CN109560568B - 基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法 - Google Patents

基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法，所述方法包括：判断预设规划方案中各母线的短路电流裕度值是否小于短路电流裕度指标；若小于，则按照单位步长增加预设规划方案中风电场并网容量；否则，对各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，并确定优化后的风电场最大可接入容量。本发明提供的技术方案，可简单快速的判定出集中并网点对其下接风电装机规模的要求，避免了大规模风电集中接入后并网点的短路电流超标问题，不仅可适用于大规模电力系统的安全稳定评估，具有很好的可计算性和广泛适应性，还可以作为调度运行及规划设计部门的主要分析工具。

Description

基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法
技术领域
本发明涉及一种电力系统的模拟与计算领域的优选方法，具体涉及基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法。
背景技术
短路电流计算是电力系统规划、设计、运行中必须进行的计算分析工作。短路电流超标可能会破坏电网的安全性，甚至导致整个互联系统的崩溃。近年来，随着互联电网规模的扩大以及特高压电网的接入，短路电流超标问题及应对策略已成为大电网运行控制及合理规划的关键问题。
风电作为技术最成熟、最具规模化开发条件和商业化发展前景的可再生能源发电技术在全球范围内得到了迅猛发展,我国高度重视开发利用风能资源，把风能资源的开发利用作为改善能源结构、推动环境保护、保持经济和社会可持续发展的重大举措，并将风力发电作为风能资源开发和利用的主要方式之一。
风电接入电网主要有2种方式：分散接入和集中接入。分散接入主要用于风电开发规模小、以就地消纳为主的情况，接入电压等级低，对系统运行影响较小。集中接入主要用于风电开发规模大、以异地消纳为主的情况，接入电压等级高，远距离输送，对系统运行影响较大。
欧洲的发达国家风电大多采用分散接入，这些国家电网结构趋于稳定，负荷需求增长缓慢，其大力发展风电等可再生能源的主要目的，是应对气候变暖和减少碳排放。在我国“建设大基地、融入大电网”的风电发展战略指导下，我国风电已由发展初期的小规模、分散接入转变为大规模、集中接入。风电场呈现出规模化发展的趋势，单一风电场装机容量由几万千瓦增长到几十万千瓦，甚至上百万千瓦，且各风电场多以单回线路集中接入系统侧某个并网点。
早期由于风电并网规模较小且主要呈分散形式开发，普遍认为风电提供给并网点的短路电流远小于并网点自身短路电流，风电场对系统提供的短路电流可以忽略不计，故而风电的研究工作主要集中在其并网后的电压、频率、小干扰稳定等方向，而对风电并网后系统的短路电流问题关注较少。但随着集中并网风电规模的增加，风电对集中并网点短路电流的影响已不容忽视。在短路电流的限制因素下，集中并网点所能接入的风电最大装机容量已成为当前电力规划和运行部门的重要关注点。
因此，为克服上述缺陷，本发明提供了基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法，所述方法包括：
判断预设规划方案中各母线的短路电流裕度值是否小于短路电流裕度指标；
若小于，则按照单位步长增加预设规划方案中风电场并网容量，并计算风电场最大可接入容量；
否则，各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，并确定优化后的风电场最大可接入容量。
优选的，所述风电场最大可接入容量Qmax原按下式计算：
Qmax原＝Q0原+(n-1)×单位步长
式中，Q0原：预设规划方案的初始并网容量；n：预设规划方案下各母线的短路电流裕度值小于短路电流裕度指标的次数，其中，n为正整数。
优选的，所述Q0原按下式计算：
Figure BDA0001418110450000021
式中，Qip：风电场i装机容量，i:表示第i个接入的风电场；x：风电场接入的个数。
优选的，所述各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，包括：采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，同时更新潮流、稳定计算程序的数据。
优选的，所述确定优化后的风电场最大可接入容量，包括：
基于更新的潮流、稳定计算数据，采用短路电流计算程序，计算所述优化后的集中并网点下各电压等级母线的短路电流；
根据各母线的开关遮断容量及其短路电流裕度指标，计算优化后的风电场最大可接入容量。
优选的，所述根据各母线的开关遮断容量及其短路电流裕度指标，计算优化后的风电场最大可接入容量，包括：
根据各母线的开关遮断电流及计算出的优化后各母线短路电流值，获取优化后各母线的短路电流裕度值；
判断优化后各母线的短路电流裕度值是否小于其短路电流裕度指标，若小于，则风电场并网容量按照单位步长进行增加，并更新潮流、稳定计算程序的数据和风电并网容量；否则确定优化后的风电场最大可接入容量。
优选的，所述优化后的风电场最大可接入容量Qmax优按下式计算：
Qmax优＝Qo+(N-1)×单位步长
式中，Qo：优化后的风电并网容量初始值；N：各母线的短路电流裕度值小于短路电流裕度指标的次数，其中N为正整数。
优选的，所述优化后的风电并网容量初始值Qo按下式计算：
Q0＝Qmax原+单位步长
式中，Qmax原：预设规划方案下集中并网点的风电最大可接入容量。
优选的，预设方案下的所述短路电流裕度值由各母线的开关遮断电流和预设方案下的各母线的短路电流值确定；
优化后的所述短路电流裕度值由各母线的开关遮断电流和优化后的各母线的短路电流值确定。
优选的，所述短路电流裕度指标由并网点各电压等级母线开关遮断容量确定。
优选的，所述预设方案下的各母线的短路电流值由预设方案的潮流、稳定计算数据计算得到；
所述优化后的各母线的短路电流值由更新的潮流、稳定计算数据计算得到。
基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定系统，所述系统包括：
判断模块，用于判断预设规划方案中各母线的短路电流裕度值是否小于短路电流裕度指标；
计算模块，用于计算风电场最大可接入容量；
优化模块，用于将各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，并确定优化后的风电场最大可接入容量。
优选的，所述优化模块包括：判断单元和计算单元；
所述判断单元，用于判断优化后的风电场规划方案中各母线的短路电流裕度值是否小于短路电流裕度指标；
所述计算单元，用于计算优化后的风电场最大可接入容量。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的技术方案，基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法对风电集中并网点各电压等级的母线进行短路电流评估，并依据各母线的短路电流裕度判定集中并网点的风电最大可接入容量，从而避免了大规模风电集中接入后并网点的短路电流超标问题；
本发明提供的技术方案，考虑了风电接入方式对集中并网点母线短路电流的影响，采用风电场先串接后并网的方式对其接入系统方案进行调整，可简单快速的判定出集中并网点对其下接风电装机规模的要求。
本发明提供的技术方案，不仅可适用于大规模电力系统的安全稳定评估，具有很好的可计算性和广泛适应性，还可以作为调度运行及规划设计部门的主要分析工具。
附图说明
图1为本发明的双馈风电场最大可接入容量确定方法流程图；
图2为本发明的某集中并网点的风电规划示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法，所述方法包括：
判断预设规划方案中各母线的短路电流裕度值是否小于短路电流裕度指标；
若小于，则按照单位步长增加预设规划方案中风电场并网容量；否则，各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，并确定优化后的风电场最大可接入容量。
具体实施例一：
基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法，包括以下步骤：
步骤1：调研收集地区电网资料、各风电场并网规划资料、集中并网点各母线开关资料；
步骤1-1：调研地区电网的现状及规划资料，包括：网架结构、发电机参数、负荷参数、线路参数、变压器参数等；
步骤1-2：调研各风电场的现状及规划资料，包括：风电场装机容量、风电机组类型及其参数、风电并网规划方案、升压变参数、并网线路参数等；
步骤1-3：调研集中并网点各电压等级母线开关遮断容量，确定各母线的短路电流裕度指标Itgi％。
步骤2：地区电网仿真数据建模，风电并网系统仿真建模：
步骤2-1：搭建地区电网的BPA潮流、稳定计算数据；
步骤2-2：确定规划方案下风电并网容量初始值Q，即为各风电场装机容量之和；
步骤2-3：搭建各风电场及其并网系统的BPA潮流、稳定计算数据。
步骤3：风电并网规划方案下，风电场最大可接入容量计算；
步骤3-1：根据电网实际调度运行经验，确定短路电流计算条件；
步骤3-2：运行BPA的短路电流计算程序，计算出规划方案下集中并网点近区各电压等级母线的短路电流值；
步骤3-3：结合各母线的开关遮断容量及其短路电流裕度指标Itgi％，计算出规划方案下风电场最大可接入容量。
步骤3-3包括：
(1)根据各母线的开关遮断电流及计算出各母线短路电流值，获取各母线的短路电流裕度值Ii％；
(2)判断各母线的短路电流裕度值Ii％是否小于其短路电流裕度指标Itgi％，若是则转入步骤(3)，否则转入步骤4；
(3)风电场并网容量Q按照10MW的单位步长进行增加，并转入步骤2-3，以更新各风电场及其并网系统的BPA潮流、稳定计算数据；
步骤4：对各风电场进行先串联后并网的接入方式优化；
步骤4-1：确定规划方案下风电场最大可接入容量；
规划方案下风电场最大可接入容量按下式计算：
Qmax原＝Q0原+(n-1)×单位步长
式中，Q0原：预设规划方案的初始并网容量；n：预设规划方案下各母线的短路电流裕度值小于短路电流裕度指标的次数，其中，n为正整数。
预设规划方案的初始并网容量Q0原按下式计算：
Figure BDA0001418110450000061
式中，Qip：风电场i装机容量，i:表示第i个接入的风电场；x：风电场接入的个数。
步骤4-2：优化风电场接入系统方案，对各风电场采用先串联后并网的接入方式；并确定该接入方式下风电并网容量初始值Qo，即Qo＝Q；
步骤4-3：按照风电并网优化方案，更新各风电场及其并网系统的BPA潮流、稳定计算数据。
步骤5：风电并网优化方案下，风电场最大可接入容量计算；
步骤5-1：运行BPA的短路电流计算程序，计算出优化方案下集中并网点处各电压等级母线的短路电流水平；
步骤5-2：结合各母线的开关遮断容量及其短路电流裕度指标Itgi％，计算出优化方案下风电场最大可接入容量。
步骤5-2包括：
(1)根据各母线的开关遮断电流及计算出各母线短路电流值，获取优化方案下各母线的短路电流裕度值Ii％；
(2)判断优化方案下各母线的短路电流裕度值Ii％是否小于其短路电流裕度指标Itgi％，若是则并转入步骤(3)，否则转入步骤6；
(3)风电场并网容量Qo按照10MW的单位步长进行增加，并转入步骤4-3，以更新优化方案下各风电场及其并网系统的BPA潮流、稳定计算数据；
步骤6：综合分析计算风电场最大可接入容量；
步骤6-1：确定优化方案下风电场最大可接入容量按下式计算：
Qmax优＝Qo+(N-1)×单位步长
式中，Qo：优化后的风电并网容量初始值；N：各母线的短路电流裕度值小于短路电流裕度指标的次数，其中N为正整数。
优化后的风电并网容量初始值Qo按下式计算：
Q0＝Qmax原+单位步长
式中，Qmax原：预设规划方案下集中并网点的风电最大可接入容量。
步骤6-2：结合规划方案下风电场最大可接入容量Qmax原，综合分析出为满足短路电流限制条件，集中并网点对其下接风电装机规模的要求，即：风电规划装机容量Q规划<Qmax原时，可接入该并网点；风电规划装机容量Qmax原<Q规划<Qmax优时，可考虑接入该并网点且各风电场须先串联后并网；风电规划装机容量Q规划>Qmax优时，超出该并网点可接入范围。
具体实施例二：
某省级电网根据省内风电资源分布情况，如图2所示，规划三座风电场WF-1(50MW)、WF-2(50MW)、WF-3(100MW)集中接入将500kV变电站JSZ的220kV侧。风机均规划为双馈机组，风机机端电压为0.69kV，经过0.69kV/35kV/110kV(220kV或330kV)两级升压接入系统侧母线。变电站JSZ的220kV侧母线开关额定遮断电流为50kA，短路电流裕度为2％；500kV侧母线开关额定遮断电流为63kA，短路电流裕度为5％。短路电流计算条件设置为：全开机且电压系数为1.05、考虑静态负荷、考虑并联补偿、考虑线路充电功率。
规划方案下风电并网容量Q＝50+50+100＝200MW，利用BPA的短路电流计算程序，变电站JSZ的500kV、220kV侧三相短路电流裕度值如下表所示：
Figure BDA0001418110450000071
Figure BDA0001418110450000081
表1
由上表计算结果可知，优化方案下风电并网系统各母线三相短路电流裕度均未超标，则进入风电场规模迭代增加过程，当规划方案下风电并网容量增加为Q＝400MW时，此时，变电站JSZ的500kV、220kV侧三相短路电流裕度值如下表所示：
Figure BDA0001418110450000082
表2
由上表计算结果可知，JSZ的220kV侧母线三相短路电流裕度超标，则得出原规划方案下风电最大可接入容量Qmax原＝350MW。且转入风电场并网方案串联优化过程，优化后的风电并网容量Qo＝400MW。利用BPA的短路电流计算程序，变电站JSZ的500kV、220kV侧三相短路电流裕度值如下表所示：
Figure BDA0001418110450000083
表3
由上表计算结果可知，优化方案下风电并网系统各母线三相短路电流裕度均未超标，则进入风电场规模迭代增加过程，当优化方案下风电并网容量增加为Qo＝450MW时，此时，变电站JSZ的500kV、220kV侧三相短路电流裕度值如下表所示：
Figure BDA0001418110450000084
Figure BDA0001418110450000091
表4
由上表计算结果可知，JSZ的220kV侧母线三相短路电流裕度超标，则得出优化方案下风电最大可接入容量Qmax优＝400MW。
综合分析出为满足短路电流限制条件，集中并网点对其下接风电装机规模的要求，即：当变电站JSZ下接的风电规划装机容量Q规划<350MW时，可接入该并网点；当变电站JSZ下接的风电规划装机容量350<Q规划<400时，可考虑接入该并网点，但由于受并网点220kV侧母线短路电流的限制，各风电场须采用先串联后并网的接入方式；当变电站JSZ下接的风电规划装机容量Q规划>400时，由于受并网点220kV侧母线短路电流的限制，超出该并网点可接受范围。基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量优选方法计算比较方便，概念清晰，在山西电网、甘肃电网、陕西电网等实际电网中得到了应用和验证。
具体实施例三：
基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定系统，所述系统包括：
判断模块，用于判断预设规划方案中各母线的短路电流裕度值是否小于短路电流裕度指标；
计算模块，用于计算风电场最大可接入容量；
优化模块，用于将各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，并确定优化后的风电场最大可接入容量。
优化模块包括：判断单元和计算单元；
判断单元，用于判断优化后的风电场规划方案中各母线的短路电流裕度值是否小于短路电流裕度指标；
计算单元，用于计算优化后的风电场最大可接入容量。
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、系统、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、设备(系统)、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。
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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定方法，其特征在于，所述方法包括：
判断预设规划方案中各母线的短路电流裕度值是否小于短路电流裕度指标；
若小于，则按照单位步长增加预设规划方案中风电场并网容量，并计算风电场最大可接入容量；
否则，各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，并确定优化后的风电场最大可接入容量；
所述各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，包括：采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，同时更新潮流、稳定计算程序的数据；
所述确定优化后的风电场最大可接入容量，包括：
基于更新的潮流、稳定计算程序的数据，采用短路电流计算程序，计算所述优化后的集中并网点下各电压等级母线的短路电流；
根据各母线的开关遮断容量及其短路电流裕度指标，计算优化后的风电场最大可接入容量；
所述根据各母线的开关遮断容量及其短路电流裕度指标，计算优化后的风电场最大可接入容量，包括：
根据各母线的开关遮断电流及计算出的优化后各母线短路电流值，获取优化后各母线的短路电流裕度值；
判断优化后各母线的短路电流裕度值是否小于其短路电流裕度指标，若小于，则风电场并网容量按照单位步长进行增加，并更新潮流、稳定计算程序的数据和风电场并网容量；否则确定优化后的风电场最大可接入容量；
所述优化后的风电场最大可接入容量Qmax优按下式计算：
Qmax优＝Qo+(N-1)×单位步长
式中，Qo：优化后的风电场并网容量初始值；N：各母线的短路电流裕度值小于短路电流裕度指标的次数，其中N为正整数；
所述优化后的风电场并网容量初始值Qo按下式计算：
Q0＝Qmax原+单位步长
式中，Qmax原：预设规划方案下集中并网点的风电场最大可接入容量。
2.如权利要求1所述的双馈风电场最大可接入容量确定方法，其特征在于，所述风电场最大可接入容量Qmax原按下式计算：
Qmax原＝Q0原+(n-1)×单位步长
式中，Q0原：预设规划方案的初始并网容量；n：预设规划方案下各母线的短路电流裕度值小于短路电流裕度指标的次数，其中，n为正整数。
3.如权利要求2所述的双馈风电场最大可接入容量确定方法，其特征在于，所述Q0原按下式计算：
Figure FDA0003295252000000021
式中，Qip：风电场i装机容量，i:表示第i个接入的风电场；x：风电场接入的个数。
4.如权利要求1所述的双馈风电场最大可接入容量确定方法，其特征在于，预设规划方案下的所述短路电流裕度值由各母线的开关遮断电流和预设规划方案下的各母线的短路电流值确定；
优化后的所述短路电流裕度值由各母线的开关遮断电流和优化后的各母线的短路电流值确定。
5.如权利要求1所述的双馈风电场最大可接入容量确定方法，其特征在于，所述短路电流裕度指标由并网点各电压等级母线开关遮断容量确定。
6.如权利要求4所述的双馈风电场最大可接入容量确定方法，其特征在于，所述预设规划方案下的各母线的短路电流值由预设规划方案的潮流、稳定计算程序的数据计算得到；
所述优化后的各母线的短路电流值由更新的潮流、稳定计算程序的数据计算得到。
7.基于短路电流裕度的双馈风电场最大可接入容量确定系统，其特征在于，所述系统包括：
判断模块，用于判断预设规划方案中各母线的短路电流裕度值是否小于短路电流裕度指标；
计算模块，用于计算风电场最大可接入容量；
优化模块，用于将各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，并确定优化后的风电场最大可接入容量；
所述优化模块，用于将各风电场采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，具体包括：采用先串联后并网的接入方式优化预设规划方案，同时更新潮流、稳定计算程序的数据；
所述优化模块，还用于计算优化后的风电场最大可接入容量，具体包括：
基于更新的潮流、稳定计算程序的数据，采用短路电流计算程序，计算所述优化后的集中并网点下各电压等级母线的短路电流；
根据各母线的开关遮断电流及计算出的优化后各母线短路电流值，获取优化后各母线的短路电流裕度值；
判断优化后各母线的短路电流裕度值是否小于其短路电流裕度指标，若小于，则风电场并网容量按照单位步长进行增加，并更新潮流、稳定计算程序的数据和风电场并网容量；否则确定优化后的风电场最大可接入容量；
所述优化后的风电场最大可接入容量Qmax优按下式计算：
Qmax优＝Qo+(N-1)×单位步长
式中，Qo：优化后的风电场并网容量初始值；N：各母线的短路电流裕度值小于短路电流裕度指标的次数，其中N为正整数；
所述优化后的风电场并网容量初始值Qo按下式计算：
Q0＝Qmax原+单位步长
式中，Qmax原：预设规划方案下集中并网点的风电场最大可接入容量。
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