CN111478338B - 新能源低压无功电流系数优化方法、系统和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了新能源低穿无功参数优化方法、系统和存储介质。方法包括计算各新能源场站在选定交直流故障下直流和特定交流断面的输电能力以及特定交流断面的最大载流能力；改变各新能源场站低穿无功电流系数，计算各新能源场站无功电流系数变化后的交直流总输电能力变化的灵敏度指标值并据此将各新能源场站分群；以最大化直流断面及特定交流断面的总输电能力为优化目标，根据分群结果对所有场站新能源无功电流系数优化调整。本发明实现了协调优化各场站新能源无功电流系数，提高电网交直流总输电能力，为电网的调度运行提供决策指导。
Description
技术领域
本发明涉及新能源低压无功电流系数优化方法，属于电力系统运行控制技术领域。
背景技术
随着高占比新能源特高压直流外送模式的发展，特高压直流与新能源耦合关系愈加紧密，同时由于常规机组的占比降低，导致系统动态无功电压调节能力下降。因此同一区域电网由于直流的换相失败故障导致的新能源暂态过电压问题以及交流故障导致的低电压悬浮或电压崩溃的问题并存。多类型的交直流故障形式导致不同的暂态过电压或低电压稳定问题，使得电网对新能源低穿期间的无功功率控制提出更高的要求。
新能源机组的控制器中，无功电流系数可控制低穿期间新能源发出的无功电流大小，从而直接控制新能源机组暂态过程中发出的无功功率，通常同一区域电网的新能源无功电流系数均采用典型模型下的默认参数。但分析表明，不同位置新能源无功电流系数对于故障后新能源暂态电压升高及电网低电压问题有重要影响。主要技术特性表现在：直流换相失败过程中，送端系统电压呈现“先降低后升高”的特性。电压降低时，新能源机组在电网低电压状态下进入低穿状态，发出无功功率支撑电网电压；电压升高时，直流滤波器的过剩无功与新能源无功出力的叠加，将造成严重的新能源机组暂态过电压问题，约束直流输电能力。若减小无功电流系数，降低新能源暂态无功支撑量，对交流故障过程中系统低电压及电压崩溃问题带来不利影响，约束交流输电能力。基于上述特性，计及不同电压稳定问题约束的新能源无功电流系数优化成为越来越重要的关注点。
目前，有关新能源无功电流系数优化的研究还缺乏全面、深入及系统性的方法，大多电网仿真分析中不考虑新能源暂态无功支撑，少数仅考虑典型参数下的电网电压稳定特性，忽略了不同电压稳定问题的约束，无法实现电网交直流输电最大化。
发明内容
本发明的目的在于解决以上技术问题，即目前电网仿真分析中大多有关新能源无功电流系数优化的研究不考虑新能源暂态无功支撑，少数仅考虑典型参数下的电网电压稳定特性，忽略了不同电压稳定问题的约束，无法实现电网交直流输电最大化，提供新能源低压无功电流系数优化方法、系统和存储介质。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一方面，本发明提供新能源低穿无功参数优化方法，包括以下步骤：
根据预先建立的交直流预想故障集，通过时域仿真分析分别计算各新能源场站在选定交直流故障下直流和特定交流断面的输电能力并计算故障下特定交流断面的最大载流能力；
改变各新能源场站低穿无功电流系数，通过时域仿真分析分别重新确定各新能源场站在选定交直流故障下直流和特定交流断面的输电能力；
根据各新能源场站在选定故障下改变无功电流系数前后直流及特定交流断面的输电能力，结合特定交流断面最大载流能力及预先确定的直流额定功率，计算各新能源场站无功电流系数变化后的交直流总输电能力变化的灵敏度指标值；
根据获得的灵敏度指标值将各新能源场站分群；
以最大化直流断面及特定交流断面的总输电能力为优化目标，根据分群结果对所有场站新能源无功电流系数优化调整。
在本申请的第二方面，本发明提供了新能源低穿无功参数优化系统，其特征在于，包括：
初始参数确定模块，用于根据预先建立的交直流预想故障集，通过时域仿真分析分别计算各新能源场站在选定交直流故障下直流和特定交流断面的输电能力并计算故障下特定交流断面的最大载流能力；
新能源场站灵敏度指标值计算模块，用于改变各新能源场站低穿无功电流系数，通过时域仿真分析分别重新确定各新能源场站在选定交直流故障下直流和特定交流断面的输电能力；根据各新能源场站在选定故障下改变无功电流系数前后直流及特定交流断面的输电能力，结合特定交流断面最大载流能力及预先确定的直流额定功率，计算各新能源场站无功电流系数变化后的交直流总输电能力变化的灵敏度指标值；
新能源场站分群模块，用于根据获得的灵敏度指标将各新能源场站分群；
无功电流系数优化调整模块，用于以最大化直流断面及特定交流断面的总输电能力为优化目标，根据分群结果对所有场站新能源无功电流系数优化调整。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如以上技术方案提高的所述新能源低穿无功参数优化方法的步骤。
有益技术效果：
本发明适于应用在高占比新能源直流外送系统中，针对不同电压稳定问题约束，建立新能源低穿期间无功电流系数关于交直流输电能力变化的灵敏度指标，基于该指标将新能源场站分群；以最大化交直流总输电能力为优化目标，协调优化各场站新能源无功电流系数，提高电网交直流总输电能力，为电网的调度运行提供决策指导；
本发明通过建立新能源低穿期间无功电流系数关于交直流输电能力变化的灵敏度指标，基于该指标将新能源场站分群，按照摄动正方向和摄动反方向调整调节分群新能源场站的低穿无功电流系数，使低穿无功电流系数调节更加合理，有利于提高电网交直流总输电能力。
附图说明
图1为本发明方法的工作流程图。
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。
实施例一、本发明提供新能源低压无功电流系数优化方法，参见图1，包括以下步骤：
步骤1，获取电网信息。通过调度数据网获取机电暂态仿真数据，关键断面限额，直流系统电力汇集关键断面、新能源场站地点及汇集容量，直流额定功率P直0。
步骤2，建立交直流预想故障集并筛选交直流关键故障形式及断面，计算严重故障下直流及关键交流断面的送出能力，并计算交流关键断面的最大载流能力。需要说明的是交流关键断面的最大载流能力的计算方法根据国标中相关说明实现，为本领域的公知常识，不再详细说明。
所述交直流预想故障集需根据电力系统安全稳定控制技术导则进行建立，通过时域仿真分析预想故障集下导致新能源暂态压升最高的直流故障和导致直流系统暂态电压跌落最严重(即电压跌落压差最大的情况)的交流故障和选定的关键断面，同时计算此严重故障下该系统的直流及关键交流断面总输电能力PT＝P交+P直。在电网不采取稳定措施，必须保持电力系统稳定运行和电网正常供电的故障下，计算交流断面最大载流能力P0。其中P交为新能源场站i在选定交流故障下未改变无功电流系数特定断面的输电能力，P直为新能源场站i在选定直流故障下未改变无功电流系数直流系统的输电能力,PT为新能源场站i在选定交直流故障下未改变无功电流系数直流及关键交流断面的总送输电能力。
步骤3，将新能源场站编号并设置新能源无功电流系数上下限。具体为根据新能源场站地点以及新能源电力汇集相关信息，将每个新能源场站进行编号，记为i(i＝1,2,…,N)，N为系统新能源场站个数，同时根据不同新能源机组自身特性设置新能源无功电流系数调节上下限值Kimin、Kimax。
步骤4，计算新能源无功电流系数变化导致交直流输电能力变化的灵敏度指标。具体为：
41)在新能源无功电流系数调节上下限值范围内，增加或减小场站i的新能源无功电流调节系数Ki，计算增加或减小Ki后在严重故障下直流及关键交流断面的送出能力Pi交，Pi直；
42)计算场站i的新能源无功电流调节系数变化导致交直流总输电能力变化的灵敏度指标：
其中，若Pi交＞P0，则令Pi交＝P0；若Pi直＞P直0，则令Pi直＝P直0；P直0为直流系统额定输电功率，P0为特定交流断面最大载流能力，αi为第i个新能源场站的灵敏度指标值，P交为选定故障下特定交流断面的输电能力，P直为选定故障下直流输电能力，ΔKi为无功电流系数变化量，Pi交为新能源场站i在选定故障下改变无功电流系数后特定交流断面的输电能力，Pi直为新能源场站i在选定故障下改变无功电流系数后直流输电能力。
步骤5，根据指标将新能源场站分群。通过对步骤42)计算出的灵敏度αi与0之间的大小关系，将不同的新能源场站进行分区处理：
若αi＝0，将此类新能源场站划分至群1；
若αi＜0，将此类新能源场站划分至群2；
若αi＞0，将此类新能源场站划分至群3；
步骤6，设置无功电流系数调节步长(就是无功电流系数变化量)，并对进行所有场站新能源无功电流系数优化调整。具体为：
(61)根据实际电网特性及实际仿真经验，设置无功电流系数调节步长ΔKi；
(62)按照仿真步长，同时向摄动正方向调整群2的新能源无功电流系数，向摄动反方向调整群3的新能源无功电流系数，不调整群1的新能源无功电流系数；
(63)比较修改后的无功电流系数Ki与上下限值的关系：
若Kimin≤Ki≤Kimax，则进入步骤(64)；
若Ki＜Kimin或Kimax＜Ki，则流程结束，输出优化后的新能源无功电流系数；
(64)重新计算一个无功电流系数调整步长后交直流总输电能力P'T；
(65)比较PT'与PT的大小：
若P'T≤PT，则流程结束，输出优化后的新能源无功电流系数；
若P'T＞PT，则进入步骤(62)。
本发明通过建立新能源低穿期间无功电流系数关于交直流输电能力变化的灵敏度指标，基于该指标将新能源场站分群，按照摄动正方向和摄动反方向调整调节分群新能源场站的低穿无功电流系数，使低穿无功电流系数调节更加合理，有利于提高电网交直流总输电能力。
可选地步骤6之后还包括步骤7，输出优化后所有新能源无功电流系数值。
本发明提供的新能源低压无功电流系数优化方法和系统适用于在高占比新能源直流外送系统中，针对不同电压稳定问题约束，建立新能源低穿期间无功电流系数关于交直流输电能力变化的灵敏度指标，基于该指标将新能源场站分群。以最大化交直流总输电能力为优化目标，协调优化各场站新能源无功电流系数，提高电网交直流总输电能力，为电网的调度运行提供决策指导。
实施例二、与上述实施例提供的新能源低压无功电流系数优化方法相对应的，本实施例提供新能源低压无功电流系数优化系统，包括：初始参数确定模块，用于根据预先建立的交直流预想故障集，通过时域仿真分析分别计算各新能源场站在选定交直流故障下直流和特定交流断面的输电能力并计算故障下特定交流断面的最大载流能力；
新能源场站灵敏度指标值计算模块，用于改变各新能源场站低穿无功电流系数，通过时域仿真分析分别重新确定各新能源场站在选定交直流故障下直流和特定交流断面的输电能力；根据各新能源场站在选定故障下改变无功电流系数前后直流及特定交流断面的输电能力，结合特定交流断面最大载流能力及预先确定的直流额定功率，计算各新能源场站无功电流系数变化后的交直流总输电能力变化的灵敏度指标值；
新能源场站分群模块，用于根据获得的灵敏度指标将各新能源场站分群；
无功电流系数优化调整模块，用于以最大化直流断面及特定交流断面的总输电能力为优化目标，根据分群结果对所有场站新能源无功电流系数优化调整。
通过本实施例，本发明针对不同电压稳定问题约束，新能源场站灵敏度指标值计算模块建立新能源低穿期间无功电流系数关于交直流输电能力变化的灵敏度指标，新能源场站分群模块基于该指标将新能源场站分群；无功电流系数优化调整模块以最大化交直流总输电能力为优化目标，协调优化各场站新能源无功电流系数，提高电网交直流总输电能力，为电网的调度运行提供决策指导；
本发明通过建立新能源低穿期间无功电流系数关于交直流输电能力变化的灵敏度指标，基于该指标将新能源场站分群，按照摄动正方向和摄动反方向调整调节分群新能源场站的低穿无功电流系数，使低穿无功电流系数调节更加合理，有利于提高电网交直流总输电能力。
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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.新能源低穿无功参数优化方法，其特征在于：包括以下步骤：
根据预先建立的交直流预想故障集，计算各新能源场站在选定交直流故障下直流和交流关键断面的输电能力并计算故障下交流关键断面的最大载流能力；
改变各新能源场站低穿无功电流系数，重新确定各新能源场站在选定交直流故障下直流和交流关键断面的输电能力；
根据各新能源场站在选定故障下改变无功电流系数前后直流及交流关键断面的输电能力，结合交流关键断面最大载流能力及预先确定的直流额定功率，计算各新能源场站无功电流系数变化后的交直流总输电能力变化的灵敏度指标值；
根据获得的灵敏度指标值将各新能源场站分群；
以最大化直流断面及交流关键断面的总输电能力为优化目标，根据分群结果对所有场站新能源无功电流系数优化调整。
2.根据权利要求1所述的新能源低穿无功参数优化方法，其特征在于：根据预先建立的交直流预想故障集，通过时域仿真分析分别计算选定交直流故障下直流和交流关键断面的输电能力包括：
通过时域仿真分析预想故障集下导致新能源暂态压升最高的直流故障和导致直流系统暂态电压跌落最大的交流故障和交流关键断面，同时计算此故障下该系统的直流及交流关键断面总送输电能力PT＝P交+P直，其中P交为新能源场站i在选定交流故障下未改变无功电流系数交流关键断面的输电能力，P直为新能源场站i在选定直流故障下未改变无功电流系数直流系统的输电能力。
3.根据权利要求1所述的新能源低穿无功参数优化方法，其特征在于：改变新能源场站低穿无功电流系数，通过时域仿真分析分别重新确定选定交直流故障下直流和交流关键断面的输电能力包括：
通过修改新能源低穿无功电流系数，重新计算选定交直流故障下直流和交流关键断面的输电能力PiT＝Pi交+Pi直，其中，Pi交为新能源场站i在选定故障下改变无功电流系数后交流关键断面的输电能力，Pi直为新能源场站i在选定故障下改变无功电流系数后直流输电能力。
4.根据权利要求1所述的新能源低穿无功参数优化方法，其特征在于：计算各新能源场站无功电流系数变化后的交直流总输电能力变化的灵敏度指标值的方法包括：采用如下计算公式计算所述灵敏度指标值：
其中，若Pi交＞P0，则令Pi交＝P0；若Pi直＞P直0，则令Pi直＝P直0；P直0为直流系统额定输电功率，P0为交流关键断面最大载流能力，αi为第i个新能源场站的灵敏度指标值，P交为新能源场站i在选定交流故障下未改变无功电流系数交流关键断面的输电能力，P直为新能源场站i在选定直流故障下未改变无功电流系数直流系统的输电能力，ΔKi为无功电流系数变化量，Pi交为新能源场站i在选定故障下改变无功电流系数后交流关键断面的输电能力，Pi直为新能源场站i在选定故障下改变无功电流系数后直流输电能力。
5.根据权利要求1所述的新能源低穿无功参数优化方法，其特征在于：根据获得的灵敏度指标值将各新能源场站分群的方法具体包括：若αi等于0，将此类新能源场站划分至群1；若αi小于0，将此类新能源场站划分至群2；若αi大于0，将此类新能源场站划分至群3，其中αi为第i个新能源场站的灵敏度指标值。
6.根据权利要求5所述的新能源低穿无功参数优化方法，其特征在于：以最大化直流断面及交流关键断面的总输电能力为优化目标，根据分群结果对所有场站新能源无功电流系数优化调整的方法包括：
(1)设置第i个新能源场站的无功电流系数变化量ΔKi；按照设置的无功电流系数调节步长，同时向摄动正方向调整群2的新能源无功电流系数，向摄动反方向调整群3的新能源无功电流系数，不调整群1的新能源无功电流系数；
(2)比较修改后的无功电流系数Ki与上下限值的关系：
若Kimin≤Ki≤Kimax，则进入步骤(3)；
若Ki＜Kimin或Kimax＜Ki，则流程结束，输出优化后的新能源无功电流系数；
(3)重新计算一个无功电流系数调整步长后交直流总输电能力P′T；
(4)比较P′T与PT的大小：
若P′T≤PT，则流程结束，输出优化后的新能源无功电流系数；
若P′T＞PT，则进入步骤(2)；
其中Kimin为第i个新能源场站的无功电流系数的下限，Kimax为第i个新能源场站的无功电流系数的上限，PT为特定故障未改变无功电流系数下直流及交流关键断面的总输电能力，P′T为无功电流系数修改后的直流及交流关键断面的总输电能力。
7.新能源低穿无功参数优化系统，其特征在于，包括：
初始参数确定模块，用于根据预先建立的交直流预想故障集，通过时域仿真分析分别计算各新能源场站在选定交直流故障下直流和交流关键断面的输电能力并计算故障下交流关键断面的最大载流能力；
新能源场站灵敏度指标值计算模块，用于改变各新能源场站低穿无功电流系数，通过时域仿真分析分别重新确定各新能源场站在选定交直流故障下直流和交流关键断面的输电能力；根据各新能源场站在选定故障下改变无功电流系数前后直流及交流关键断面的输电能力，结合交流关键断面最大载流能力及预先确定的直流额定功率，计算各新能源场站无功电流系数变化后的交直流总输电能力变化的灵敏度指标值；
新能源场站分群模块，用于根据获得的灵敏度指标将各新能源场站分群；
无功电流系数优化调整模块，用于以最大化直流断面及交流关键断面的总输电能力为优化目标，根据分群结果对所有场站新能源无功电流系数优化调整。
8.根据权利要求7所述的新能源低穿无功参数优化系统，其特征在于，所述初始参数确定模块通过时域仿真分析预想故障集下导致新能源暂态压升最高的直流故障和导致直流系统暂态电压跌落压差最大的交流故障和交流关键断面，同时计算此故障下直流及交流关键断面的总送输电能力PiT＝Pi交+Pi直，其中Pi交为新能源场站i在选定交流故障下未改变无功电流系数交流关键断面的输电能力，Pi直为新能源场站i在选定直流故障下未改变无功电流系数直流系统的输电能力。
9.根据权利要求7所述的新能源低穿无功参数优化系统，其特征在于，所述新能源场站分群模块包括灵敏度指标值计算模块，所述灵敏度指标值计算模块
采用如下计算公式计算所述灵敏度指标值：
其中，若Pi交＞P0，则令Pi交＝P0；若Pi直＞P直0，则令Pi直＝P直0；P直0为直流系统额定输电功率，P0为交流关键断面最大载流能力，αi为第i个新能源场站的灵敏度指标值，P交为新能源场站i在选定交流故障下未改变无功电流系数交流关键断面的输电能力，P直为新能源场站i在选定直流故障下未改变无功电流系数直流系统的输电能力，ΔKi为无功电流系数变化量，Pi交为新能源场站i在选定故障下改变无功电流系数后交流关键断面的输电能力，Pi直为新能源场站i在选定故障下改变无功电流系数后直流输电能力。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～6任意一项权利要求所述方法的步骤。
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