CN110729757B - 一种用于确定近直流落点风电场并网容量的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于确定近直流落点风电场并网容量的方法及系统,属于电力系统技术领域。本发明方法,包括:仿真获取风力发电系统风电场公共连接点和特高压直流落点交流母线短路容量、风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比;获取风力发电系统风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗;获取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值以及直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值;获取电压波动仿真值;获取近直流落点风电场并网容量。本发明通过理论计算与实际仿真的对比分析,可有效合理的判断出一个直流近区电网的风电消纳能力,为合理确定风电的规模等问题提供参考判断依据。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,并且更具体地,涉及一种用于确定近直流落点风电场并网容量的系统及方法。
背景技术
风力发电其固有的随机波动性、电力电子拓扑结构的复杂非线性及多时间尺度的时变性使得超高占比风电场对电网的功角稳定、电压稳定及频率稳定等方面都产生了显著的影响。风电注入系统将会改变电网原有的潮流分布、线路传输功率及整个系统的惯量。随着风电穿透功率的不断提升,合理确定风电场的容量成为亟待解决的问题。同时,由于直流的接入,受端的电压支撑能力对直流换向失败以及直流闭锁后系统的稳定性影响较大。因而风电的集中馈入和直流的接入有着交互影响。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种用于确定近直流落点风电场并网容量的方法,包括:
仿真获取风力发电系统风电场公共连接点和特高压直流落点交流母线短路容量、风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比;
获取风力发电系统风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗;
根据所述风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比、风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗,获取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值以及直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值;
对风力发电系统风电场施加渐进风扰动,仿真风力发电系统风电场并网母线、直流高/低端换流母线电压波动情况,获取电压波动仿真值;
取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值和直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值的最小值,与电压波动仿真值进行相互验证,当最小值小于5%时,取最小值与电压波动仿真值中的较小值,获取近直流落点风电场并网容量。
可选的,风电场短路比的获取公式如下:
其中,Pi为风电场额定容量,Si为风电场接入系统连接点的短路容量。
可选的,直流高低端换流母线有效短路比的获取公式如下:
其中,Sjac为直流换流母线的系统短路容量,PjdN为直流的额定输送容量,Qc为换流站交流母线电压为额定值时,直流系统在换流母线装设的交流滤波器和电容器等无功补偿设备的无功出力。
可选的,风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值M风i直j,获取公式如下:
K风i为风电场i短路比、E直j为直流换流母线j有效短路比、Z风ii为风电场i并网点的自阻抗和Zi风j直为风电场i并网点和直流换流母线j之间的互阻抗。
可选的,直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值M直i风j,获取公式如下:
K风j为风电场j短路比、E直i为直流换流母线j有效短路比、Z直ii为直流环流母线i的自阻抗和Zi直j风为风电场j并网点和直流换流母线i之间的互阻抗。
本发明还提供了一种用于确定近直流落点风电场并网容量的系统,包括:
第一参数获取模块,仿真获取风力发电系统风电场公共连接点和特高压直流落点交流母线短路容量、风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比;
第二参数获取模块,获取风力发电系统风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗;
第三参数获取模块,根据所述风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比、风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗,获取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值以及直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值;
仿真模块,对风力发电系统风电场施加渐进风扰动,仿真风力发电系统风电场并网母线、直流高/低端换流母线电压波动情况,获取电压波动仿真值;
对比模块,取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值和直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值的最小值,与电压波动仿真值进行相互验证,当最小值小于5%时,取最小值与电压波动仿真值中的较小值,获取近直流落点风电场并网容量。
可选的,风电场短路比的获取公式如下:
其中,Pi为风电场额定容量,Si为风电场接入系统连接点的短路容量。
可选的,直流高低端换流母线有效短路比的获取公式如下:
其中,Sjac为直流换流母线的系统短路容量,PjdN为直流的额定输送容量,Qc为换流站交流母线电压为额定值时,直流系统在换流母线装设的交流滤波器和电容器等无功补偿设备的无功出力。
可选的,风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值M风i直j,获取公式如下:
K风i为风电场i短路比、E直j为直流换流母线j有效短路比、Z风ii为风电场i并网点的自阻抗和Zi风j直为风电场i并网点和直流换流母线j之间的互阻抗。
可选的,直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值M直i风j,获取公式如下:
K风j为风电场j短路比、E直i为直流换流母线j有效短路比、Z直ii为直流环流母线i的自阻抗和Zi直j风为风电场j并网点和直流换流母线i之间的互阻抗。
本发明通过理论计算与实际仿真的对比分析,可有效合理的判断出一个直流近区电网的风电消纳能力,为合理确定风电的规模等问题提供参考判断依据。
附图说明
图1为本发明一种用于确定近直流落点风电场并网容量的方法流程图;
图2为本发明一种用于确定近直流落点风电场并网容量的方法实施例苏北海上风电接入图;
图3为本发明一种用于确定近直流落点风电场并网容量的方法实施例国华风电场并网母线电压变化曲线;
图4为本发明一种用于确定近直流落点风电场并网容量的方法实施例锡泰高端换流母线电压变化曲线;
图5为本发明一种用于确定近直流落点风电场并网容量的方法实施例锡泰低端换流母线电压变化曲线;
图6为本发明一种用于确定近直流落点风电场并网容量的系统结构图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式,然而,本发明可以用许多不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中,相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提供了一种用于确定近直流落点风电场并网容量的方法,如图1所示,包括:
仿真获取风力发电系统风电场公共连接点和特高压直流落点交流母线短路容量、风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比;
风电场短路比的获取公式如下:
其中,Pi为风电场额定容量,Si为风电场接入系统连接点的短路容量。
直流高低端换流母线有效短路比的获取公式如下:
其中,Sjac为直流换流母线的系统短路容量,PjdN为直流的额定输送容量,Qc为换流站交流母线电压为额定值时,直流系统在换流母线装设的交流滤波器和电容器等无功补偿设备的无功出力。
获取风力发电系统风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗;
根据所述风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比、风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗,获取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值以及直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值;
风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值M风i直j,获取公式如下:
K风i为风电场i短路比、E直j为直流换流母线j有效短路比、Z风ii为风电场i并网点的自阻抗和Zi风j直为风电场i并网点和直流换流母线j之间的互阻抗。
直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值M直i风j,获取公式如下:
K风j为风电场j短路比、E直i为直流换流母线j有效短路比、Z直ii为直流环流母线i的自阻抗和Zi直j风为风电场j并网点和直流换流母线i之间的互阻抗。
对风力发电系统风电场施加渐进风扰动,仿真风力发电系统风电场并网母线、直流高/低端换流母线电压波动情况,获取电压波动仿真值;
取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值和直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值的最小值,与电压波动仿真值进行相互验证,当最小值小于5%时,取最小值与电压波动仿真值中的较小值,获取近直流落点风电场并网容量。
以苏北为例,苏北海上风电接入情况如图2所示,江苏海上风电主要集中在北部的盐城、南通地区,预计2020年苏北盐城和南通近海并网风电总规模为7200MW,呈现大范围分散分布,并网点均为220kV,分布在东凌、龙海、华启、东台、国华、龙源、鲁东、大丰、滨海220kV母线。盐城、南通近区落入±800kV锡泰直流,锡泰直流额定容量为10000MW,采用分层馈入结构,高低端额定容量均为5000MW。
基于2020年江苏电网典型大方式,仿真得到海上风电公共连接点和特高压直流落点交流母线短路容量,并计算各风电场短路比及锡泰直流高低端换流母线有效短路比,结果见表所示。其中盐城地区东台和国华风电场并网母线短路容量较小,风电场短路比相对较大。
表1
计算得各海上风电场并网母线和锡泰直流受端换流母线自阻抗,以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗,如表2和表3所示。
表2
表3
将短路比、自阻抗和互阻抗代入下式中,得到海上风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响评价指标以及直流落点无功波动对海上风电汇集站电压影响评价指标。
海上风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响评价指标M风i直j:
直流落点无功波动对海上风电汇集站电压影响评价指标M直i风j:
表4
表5
由上述计算可知,苏北电压支撑能力较强,海上风电场短路比均较小,锡泰直流逆变侧高低端有效短路比均较大。同时,由于风电场并入220kV母线,与直流落点电气距离较远,风电并网母线与直流受端换流母线间的互阻抗较小,因此苏北海上风电对直流影响评价指标、直流对海上风电影响评价指标均小于1%,表明苏北海上风电与锡泰直流交互作用甚微。
以国华风电场施加渐进风扰动为例,仿真国华风电场并网母线、锡泰高/低端换流母线电压波动情况如图3、图4和图5所示:
表6
表7
由以上算例可知,国华风电场与锡泰直流高低端的交互影响指标理论计算值和实际电压波动仿真值相接近,风电与直流交互影响评价指标可定量评估两者间的相互作用特性。风电场容量可根据风电与直流交互影响评价指标进行定量。
本发明还提供了一种用于确定近直流落点风电场并网容量的系统200,如图6所示,包括:
第一参数获取模块201,仿真获取风力发电系统风电场公共连接点和特高压直流落点交流母线短路容量、风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比;
风电场短路比的获取公式如下:
其中,Pi为风电场额定容量,Si为风电场接入系统连接点的短路容量。
直流高低端换流母线有效短路比的获取公式如下:
其中,Sjac为直流换流母线的系统短路容量,PjdN为直流的额定输送容量,Qc为换流站交流母线电压为额定值时,直流系统在换流母线装设的交流滤波器和电容器等无功补偿设备的无功出力。
第二参数获取模块202,获取风力发电系统风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗;
第三参数获取模块203,根据所述风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比、风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗,获取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值以及直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值;
风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值M风i直j,获取公式如下:
K风i为风电场i短路比、E直j为直流换流母线j有效短路比、Z风ii为风电场i并网点的自阻抗和Zi风j直为风电场i并网点和直流换流母线j之间的互阻抗。
直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值M直i风j,获取公式如下:
K风j为风电场j短路比、E直i为直流换流母线j有效短路比、Z直ii为直流环流母线i的自阻抗和Zi直j风为风电场j并网点和直流换流母线i之间的互阻抗。
仿真模块204,对风力发电系统风电场施加渐进风扰动,仿真风力发电系统风电场并网母线、直流高/低端换流母线电压波动情况,获取电压波动仿真值;
对比模块205,取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值和直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值的最小值,与电压波动仿真值进行相互验证,当最小值小于5%时,取最小值与电压波动仿真值中的较小值,获取近直流落点风电场并网容量。
本发明通过理论计算与实际仿真的对比分析,可有效合理的判断出一个直流近区电网的风电消纳能力,为合理确定风电的规模等问题提供参考判断依据。
Claims (6)
1.一种用于确定近直流落点风电场并网容量的方法,所述方法包括:
仿真获取风力发电系统风电场公共连接点和特高压直流落点交流母线短路容量、风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比;
获取风力发电系统风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗;
根据所述风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比、风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗,获取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值以及直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值;
所述风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值M风i直j,获取公式如下:
K风i为风电场i短路比、E直j为直流换流母线j有效短路比、Z风ii为风电场i并网点的自阻抗和Z风i直j为风电场i并网点和直流换流母线j之间的互阻抗;
所述直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值M直i风j,获取公式如下:
K风j为风电场j短路比、E直i为直流换流母线i有效短路比、Z直ii为直流环流母线i的自阻抗和Z直i风j为风电场j并网点和直流换流母线i之间的互阻抗;
对风力发电系统风电场施加渐进风扰动,仿真风力发电系统风电场并网母线、直流高/低端换流母线电压波动情况,获取电压波动仿真值;
取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值和直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值的最小值,与电压波动仿真值进行相互验证,当最小值小于5%时,取最小值与电压波动仿真值中的较小值,获取近直流落点风电场并网容量。
4.一种用于确定近直流落点风电场并网容量的系统,所述系统包括:
第一参数获取模块,仿真获取风力发电系统风电场公共连接点和特高压直流落点交流母线短路容量、风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比;
第二参数获取模块,获取风力发电系统风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗;
第三参数获取模块,根据所述风电场短路比和直流高低端换流母线有效短路比、风电场并网母线自阻抗、直流受端换流母线自阻抗以及风电并网母线和直流换流母线间的互阻抗,获取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值以及直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值;
所述风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值M风i直j,获取公式如下:
K风i为风电场i短路比、E直j为直流换流母线j有效短路比、Z风ii为风电场i并网点的自阻抗和Z风i直j为风电场i并网点和直流换流母线j之间的互阻抗;
所述直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值M直i风j,获取公式如下:
K风j为风电场j短路比、E直i为直流换流母线i有效短路比、Z直ii为直流环流母线i的自阻抗和Z直i风j为风电场j并网点和直流换流母线i之间的互阻抗;
仿真模块,对风力发电系统风电场施加渐进风扰动,仿真风力发电系统风电场并网母线、直流高/低端换流母线电压波动情况,获取电压波动仿真值;
对比模块,取风电无功波动对直流逆变侧交流母线电压影响指标值和直流落点无功波动对风电汇集站电压影响指标值的最小值,与电压波动仿真值进行相互验证,当最小值小于5%时,取最小值与电压波动仿真值中的较小值,获取近直流落点风电场并网容量。
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