CN109149636A - 基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法，其包括：步骤一、根据给定的电力系统，确定出电力系统中的负荷节点，设置一个确定的三相短路故障；步骤二、将一个风电场依次接入系统中的不同负荷节点处，分别计算并绘制步骤一中设定的三相短路故障下电力系统的动态安全域边界。比对电力系统动态安全域边界的变化，确定风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响；步骤三、分析风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响的原因。本发明方法可指导电力系统规划人员制定风电接入系统位置的决策。

Description

基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法

技术领域

本发明涉及电网规划领域，尤其是一种基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法。

背景技术

随着国内经济的快速增长，人们对电能生产的需求不断增加，同时，对低碳环保生活的追求也日益迫切。利用传统能源发电已经引起了一系列的环境问题和社会问题，如化石能源短缺、温室气体的大量排放、环境污染、气候恶化等。因此，开发并利用新能源进行发电，降低化石能源消耗并缓解环境污染，已然成为世界各国努力的方向。其中，风能是方法最为成熟并且能够大规模应用于发电的新能源之一。据统计，截止到2020年我国的风电总装机容量至少将达到1.5亿千瓦，所以风力发电等新能源的利用必将能够由补充能源发展为化石能源的替代能源，最终发展成为主流能源。与此同时，风电场出力的波动性和间歇性给电力系统的安全稳定运行带来巨大的挑战。

安全域方法的应用可以为电网操作人员提供大量的系统安全信息。该方法以域的视角思考和分析系统运行点的稳定状态，它表征着电力系统中一个包含所有安全运行点的区域。若运行点处于该安全域中，则它为稳定的，若运行于该安全域之外，那么该运行点是失稳的。此外，系统安全域边界上临界运行点组成的集合可以由超平面近似表示。能否利用安全域的方法确定出风电场接入点对电力系统暂态稳定性的影响是一个值得研究的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法，其有助于降低风电场接入对电力系统造成的暂态稳定风险，提高风电接入时电力系统的可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法，包括以下步骤：

步骤一、根据给定的电力系统，确定出电力系统中的负荷节点，并设置一个确定的三相短路故障；

步骤二、将一个风电场依次接入系统中的不同负荷节点处，分别计算并绘制步骤一中设定的三相短路故障下电力系统的动态安全域边界，比对电力系统动态安全域边界的变化，确定风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响；

步骤三、分析风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响的原因。

所述步骤二中比对电力系统动态安全域的变化，确定风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响的具体内容包括：

步骤1)在给定的电力系统中的某一负荷节点接入风电场，设定某条线路发生三相短路故障，并设置故障清除时间；

步骤2)选取电力系统中的两个节点，设定这两个节点的注入有功功率上限值，以这两个节点的有功功率注入上限值的比例作为横、纵坐标，构建电力系统在设定故障下的动态安全域；

步骤3)判断电力系统中所有的负荷节点是否均已遍历完成，若均已遍历完则执行步骤4)，否则改变风电场的接入节点，跳转到步骤1)；

步骤4)比对电力系统动态安全域的变化，从而确定风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响。

本发明的有益效果是：本发明在安全域理论的基础上，考虑了风电场的接入对电力系统暂态稳定性的影响，构建了含有风电场接入的电力系统的动态安全域边界。通过改变风电场接入电力系统中的节点位置，比对动态安全域边界变化，得出了风电场的接入点距离系统平衡机越近，系统的暂态稳定性越强的结论。该研究有助于降低风电场接入对电力系统造成的暂态稳定风险，提高风电接入时电力系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法的流程图；

图2为本发明提供的IEEE_3机9节点系统(含风机接入)的接线图；

图3是本发明提供的风电场接入不同节点时电力系统的动态安全域边界图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

本发明的一种基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法，其实施流程图如图1所示，详细说明如下：

步骤一：根据给定的电力系统，确定出电力系统中的负荷节点，并设置一个确定的三相短路故障。

以新英格兰3机9节点系统为例(如图2所示)，图中，Gw是一个由60台双馈风机组成的风电场，经两级升压后并入接入到节点8的位置。所采用风力发电机模型为BPA4.15中所嵌入的GE1.5MW双馈风力发电机。风电场采用无功的恒功率因数控制模式。

仿真实验中，设置预想故障为节点8和节点4间的线路发生三相短路，经0.12s后故障清除。

步骤二：将一个风电场依次接入系统中的不同负荷节点处，分别计算并绘制步骤一中设定的三相短路故障下电力系统的动态安全域边界。比对电力系统动态安全域边界的变化，确定风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响。

因为风电场和电力系统的参数均不变，改变的只是风电场接入系统中的节点位置，因此只需将BPA软件的数据文件中与节点11相连变压器的另一端分别改为风电场接入的节点，并保证系统中其它参数保持不变。本发明中，故障仿真均由PSD-BPA程序的潮流计算模块及时域仿真模块所完成。在此基础上，通过MATLAB编写接口程序，调用PSD-BPA软件进行电力系统动态安全域边界的计算。在完成临界点的搜索之后，MATLAB需要利用临界点拟合出故障状态下电力系统动态安全域边界的超平面系数。

将风电场依次接入到节点4、5、6、7、8和节点9，通过仿真实验分别得到节点7、节点8的超平面系数，如表1所示：

表1不同接入点的系统超平面系数

接入节点号	节点7的超平面系数	节点8的超平面系数
			4	0.5586	0.8231
5	0.4768	0.6404
			6	0.4477	0.6039
7	0.5729	0.8178
			8	0.4615	0.6675
9	0.4612	0.6217

根据得到的超平面系数，利用MATLAB软件分别绘制出相应的动态安全域边界的图像。其中，设置节点7和节点8的有功功率注入的上限是200MW，选取节点7和节点8的有功功率注入的比例作为横、纵坐标，如图3所示。

图3中，系统的动态安全域范围是域边界与两个节点有功功率注入上限之间的交集部分。可以看出，风电场接入到节点6时电力系统的动态安全域最小，接入到节点9时系统的动态安全域稍大之，接入到节点5和节点8时系统的动态安全域几乎相同，而接入到节点4和节点7时动态安全域的范围明显最大，并且接入到节点4时动态安全域的范围最大。也就是说，在风机接入到这六个节点的情况中，接入到节点6或节点9时系统的暂态稳定性是最弱的，接入到节点5和节点8时系统的暂态稳定性几乎相同，接入到节点4或节点7时系统的暂态稳定性是最强的。不难看出，风机的接入点距离系统中的平衡机越近，那么动态安全域的范围越大(节点4、节点7)，即系统的暂态稳定性越强；相反，风机接入点距离系统中的平衡机越远，则动态安全域的范围越小(节点6、节点9)，即系统的暂态稳定性越弱。

步骤三：分析风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响的原因。

究其原因，电力系统中平衡节点有且仅有一个，它在系统中起着平衡功率的作用，可以从系统中吸收多余的功率，也可以向系统中提供缺损的功率。并且平衡机的惯性时间常数大，因此平衡机所在的机群是相对稳定的。由于风电机组出力具有间歇性强、随机性明显、风电的功率调节能力差以及风电出力的波动大等缺点，当风电场距离系统平衡机越近，它们之间的电气关系越紧密，因此风机接入点距离平衡机越近，系统的暂态稳定性越强。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据给定的电力系统，确定出电力系统中的负荷节点，并设置一个确定的三相短路故障；

步骤二、将一个风电场依次接入系统中的不同负荷节点处，分别计算并绘制步骤一中设定的三相短路故障下电力系统的动态安全域边界，比对电力系统动态安全域边界的变化，确定风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响；

步骤三、分析风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响的原因。

2.根据权利要求1所述基于动态安全域的风电接入点暂态稳定性影响研究方法，其特征在于，所述步骤二中比对电力系统动态安全域的变化，确定风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响的具体内容包括：

步骤1)在给定的电力系统中的某一负荷节点接入风电场，设定某条线路发生三相短路故障，并设置故障清除时间；

步骤2)选取电力系统中的两个节点，设定这两个节点的注入有功功率上限值，以这两个节点的有功功率注入上限值的比例作为横、纵坐标，构建电力系统在设定故障下的动态安全域；

步骤3)判断电力系统中所有的负荷节点是否均已遍历完成，若均已遍历完则执行步骤4)，否则改变风电场的接入节点，跳转到步骤1)；

步骤4)比对电力系统动态安全域的变化，从而确定风电场接入点对电力系统暂态稳定性影响。