CN108808687A - 一种防止暂态电压失稳的风电场切机的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种防止暂态电压失稳的风电场切机的方法及装置。方法包括：获取电网动态模型，将电网动态模型中的风电场模型设置为恒功率源后得到电网动态模型的微分代数方程组；在预设故障下，对微分代数方程组进行时域仿真获取终止时域仿真的奇异点；获取微分代数方程组的偏导数矩阵，并计算偏导数矩阵在奇异点处的最小模特征值和偏导数矩阵在奇异点处所对应的左特征向量；确定左特征向量中的有功平衡方程和有功平衡方程对应的元素wk；在预设故障下，对元素wk模值最大的风电场进行切机。本发明通过奇异点处的左特征向量信息，获得风电场的控制性能参数，选择控制效果最佳的风电场作为实施切机紧急控制的风电场，实现以最小的切机代价保障电网系统稳定。

Description

一种防止暂态电压失稳的风电场切机的方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统安全控制技术领域，具体涉及一种防止暂态电压失稳的风电场切机的方法及装置。
背景技术
风电机的特性不同于传统的同步发电机。同步发电机由于内部磁链的存在，暂态过程中常用电势表示，控制电压的能力强。风电机的风电控制功率的能力强，可以通过电力电子装置快速灵活的调节功率，但控制电压的能力弱。电压稳定是大规模风电并网后需要重点关注的问题。当电网发生扰动造成风电场并网点电压跌落时，不具有电压支撑能力的风电机组继续并网运行注入功率，将会影响到电网电压的恢复甚至引起电压失稳，因此需要采取切除风电机组的措施，维持系统电压稳定。
大规模风电接入电网的安全稳定控制系统一般通过事先的仿真计算，分析电网在不同预想故障下的稳定性，如果发现由故障导致电网发生暂态电压失稳，则进一步研究切除特定风电场的紧急控制策略，然后将上述控制策略导入安全稳定控制系统中，一旦在线监测到对应故障发生，则触发相应的控制策略，通过切除设定风电场防止暂态电压失稳。
因此亟需一种切机方法，选择特定的风电场进行切除，实现以最小的切机代价保障电网系统的稳定。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种防止暂态电压失稳的风电场切机的方法及装置，选择控制效果最佳的风电场实施切机，保证电网系统的稳定。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种风电场切机的方法，包括：
获取电网动态模型，将所述电网动态模型中的风电场模型设置为恒功率源后得到所述电网动态模型的微分代数方程组；
在预设故障下，对所述微分代数方程组进行时域仿真获取终止所述时域仿真的奇异点；
获取微分代数方程组的偏导数矩阵，并计算所述偏导数矩阵在所述奇异点处的最小模特征值和所述偏导数矩阵在所述奇异点处所对应的左特征向量；
确定所述左特征向量中的有功平衡方程和所述有功平衡方程对应的元素wk；
在所述预设故障下，对所述元素wk模值最大的风电场进行切机。
其中，所述微分代数方程组为：
0＝g(x,y)
其中，和0＝g(x,y)分别为微分方程和代数方程；x和y分别为状态变量和代数变量；f和g分别为微分方程和代数方程的映射函数。
其中，所述代数方程包括：风电场的功率平衡方程；
风电场的功率平衡方程为：
其中，式(1)为风电场的有功平衡方程，式(2)为风电场的无功平衡方程，Pwi为风电场i发出的有功功率，Qwi为风电场i发出的无功功率，Ui为风电场i的母线电压幅值，Uj为风电场母线j的电压幅值，θij为母线i与母线j之间的电压相角差，Gij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的实部，Bij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的虚部。
其中，所述偏导数矩阵J为：
其中，y为代数变量，g为代数方程的映射函数。
另一方面，本发明还提供了一种风电场切机的装置，包括：
设置单元，用于获取电网动态模型，将所述电网动态模型中的风电场模型设置为恒功率源后得到所述电网动态模型的微分代数方程组；
仿真单元，用于在预设故障下对所述微分代数方程组进行时域仿真获取终止所述时域仿真的奇异点；
计算单元，用于获取微分代数方程组的偏导数矩阵，并计算所述偏导数矩阵在所述奇异点处的最小模特征值和所述偏导数矩阵在所述奇异点处所对应的左特征向量；
查询单元，用于确定所述左特征向量中的有功平衡方程和所述有功平衡方程对应的元素wk；
切机单元，用于在所述预设故障下，对所述元素wk模值最大的风电场进行切机。
其中，所述微分代数方程组为：
0＝g(x,y)
其中，和0＝g(x,y)分别为微分方程和代数方程；x和y分别为状态变量和代数变量；f和g分别为微分方程和代数方程的映射函数。
其中，所述代数方程包括：风电场的功率平衡方程；
风电场的功率平衡方程为：
其中，式(1)为风电场的有功平衡方程，式(2)为风电场的无功平衡方程，Pwi为风电场i发出的有功功率，Qwi为风电场i发出的无功功率，Ui为风电场i的母线电压幅值，Uj为风电场母线j的电压幅值，θij为母线i与母线j之间的电压相角差，Gij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的实部，Bij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的虚部。
其中，所述偏导数矩阵J为：
其中，y为代数变量，g为代数方程的映射函数。
另一方面，本发明还提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线；其中，
处理器和存储器通过总线完成相互间的通信；
处理器用于调用存储器中的程序指令，以执行上述风电场切机的方法。
另一方面，本发明还提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述风电场切机的方法。
由上述技术方案可知，本发明所述的一种防止暂态电压失稳的风电场切机的方法及装置，通过奇异点处的左特征向量信息，获得风电场的控制性能参数，选择控制效果最佳的风电场作为实施切机紧急控制的风电场，实现以最小的切机代价保障电网系统稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种风电场切机的方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种风电场切机的装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明下述实施例提出了一种防止暂态电压失稳的风电场切机的方法及装置。原理为：根据动力系统稳定性理论，微分代数方程组的轨迹碰到奇异点对应着一种失稳模式，在风电接入电网中对应暂态电压失稳，失稳点处零特征值对应左特征向量反映不同位置的可控性，可用于选择实施切机控制的风电场。
本发明实施例提供的一种风电场切机的方法，参见图1，该方法具体包括如下步骤：
S101：获取电网动态模型，将所述电网动态模型中的风电场模型设置为恒功率源后得到所述电网动态模型的微分代数方程组；
在本步骤中，电网动态模型可取自常规电力系统稳定计算所采用的模型，将电网动态模型中的风电场模型替换为恒功率源，此时电网动态模型为微分代数方程组，用下式进行表示：
0＝g(x,y)
其中，和0＝g(x,y)分别为微分方程和代数方程；x和y分别为状态变量和代数变量；为对时间的一阶微分；f和g分别为微分方程和代数方程的映射函数。
其中，代数方程包括风电场的功率平衡方程；
风电场的功率平衡方程为：
其中，式(1)为风电场的有功平衡方程，式(2)为风电场的无功平衡方程，Pwi为风电场i发出的有功功率，Qwi为风电场i发出的无功功率，Ui为风电场i的母线电压幅值，Uj为风电场母线j的电压幅值，θij为母线i与母线j之间的电压相角差，Gij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的实部，Bij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的虚部。
替换后电网动态模型中，风电场的功率平衡方程即常规的潮流方程，可能导致系统轨迹出现奇异，及风电场引发的暂态电压失稳。
S102：在预设故障下，对所述微分代数方程组进行时域仿真获取终止所述时域仿真的奇异点；
在本步骤中，采用时域仿真软件，在预设故障下对所述微分代数方程组进行时域仿真，电网系统的轨迹碰到奇异点会终止时域仿真，因此，时域仿真最后得到一个奇异点。该奇异点即为使偏导数矩阵J奇异的点，在奇异点处电网系统发生暂态电压失稳。
其中，所述偏导数矩阵J为：
其中，y为代数变量，g为代数方程的映射函数。
S103：获取微分代数方程组的偏导数矩阵，并计算所述偏导数矩阵在所述奇异点处的最小模特征值和所述偏导数矩阵在所述奇异点处所对应的左特征向量；
在本步骤中，通过上述步骤S102能够获的一个奇异点，理想情况下，在该奇异点处有一个特征值为0，实际中无法获得这样的奇异点使得在奇异点处有一个特征值为0。因此在该奇异点处，通过公式推导计算偏导数矩阵的最小模特征值以及偏导数矩阵所对应的左特征向量，来获取反应风电场控制性能的参数。
S104：确定所述左特征向量中的有功平衡方程和所述有功平衡方程对应的元素wk；
在本步骤中，左特征向量中有多元素，每一个元素对应一个平衡方程。对于具有切机条件的备选风电场，先确定左特征向量中的有功平衡方程，在确定和有功平衡方程对应的元素wk，元素wk是反应风电场控制性能的参数。
S105：在所述预设故障下，对所述元素wk模值最大的风电场进行切机。
在本步骤中，根据上述步骤S104确定的元素wk并求取元素wk的模值|wk|，模值|wk|中最大的风电场即为在预设故障情况下的最佳的切机控制点。
电网系统中有多个备选风电场，上述方法可获得备选风电场的一个排序，优先切除模值|wk|最大的风电场，如果切除后还无法使得电网系统稳定，则继续选择模值|wk|次大的风电场，直到切机量可以使得电网系统恢复暂态电压稳定，具体需要的总切机量可通过重复的时域方针确定。
从上述描述可知，本发明实施例提供的风电场切机的方法，通过电压失稳点处的左特征向量信息，获得不同风电场的控制性能指标，选择控制效果最佳的风电场作为实施切机紧急控制的风电场，实现以最小的切机代价保障电网系统稳定。
本发明实施例提供了一种风电场切机的装置，参见图2，该装置具体包括：
设置单元10，用于获取电网动态模型，将所述电网动态模型中的风电场模型设置为恒功率源后得到所述电网动态模型的微分代数方程组；
仿真单元20，用于在预设故障下对所述微分代数方程组进行时域仿真获取终止所述时域仿真的奇异点；
计算单元30，用于获取微分代数方程组的偏导数矩阵，并计算所述偏导数矩阵在所述奇异点处的最小模特征值和所述偏导数矩阵在所述奇异点处所对应的左特征向量；
查询单元40，用于确定所述左特征向量中的有功平衡方程和所述有功平衡方程对应的元素wk；
切机单元50，用于在所述预设故障下，对所述元素wk模值最大的风电场进行切机。
其中，所述微分代数方程组为：
0＝g(x,y)
其中，和0＝g(x,y)分别为微分方程和代数方程；x和y分别为状态变量和代数变量；f和g分别为微分方程和代数方程的映射函数。
其中，所述代数方程包括：风电场的功率平衡方程；
风电场的功率平衡方程为：
其中，式(1)为风电场的有功平衡方程，式(2)为风电场的无功平衡方程，Pwi为风电场i发出的有功功率，Qwi为风电场i发出的无功功率，Ui为风电场i的母线电压幅值，Uj为风电场母线j的电压幅值，θij为母线i与母线j之间的电压相角差，Gij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的实部，Bij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的虚部。
其中，所述偏导数矩阵J为：
其中，y为代数变量，g为代数方程的映射函数。
本实施例装置中各模块所实现的功能与方法实施例中相应的操作步骤对应，这里不再赘述。
由上述技术方案可知，本发明所述的一种风电场切机的装置，通过电压失稳点处的左特征向量信息，获得不同风电场的控制性能指标，选择控制效果最佳的风电场作为实施切机紧急控制的风电场，实现以最小的切机代价保障电网系统稳定。
本发明实施例提供了一种电子设备，参见图3，该电子设备可以包括：处理器11、存储器12、总线13及存储在存储器12上并可在处理器11上运行的计算机程序；
其中，所述处理器11，存储器12通过所述总线13完成相互间的通信；
所述处理器11执行所述计算机程序时实现上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取电网动态模型，将所述电网动态模型中的风电场模型设置为恒功率源后得到所述电网动态模型的微分代数方程组；在预设故障下，对所述微分代数方程组进行时域仿真获取终止所述时域仿真的奇异点；获取微分代数方程组的偏导数矩阵，并计算所述偏导数矩阵在所述奇异点处的最小模特征值和所述偏导数矩阵在所述奇异点处所对应的左特征向量；确定所述左特征向量中的有功平衡方程和所述有功平衡方程对应的元素wk；在所述预设故障下，对所述元素wk模值最大的风电场进行切机。
本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：获取电网动态模型，将所述电网动态模型中的风电场模型设置为恒功率源后得到所述电网动态模型的微分代数方程组；在预设故障下，对所述微分代数方程组进行时域仿真获取终止所述时域仿真的奇异点；获取微分代数方程组的偏导数矩阵，并计算所述偏导数矩阵在所述奇异点处的最小模特征值和所述偏导数矩阵在所述奇异点处所对应的左特征向量；确定所述左特征向量中的有功平衡方程和所述有功平衡方程对应的元素wk；在所述预设故障下，对所述元素wk模值最大的风电场进行切机。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置/系统。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种防止暂态电压失稳的风电场切机的方法，其特征在于，包括：
获取电网动态模型，将所述电网动态模型中的风电场模型设置为恒功率源后得到所述电网动态模型的微分代数方程组；
在预设故障下，对所述微分代数方程组进行时域仿真获取终止所述时域仿真的奇异点；
获取微分代数方程组的偏导数矩阵，并计算所述偏导数矩阵在所述奇异点处的最小模特征值和所述偏导数矩阵在所述奇异点处所对应的左特征向量；
确定所述左特征向量中的有功平衡方程和所述有功平衡方程对应的元素wk；
在所述预设故障下，对所述元素wk模值最大的风电场进行切机。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微分代数方程组为：
0＝g(x,y)
其中，和0＝g(x,y)分别为微分方程和代数方程；x和y分别为状态变量和代数变量；f和g分别为微分方程和代数方程的映射函数。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述代数方程包括：风电场的功率平衡方程；
风电场的功率平衡方程为：
其中，式(1)为风电场的有功平衡方程，式(2)为风电场的无功平衡方程，Pwi为风电场i发出的有功功率，Qwi为风电场i发出的无功功率，Ui为风电场i的母线电压幅值，Uj为风电场母线j的电压幅值，θij为母线i与母线j之间的电压相角差，Gij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的实部，Bij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的虚部。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述偏导数矩阵J为：
其中，y为代数变量，g为代数方程的映射函数。
5.一种风电场切机的装置，其特征在于，包括：
设置单元，用于获取电网动态模型，将所述电网动态模型中的风电场模型设置为恒功率源后得到所述电网动态模型的微分代数方程组；
仿真单元，用于在预设故障下对所述微分代数方程组进行时域仿真获取终止所述时域仿真的奇异点；
计算单元，用于获取微分代数方程组的偏导数矩阵，并计算所述偏导数矩阵在所述奇异点处的最小模特征值和所述偏导数矩阵在所述奇异点处所对应的左特征向量；
查询单元，用于确定所述左特征向量中的有功平衡方程和所述有功平衡方程对应的元素wk；
切机单元，用于在所述预设故障下，对所述元素wk模值最大的风电场进行切机。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述微分代数方程组为：
0＝g(x,y)
其中，和0＝g(x,y)分别为微分方程和代数方程；x和y分别为状态变量和代数变量；f和g分别为微分方程和代数方程的映射函数。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述代数方程包括：风电场的功率平衡方程；
风电场的功率平衡方程为：
其中，式(1)为风电场的有功平衡方程，式(2)为风电场的无功平衡方程，Pwi为风电场i发出的有功功率，Qwi为风电场i发出的无功功率，Ui为风电场i的母线电压幅值，Uj为风电场母线j的电压幅值，θij为母线i与母线j之间的电压相角差，Gij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的实部，Bij为母线i与母线j间网络导纳矩阵元素的虚部。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述偏导数矩阵J为：
其中，y为代数变量，g为代数方程的映射函数。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线；其中，
处理器和存储器通过总线完成相互间的通信；
处理器用于调用存储器中的程序指令，以执行权利要求1-4任一项所述的风电场切机的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行权利要求1-4任一项所述的风电场切机的方法。
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