CN110556843B - 一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计方法及系统，属于电力系统安全稳定分析与控制领域。基于扩展等面积准则进行暂态功角稳定量化评估，采用振荡中心定位方法确定发电机主导模式对应的振荡中心关联断面，以振荡中心关联断面为割集将电网分割成两个子网。分别针对与发电机主导模式领前群发电机同属一个子网的新能源场站和与发电机主导模式滞后群发电机同属一个子网的新能源场站，将其故障后注入电网能量变化比例作为对应新能源场站的暂态功角稳定性能指标，为新能源场站参与暂态功角稳定预防控制和紧急控制的快速、准确优化决策提供了依据。

Description

一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计方法及系统
技术领域
本发明涉及电网安全稳定分析与控制技术领域，具体涉及一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计方法及系统。
背景技术
为了确保预想故障下电力系统的安全稳定运行，需要评估预想故障下电力系统的安全稳定性，若安全稳定性不能保持，一种方式是在预想故障发生前对电力系统采取预防控制以避免预想故障发生后失去安全稳定性，另一种方式是在检测到预想故障发生后对电力系统采取紧急控制以避免失去安全稳定性。无论是预防控制，还是紧急控制，其优化决策都需要有控制措施对安全稳定的性能指标作指导，才能保障优化决策的精度和实时性。
现有技术中，专利“计及多类安全稳定约束的在线预防控制综合决策方法” (ZL201510016088.0)提出了常规发电机和负荷对暂态功角稳定预防控制的性能指标计算方法。专利“电力系统暂态安全稳定紧急控制在线策略优化计算方法”(ZL 201310098454.2)提出了直流系统功率紧急调制、切除发电机和解列小电源送出电网对暂态功角稳定紧急控制的性能指标计算方法。随着新能源发电占比不断提升，尤其是新能源发电高占比的送端电网，将新能源场站纳入暂态功角稳定控制已成为必然选择。目前关于新能源发电对暂态功角稳定的影响研究还停留在定性分析层面，新能源场站参与暂态功角稳定控制的决策计算采用的还是试探法。
扩展等面积准则(EEAC)实现了对暂态功角稳定的量化评估，不仅给出暂态功角稳定裕度，而且给出了发电机主导模式，专利“电力系统暂态安全稳定模式中元件参与因子识别方法”(ZL 200910026801.4)进一步提出发电机主导模式中各台发电机影响暂态功角稳定的参与因子，为发电机参与暂态功角稳定控制的优化决策提供了量化依据。但是，关于新能源场站对暂态功角稳定影响的量化评估还是空白。
发明内容
本发明为了克服现有技术中的不足，提出一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计方法，基于新能源场站在故障后注入电网能量的变化比例对暂态功角稳定的影响机理，构建了新能源场站影响暂态功角稳定的性能指标。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计方法，包括以下过程：
基于扩展等面积准则针对电网运行方式S进行预想故障F下的暂态功角稳定量化评估，得到F的暂态功角稳定裕度、发电机主导模式及其对应的等值功角曲线；
采用振荡中心定位方法确定与发电机主导模式对应的振荡中心位置，获得暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面，记为T；
针对S下F清除后的电网运行方式，以T为割集将电网分割为两个连通网络，确定分别并网于两个连通网络的新能源场站组成的集合，记为M和N；
根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标。
进一步的，暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面为由振荡中心所在支路组成的支路组合。
进一步的，所述根据发电机主导模式等值功角曲线确定第一个极值点所对应的时刻、动态鞍点所对应的时刻或等值功角达到设定值的时刻包括：
进一步的，所述根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F 的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标包括：
若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，通过公式(1)计算S下针对F的M、 N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标，否则，通过公式(2)计算S下针对 F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标；
Figure BDA0002203625860000031
Figure BDA0002203625860000032
式中，γi为S下针对F的M、N中新能源场站i的暂态功角稳定性能指标， Pi.0为S下M、N中新能源场站i的并网有功，Pi(t)为S下F发生后t时刻M、 N中新能源场站i的并网有功。
若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，则将发电机主导模式等值功角曲线中功角的第一个极值点所对应的时刻记为ts，否则，当发电机主导模式等值功角曲线中有动态鞍点时，将动态鞍点所对应的时刻记为tu，当发电机主导模式等值功角曲线中没有动态鞍点时，将发电机主导模式等值功角曲线中等值功角达到设定值的时刻记为tu。
相应的，本发明提供了一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计系统，包括暂态功角稳定量化评估模块、振荡中心关联断面计算模块、新能源场站网络计算模块和暂态功角稳定性能指标计算模块；
暂态功角稳定量化评估模块，用于基于扩展等面积准则针对电网运行方式S 进行预想故障F下的暂态功角稳定量化评估，得到F的暂态功角稳定裕度、发电机主导模式及其对应的等值功角曲线；
振荡中心关联断面计算模块，用于确定与发电机主导模式对应的振荡中心位置，获得暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面，记为T；
新能源场站网络计算模块，针对S下F清除后的电网运行方式，以T为割集将电网分割为两个连通网络，确定分别并网于两个连通网络的新能源场站组成的集合，记为M和N；
暂态功角稳定性能指标计算模块，根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标。
进一步的，振荡中心关联断面计算模块中，暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面为由振荡中心所在支路组成的支路组合。
进一步的，暂态功角稳定性能指标计算模块中，所述根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标包括：
若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，通过公式(1)计算S下针对F的M、 N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标，否则，通过公式(2)计算S下针对 F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标；
Figure BDA0002203625860000041
Figure BDA0002203625860000042
式中，γi为S下针对F的M、N中新能源场站i的暂态功角稳定性能指标， Pi.0为S下M、N中新能源场站i的并网有功，Pi(t)为S下F发生后t时刻M、 N中新能源场站i的并网有功；
若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，则将发电机主导模式等值功角曲线中功角的第一个极值点所对应的时刻记为ts，否则，当发电机主导模式等值功角曲线中有动态鞍点时，将动态鞍点所对应的时刻记为tu，当发电机主导模式等值功角曲线中没有动态鞍点时，将发电机主导模式等值功角曲线中等值功角达到设定值的时刻记为tu。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明基于新能源场站在故障后注入电网能量的变化比例对暂态功角稳定的影响机理，构建了新能源场站影响暂态功角稳定的性能指标，将现有只能定性评估新能源场站对暂态功角稳定影响的技术水平，提升到量化评估的高度，为提升新能源场站参与暂态功角稳定控制优化决策的精度和实时性奠定了理论基础。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明实施例通过机电暂态时域仿真，基于扩展等面积准则针对电网某个运行方式进行某个预想故障的暂态功角稳定量化评估，以发电机主导模式对应的振荡中心关联断面为割集将电网分割成两个子网。分别针对与发电机主导模式领前群发电机同属一个子网的新能源场站和与发电机主导模式滞后群发电机同属一个子网的新能源场站，将其故障后注入电网能量变化比例作为对应新能源场站的暂态功角稳定性能指标。得到的性能指标只适用于相应的电网运行方式下相应预想故障的暂态功角稳定控制优化决策。
本发明的一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计方法，参见图1所示，包括以下步骤：
S1：设电网运行方式为S，预想故障为F，通过机电暂态时域仿真，基于扩展等面积准则针对S进行F下的暂态功角稳定量化评估，得到F的暂态功角稳定裕度、发电机主导模式及其对应的等值功角曲线，并基于机电暂态时域仿真结果，采用振荡中心定位方法，确定与发电机主导模式对应的振荡中心位置，将由振荡中心所在支路组成的支路组合定义为暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面，记为T；
暂态功角稳定主导模式是指发电机的分群方式，包括领前群和滞后群。
S2：若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，则将发电机主导模式等值功角曲线中功角的第一个极值点所对应的时刻记为ts，否则，当发电机主导模式等值功角曲线中有动态鞍点时，将动态鞍点所对应的时刻记为tu，当发电机主导模式等值功角曲线中没有动态鞍点时，将发电机主导模式等值功角曲线中等值功角达到设定值的时刻记为tu；
其中，设定值取值范围为(90°,180°)，例如，取150°。
S3：针对S下F清除后的电网运行方式，以T为割集将电网分割为两个连通网络，将发电机主导模式中领前群发电机所在的连通网络记为A，将发电机主导模式中滞后群发电机所在的连通网络记为B，分别将并网于A、B的新能源场站组成的集合记为M和N。
S4：若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，通过公式(1)计算S下针对F 的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标，否则，通过公式(2)计算S 下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标；
Figure BDA0002203625860000071
Figure BDA0002203625860000072
式中，γi为S下针对F的M、N中新能源场站i的暂态功角稳定性能指标， Pi.0为S下M、N中新能源场站i的并网有功，Pi(t)为S下F发生后t时刻M、 N中新能源场站i的并网有功。
由以上公式可以得出，若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，将F发生时刻至ts时刻内新能源注入电网能量变化比例作为S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标；否则，若F的暂态功角稳定裕度小于0，将F发生时刻至tu时刻内新能源注入电网能量变化比例作为S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标。
其中，根据时域仿真得到的新能源场站并网有功进行曲线拟合实现公式中的积分计算。
对于M中新能源场站：在并网有功调减量或紧急降低量相等的条件下，暂态功角稳定性能指标越大，表示在F发生前调减该新能源场站的并网有功或在F 发生后紧急降低该新能源场站的并网有功，对提升S下F发生后的暂态功角稳定裕度越有效；在并网有功调增量或紧急提升量相等的条件下，暂态功角稳定性能指标越小，表示在F发生前调增该新能源场站的并网有功或在F发生后紧急提升该新能源场站的并网有功，对S下F发生后的暂态功角稳定裕度的降低越不明显。
对于N中新能源场站：在并网有功调增量或紧急提升量相等的条件下，暂态功角稳定性能指标越大，表示在F发生前调增该新能源场站的并网有功或在F 发生后紧急提升该新能源场站，对提升S下F发生后的暂态功角稳定裕度越有效；在并网有功调减量或紧急减少量相等的条件下，暂态功角稳定性能指标越小，表示在F发生前调减该新能源场站的并网有功或在F发生后紧急降低该新能源场站的并网有功，对S下F发生后的暂态功角稳定裕度的降低越不明显。
本发明基于新能源场站在故障后注入电网能量的变化比例对暂态功角稳定的影响机理，构建了新能源场站影响暂态功角稳定的性能指标，将现有只能定性评估新能源场站对暂态功角稳定影响的技术水平，提升到量化评估的高度，为提升新能源场站参与暂态功角稳定控制优化决策的精度和实时性奠定了理论基础。
相应的，本发明还提供了一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计系统，包括暂态功角稳定量化评估模块、振荡中心关联断面计算模块、新能源场站网络计算模块和暂态功角稳定性能指标计算模块；
暂态功角稳定量化评估模块，用于基于扩展等面积准则针对电网运行方式S 进行预想故障F下的暂态功角稳定量化评估，得到F的暂态功角稳定裕度、发电机主导模式及其对应的等值功角曲线；
振荡中心关联断面计算模块，用于采用振荡中心定位方法确定与发电机主导模式对应的振荡中心位置，获得暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面，记为T；
新能源场站网络计算模块，针对S下F清除后的电网运行方式，以T为割集将电网分割为两个连通网络，确定分别并网于两个连通网络的新能源场站组成的集合，记为M和N；
暂态功角稳定性能指标计算模块，根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标。
进一步的，振荡中心关联断面计算模块中，暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面为由振荡中心所在支路组成的支路组合。
进一步的，暂态功角稳定性能指标计算模块中，所述根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标包括：
若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，通过公式(1)计算S下针对F的M、 N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标，否则，通过公式(2)计算S下针对 F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标；
Figure BDA0002203625860000091
Figure BDA0002203625860000092
式中，γi为S下针对F的M、N中新能源场站i的暂态功角稳定性能指标， Pi.0为S下M、N中新能源场站i的并网有功，Pi(t)为S下F发生后t时刻M、 N中新能源场站i的并网有功；
若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，则将发电机主导模式等值功角曲线中功角的第一个极值点所对应的时刻记为ts，否则，当发电机主导模式等值功角曲线中有动态鞍点时，将动态鞍点所对应的时刻记为tu，当发电机主导模式等值功角曲线中没有动态鞍点时，将发电机主导模式等值功角曲线中等值功角达到设定值的时刻记为tu。
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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计方法，其特征是，包括以下过程：
基于扩展等面积准则针对电网运行方式S进行预想故障F下的暂态功角稳定量化评估，得到F的暂态功角稳定裕度、发电机主导模式；
确定与发电机主导模式对应的振荡中心位置，获得暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面，记为T；
针对S下F清除后的电网运行方式，以T为割集将电网分割为两个连通网络，确定分别并网于两个连通网络的新能源场站组成的集合，记为M和N；
根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标；
所述根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标包括：
若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，通过公式(1)计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标，否则，通过公式(2)计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标；
Figure FDA0003719628540000011
Figure FDA0003719628540000012
式中，γi为S下针对F的M、N中新能源场站i的暂态功角稳定性能指标，Pi.0为S下M、N中新能源场站i的并网有功，Pi()为S下F发生后t时刻M、N中新能源场站i的并网有功；
ts为发电机主导模式等值功角曲线中功角的第一个极值点所对应的时刻，当发电机主导模式等值功角曲线中有动态鞍点时，将动态鞍点所对应的时刻记为tu，当发电机主导模式等值功角曲线中没有动态鞍点时，将发电机主导模式等值功角曲线中等值功角达到设定值的时刻记为tu。
2.根据权利要求1所述的一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计方法，其特征是，暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面为由振荡中心所在支路组成的支路组合。
3.一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计系统，其特征是，包括暂态功角稳定量化评估模块、振荡中心关联断面计算模块、新能源场站网络计算模块和暂态功角稳定性能指标计算模块；
暂态功角稳定量化评估模块，用于基于扩展等面积准则针对电网运行方式S进行预想故障F下的暂态功角稳定量化评估，得到F的暂态功角稳定裕度、发电机主导模式；
振荡中心关联断面计算模块，用于确定与发电机主导模式对应的振荡中心位置，获得暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面，记为T；
新能源场站网络计算模块，针对S下F清除后的电网运行方式，以T为割集将电网分割为两个连通网络，确定分别并网于两个连通网络的新能源场站组成的集合，记为M和N；
暂态功角稳定性能指标计算模块，根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标；
暂态功角稳定性能指标计算模块中，所述根据暂态功角稳定裕度分不同情况，分别计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标包括：
若F的暂态功角稳定裕度大于等于0，通过公式(1)计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标，否则，通过公式(2)计算S下针对F的M、N中新能源场站的暂态功角稳定性能指标；
Figure FDA0003719628540000031
Figure FDA0003719628540000032
式中，γi为S下针对F的M、N中新能源场站i的暂态功角稳定性能指标，Pi.0为S下M、N中新能源场站i的并网有功，Pi()为S下F发生后t时刻M、N中新能源场站i的并网有功，
ts为发电机主导模式等值功角曲线中功角的第一个极值点所对应的时刻，当发电机主导模式等值功角曲线中有动态鞍点时，将动态鞍点所对应的时刻记为tu，当发电机主导模式等值功角曲线中没有动态鞍点时，将发电机主导模式等值功角曲线中等值功角达到设定值的时刻记为tu。
4.根据权利要求3所述的一种新能源场站的暂态功角稳定性能指标设计系统，其特征是，振荡中心关联断面计算模块中，暂态功角稳定主导模式振荡中心关联断面为由振荡中心所在支路组成的支路组合。
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