部的节点导纳矩阵为Yp，电网的节点导纳矩阵为Yg，节点电压列向量为Up，节点注入电流列向量为Ip，电网侧的节点电压列向量为Ug，节点注入电流列向量为Ig，则整个光伏电站并网系统的节点电压方程可表示为
其中，Ygp＝Ypg＝0。
进一步，步骤一中，将PV节点的节点电压相角设置为0，PQ节点的节点电压幅值设置为1，PQ节点的节点电压相角设置为0。
进一步，步骤二中，雅克比矩阵的数学模型可表示为：
其中，x＝[eT fT θT]T，e为PQ节点电压实部列向量，f为PQ节点电压虚部列向量，θ为PV节点电压相角列向量，ΔIre和ΔIim分别为注入电流的实部和虚部不平衡量，ΔP为注入有功功率的不平衡量，各子块元素如下(i≠j)：
FJ阵：
MJ阵：
NJ阵：
HJ阵：
WJ阵：
XJ阵：
RJ阵：
SJ阵：
TJ阵：
其中，
修正量的数学模型为Δx＝[ΔeT ΔfT ΔθT]T＝J-1f(x)。
进一步，步骤三中，修正状态变量的数学模型为xi+1＝xi+Δxi，收敛要求为max|Δx|＜ε，ε是给定的计算精度。
下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。
实施例
步骤一、以我国某光伏电站中的4列光伏阵列组成光伏电站，接入IEEE30节点经典算例的7节点，并网系统的等值电路参数如表1所示。潮流计算采用标幺值，系统的基准容量为100MW。将电网PV节点的节点电压相角设置为0，PQ节点的节点电压幅值设置为1，PQ节点的节点电压相角设置为0。
表1并网系统等值电路参数
参数 参数值 参数 参数值
yL 10.5429-j8.9548 U1 1.0943
yT 0.2026-j5.8069 U2 1.0315
yT1 0.0393-j0.2168 U3 1.0824
yT2 0.0392-j0.3812 U4 1.0356
yT3 0.0393-j0.2572 P1 0.0046
yT4 0.0392-j0.3415 P2 0.0036
k0 0.9167 P3 0.0048
k1～k4 1.0000 P4 0.0039
步骤二、求雅克比矩阵和修正量即
Δx＝[ΔeT ΔfT ΔθT]T＝J-1f(x)。
步骤三、修正状态变量xi+1＝xi+Δxi。取ε＝10-10，判断潮流是否满足收敛要求即max|Δx|＜ε。
步骤四、求平衡节点注入有功功率和无功功率、PV节点无功功率、各支路潮流分布及损耗。
光伏电站内部潮流计算结果如表2所示。
表2光伏电站内部潮流计算结果
节点 电压幅值 电压相角 节点有功 节点无功
BT1 1.0943 -6.3253 0.0046 0.0011
BT2 1.0315 -6.4914 0.0036 -0.0222
BT3 1.0824 -6.3307 0.0048 -0.0019
BT4 1.0356 -6.3830 0.0039 -0.0187
BT0 1.0865 -7.2721 0 0
BT 1.0023 -7.4228 0 0
由上可知，本发明提出了一种基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法，将光伏电站计入网络参数，充分考虑光伏电站和电网两部分的相互影响。求解潮流时，基于混合注入模型列写潮流方程，采用N-R法迭代求解，既保证了潮流计算的速度，又进一步节省了内存，为开展大型光伏电站并网运行特性的实证研究提供了一个有效的技术工具。

Claims (6)

1.一种基于混合注入模型的光伏并网潮流确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、输入光伏电站、电网参数，形成并网系统节点导纳矩阵，并设置初始值；
步骤2、确定雅克比矩阵及修正量；
步骤3、对状态变量进行修正；
步骤4、确定平衡节点注入有功功率和无功功率、PV节点无功功率、各支路潮流分布及损耗。
2.如权利要求1所述基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法，其特征在于，步骤1中所述光伏电站参数包括并网线路阻抗、并网变压器变比、光伏电站等效PV节点有功功率及节点电压幅值；电网参数包括电网平衡节点的节点电压幅值和相角、PV节点的有功功率和节点电压幅值、PQ节点的有功功率和无功功率、支路号、首末节点号及支路阻抗。
3.如权利要求2所述基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法，其特征在于，步骤1中，设置初始值时，将PV节点的节点电压相角设置为0，PQ节点的节点电压幅值设置为1，节点电压相角设置为0。
4.如权利要求1所述基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法，其特征在于，步骤2中所述雅克比矩阵由9个分块矩阵组成，分别是注入电流的实部ΔIre、注入电流的虚部ΔIim、注入有功功率的不平衡量ΔP对三个状态变量求偏导，状态变量分别是PQ节点电压实部列向量e、PQ节点电压虚部列向量f、PV节点电压相角列向量θ。
5.如权利要求4所述基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法，其特征在于，步骤2中所述修正量的值由雅克比矩阵的逆矩阵与状态变量的乘积得到。
6.如权利要求1所述基于混合注入模型的光伏并网潮流计算方法，其特征在于，步骤3中对状态变量进行修正具体是确定修正量与原状态变量的和。
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