CN111478362B - 一种光伏电站和电网的一体化仿真方法、系统和存储介质 - Google Patents
一种光伏电站和电网的一体化仿真方法、系统和存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种光伏电站和电网的一体化仿真方法、系统和存储介质,方法包括将并网光伏电站的逆变器输出节点、滤波器节点以及并网点作为新增PQ注入节点;根据原来系统PQ节点和PV节点的注入有功功率偏差、新增PQ节点注入的有功功率无功功率、原系统PQ节点的电压幅值修正量以及原系统中除平衡节点外其他节点的相角修正量,构建状态变量值的修正方程并利用PQ分解法求解获得状态变量值的修正量;最终获得各个光伏电站并入电网后内部运行状态数据。本发明将光伏电站的设备融入到电网仿真之中,考虑了电网电压和相角对逆变器、滤波器和变压器的有功和无功的影响,由此可以获得准确的变电站内和电网的功率分布和运行状态。
Description
技术领域
本发明属于电力系统光伏并网仿真领域,特别涉及一种光伏电站和电网的一体化仿真方法、系统和存储介质。
背景技术
目前的计算机仿真计算分析含光伏并网的电网仿真时,为了简化分析,将并网点作为PQ节点,取近似估计值为并网节点的有功和无功注入,进行全网潮流计算后得出并网点的电压大小和相角,然后回带计算变压器和滤波器的功率损耗和逆变器的输出功率。由于光伏板输出的直流功率在逆变器上存在一定的损耗,且逆变器输出有功功率和无功功率在滤波器和变压器上都存在损耗,损耗的大小与滤波器、变压器的具体结构和并网点电压都有关系,且状态变量并网点电压未知,所以并网点的注入有功功率和无功功率无法准确获得。所以目前在处理光伏并网是将并网点作为PQ节点给出近似估计的并网点的注入有功功率和无功功率进行全网潮流计算的方法存在一定的误差。这种方法实质是把光伏电站和电网分解开来计算,忽略了电网电压和相角对逆变器、滤波器和变压器的有功和无功的影响。
发明内容
本发明旨在针对目前在处理光伏并网是将并网点作为PQ节点给出近似估计的并网点输出有功和无功功率进行全网潮流计算的方法存在一定的误差,这种方法实质是把光伏电站和电网分解开来计算,忽略了电网电压和相角对逆变器、滤波器和变压器的有功和无功的影响,本发明提出一种光伏电站和电网一体化仿真方法。
为实现上述技术目的,本发明采用以下技术方案。
本发明提供一种光伏电站和电网的一体化仿真方法,包括以下步骤:
一种光伏电站和电网的一体化仿真方法,所述方法包括以下步骤:
将并网光伏电站的逆变器输出节点、滤波器节点以及并网点作为新增PQ节点,获取新增PQ节点注入的有功功率偏差、新增PQ节点注入的无功功率偏差、原系统m个PQ节点的电压幅值修正量;
根据原来系统PQ节点和PV节点的注入有功功率偏差、新增PQ节点注入的有功功率偏差、新增PQ节点注入的无功功率偏差、原系统m个PQ节点的电压幅值修正量以及原系统中除平衡节点外其他节点的相角修正量,构建状态变量值的修正方程;
利用PQ分解法求解所构建的状态变量值的修正方程获得状态变量值的修正量;
根据状态变量值的修正量获得光伏电站并入电网后内部运行状态数据。
进一步地,光伏电站并入电网后各新增节点注入有功功率偏差ΔPi的表达式如下:
其中ΔPi为光伏电站并入电网后各新增PQ节点注入有功功率偏差即节点i注入有功功率偏差,Ui为节点i的电压幅值,Uj为节点j的电压幅值,Gij为节点i和节点j之间的电导,θij为节点i和节点j之间的相角差,Bij为节点i和节点j之间的电纳,PG,i为节点i设备注入有功功率,PD,i为负荷消耗有功功率。
再进一步地,当节点i为逆变器接入节点时,PG,i=Pinv,i=ηi·Ph,i,PD,i取0,其中,i为光伏电站编号,i=1,2,…,s,s为接入的光伏电站总数,Pinv,i为第i个光伏电站中逆变器的输出有功功率,ηi为第i各光伏电站中逆变器的效率,Nph,i为第i个光伏电站中逆变器的输入直流功率。
进一步地,光伏电站并入电网后各新增节点注入无功功率偏差的计算公式如下:
其中ΔQi为各新增PQ节点注入无功功率偏差,Ui为节点i的电压幅值,Uj为节点j的电压幅值,Gij为节点i和节点j之间的电导,θij为节点i和节点j之间的相角差,Bij为节点i和节点j之间的电纳,QG,i为节点i设备发出无功功率;QD,i为负荷消耗无功功率。
进一步地,当节点i为逆变器接入节点时,QD,i取0,其中i为光伏电站编号,i=1,2,…,s,s为接入的光伏电站总数,Qinv,i为第i个光伏电站中逆变器的输出无功功率,为第i个光伏电站的并网点电压,为第i个光伏电站的并网点电流相量。
构建的状态变量值的修正方程如下:
进一步地,根据状态变量值的修正量获得各个光伏电站并入电网后内部运行状态数据的方法如下:
其中向量Um为原系统m个PQ节点的电压幅值,向量U1为光伏电站1接入电网新增的所有节点电压幅值、向量Us为伏电站s接入电网新增的所有节点电压幅值、向量θn-1为原系统中除平衡节点外其他节点的相角,向量θ1为光伏电站1接入电网所有新增节点电压相角,向量θs为光伏电站s接入电网所有新增节点电压相角,
另一方面,本发明提供一种光伏电站和电网的一体化仿真系统,所述系统包括:新电网构建模块,用于将并网光伏电站的逆变器输出节点、滤波器节点以及并网点作为新增PQ节点;
参数获取模块,用于获取新增PQ节点注入的有功功率偏差、新增PQ节点注入的无功功率偏差和原系统m个PQ节点的电压幅值修正量;
模型建立和求解模块,用于根据原来系统PQ节点和PV节点的注入有功功率偏差、新增PQ节点注入的有功功率偏差和新增PQ节点注入的无功功率偏差、原系统m个PQ节点的电压幅值修正量以及原系统中除平衡节点外其他节点的相角修正量构建状态变量值的修正方程,利用PQ分解法求解所构建的修正方程获得状态变量值的修正量;根据确定的状态变量值的修正量获得各个光伏电站并入电网后内部运行状态数据。
本发明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供的方法的步骤。
有益技术效果:
本发明通过增加逆变器节点、滤波器节点和变压器节点等节点,扩大电网仿真涉及节点及支路的范围,将光伏电站的设备融入到电网仿真之中,作为电网的一部分,将光伏电站和电网作为一个整体去分析计算,考虑了电网电压和相角对逆变器、滤波器和变压器的有功和无功的影响,由此可以获得准确的变电站内和电网的功率分布和运行状态。
附图说明
图1是本发明具体实施例有s座光伏电站接入电网的示意图;
图2是本发明具体实施例增加光伏电站设备后组成的新电网结构示意图;
图3是本发明具体实施例的结构示意图;
图4是本发明具体实施例的计算结果图。
具体实施方式
为更好地理解本发明,以下给出名词解释:
PQ节点:这类节点的有功功率P和无功功率Q是给定的,节点电压和相位(V,δ)是待求量。
PV节点:这类节点的有功功率P和电压幅值V是给定的,节点的无功功率Q和电压相位δ是待求量,这类节点必须有足够的可调无功容量,用以维持给定的电压幅值,因而又称之为“电压控制节点”。
平衡节点的电压幅值和相位是给定的,而其注入有功功率和无功功率是待求量。
本发明提出一种光伏电站和电网一体化仿真方法,通过增加逆变器节点、滤波器节点和变压器节点等节点,扩大电网仿真涉及节点及支路的范围,将光伏电站的设备融入到电网仿真之中,作为电网的一部分,将光伏电站和电网作为一个整体去分析计算电网潮流分布和运行状态。由于电网中的变压器可以作为线性元件,常用的电网LCL滤波器也为线性元件,所以滤波器和变压器完全可以作为电网的一部分,与原电网组成新的线性网络。逆变器输出节点作为PQ注入节点处理,光伏出力Pph和并网电流作为控制变量,可得逆变器输出功率其他像滤波器和变压器新增的节点可以视为联络节点,注入功率为0。
具体实施例提供的一种光伏电站和电网一体化仿真方法包括以下步骤:
1.确定光伏电站并入的大电网的网络结构、节点类型及参数,假定未接入光伏前原系统中有n个节点,其中m个PQ节点,1个平衡接点,其余为PV节点;所述光伏电站包括光伏板、逆变器、滤波器和变压器,所述光伏板依次连接逆变器、滤波器和变压器后连接到电网;
2.确定光伏电站数量s和他们的并网点1至并网点s;
3.确定各个光伏电站的逆变器和滤波器参数;
5.接入第i个光伏电站后在并网侧新增ki个节点,光伏接入系统后,新增个节点,光伏接入后新增节点全部作为PQ节点处理。但是由于逆变器输出节点的无功Qinv,i无法确定,所以逆变器节点只能作为P节点处理。
其中,ΔPi为光伏电站并入电网后各新增节点注入有功功率偏差,ΔQi为光伏电站并入电网后各新增节点注入无功功率偏差;PG,i,QG,i为设备发出的有功功率和无功功率;PD,i,QD,i为负荷消耗功率。当节点i为逆变器接入节点时,PG,i=Pinv,i=ηi·Pph,i,PD,i=QD,i=0,其中Pph,i为光伏板传输到逆变器的直流功率,Qinv,i逆变器输出的交流无功功率。
根据第i个光伏电站的光照和温度可以得出光伏板传输到逆变器的直流功率Pph,i,这里的Pph,i为已知量。
求出逆变器输出的交流有功功率:Pinv,i=ηi·Pph,i i=1,2,…,s,其中,Pinv,i为第i个逆变器的输出有功功率,ηi为第i个逆变器的效率,Pph,i为第i个逆变器的输入直流功率。逆变器输出的交流无功功率Qinv,i目前无法求出具体数值,它受并网点电压和电流的影响,其中,Qinv,i为第i个逆变器的输出的无功功率,分别为第i个光伏电站的并网点电压和电流相量。此时的ΔPi和ΔQi共有个方程组,但是新电网有个节点,有个待求变量,由于约束不够此时无法进行求解,必须寻找新的约束条件。
7.在光伏并网时,通过对逆变器的控制,使得并网点注入电流跟踪并网点电压使得的大小和相位与形成固定的关系,可以表示为此时可以根据和可以求得和它的相邻节点电压之间的关系。其中表示与并网点的相邻的光伏电站侧节点,z为相邻节点之间的阻抗。对于每个光伏并网节点均可列出可以列出s个方程。加上ΔPi和ΔQi的个方程组,总共可以列出个方程组,与未知数相等,故可以求解出所有未知量。
8.采用牛顿拉夫逊法求解此方程组,状态变量值的修正方程如下:
获得各个光伏电站并入电网后内部运行状态数据的方法如下:
上述过程为多个光伏电站同时接入电网的一般化系统分析方法,下面给出一个简单的算例(一个光伏电站接入三节点电网系统)。
实施例如图3所示,一座光伏内部含有滤波器和隔离变压器的光伏电站经节点1接入电网。电网包含三个节点,节点1为PQ母线,负荷功率为P1+jQ1=2+j1;节点2是PV母线,有功注入P2=0.5,节点电压给定值为1.01;节点3是Vθ母线,电压是V3=1.0∠0°。控制变量:逆变器输入有功P6=4.07,并网电流I41=4.16,相位比落后3°。滤波器参数:X1=0.001,X2=0.0015,Y1=0.0005+j0.03,变压器参数:Zm=30+j160,RT=0.01,XT=0.25。
光伏接入电网后原3节点系统扩充到6节点,4,5节点做常规PQ节点出力,他们的注入功率均为0,6节点较为特殊,光伏逆变器输出的交流功率P6=4.07已知,但它的无功注入和电压均为代求变量,此时进行潮流计算时,节点6缺少一个未知量,相应的ΔQi方程缺少一个,无法求解。但是控制变量注入电流大小已知,它和节点1电压相量的相位关系已知,所以可以利用此条件求出节点4和节点1之间的关系此时方程数与未知数个数相等,可以进行求解。其中,表示节点i的电压向量,表示节点i流向节点j的电流,表示节点i对地电流。计算结果如图4所示。实施例:一种光伏电站和电网的一体化仿真系统,所述光伏电站包括光伏板、逆变器、滤波器和变压器,所述光伏板依次连接逆变器、滤波器和变压器后连接到电网;所述系统包括:
新电网构建模块,用于将并网光伏电站的逆变器输出节点、滤波器节点以及并网点作为新增PQ节点;
参数获取模块,用于获取新增PQ节点注入的有功功率偏差、新增PQ节点注入的无功功率偏差和原系统PQ节点的电压幅值修正量;
模型建立和求解模块,用于根据原来系统PQ节点和PV节点的注入有功功率偏差、新增PQ节点注入的有功功率偏差和新增PQ节点注入的无功功率偏差、原系统PQ节点的电压幅值修正量以及原系统中除平衡节点外其他节点的相角修正量构建状态变量值的修正方程,利用PQ分解法求解所构建的修正方程获得状态变量值的修正量;根据确定的状态变量值的修正量获得各个光伏电站并入电网后内部运行状态数据。
需要说明的是,本实施例各个模块的实现方法如上述技术方案所述,在此不再赘述。
本发明通过增加逆变器节点、滤波器节点和变压器节点等节点,扩大电网仿真涉及节点及支路的范围,将光伏电站的设备融入到电网仿真之中,作为电网的一部分,将光伏电站和电网作为一个整体去分析计算,由此可以获得准确的变电站内和电网的功率分布和运行状态。
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)
1.一种光伏电站和电网的一体化仿真方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
将并网光伏电站的逆变器输出节点、滤波器节点以及并网点作为新增PQ节点,获取新增PQ节点注入的有功功率偏差、新增PQ节点注入的无功功率偏差和原系统PQ节点的电压幅值修正量;
根据原系统PQ节点和PV节点的注入有功功率偏差、新增PQ节点注入的有功功率偏差、新增PQ节点注入的无功功率偏差、原系统PQ节点的电压幅值修正量以及原系统中除平衡节点外其他节点的相角修正量,构建状态变量值的修正方程;
利用PQ分解法求解所构建的状态变量值的修正方程,获得状态变量值的修正量;
其中向量Um为原系统m个PQ节点的电压幅值,向量U1为光伏电站1接入电网新增的所有节点电压幅值、向量Us为光伏电站s接入电网新增的所有节点电压幅值、向量θn-1为原系统中除平衡节点外其他节点的相角,向量θ1为光伏电站1接入电网所有新增节点电压相角,向量θs为光伏电站s接入电网所有新增节点电压相角。
3.根据权利要求2所述的一种光伏电站和电网的一体化仿真方法,其特征在于,若节点i为逆变器接入节点,PG,i=Pinv,i=ηi·Pph,i,PD,i取0,其中i为光伏电站编号,i=1,2,…,s,s为接入的光伏电站总数,Pinv,i为第i个光伏电站中逆变器的输出有功功率,ηi为第i各光伏电站中逆变器的效率,Pph,i为第i个光伏电站中逆变器的输入直流功率。
7.根据权利要求1所述的一种光伏电站和电网的一体化仿真方法,其特征在于,构建的状态变量值的修正方程如下:
9.一种光伏电站和电网的一体化仿真系统,其特征在于,所述系统包括:
参数获取模块:将并网光伏电站的逆变器输出节点、滤波器节点以及并网点作为新增PQ节点,获取新增PQ节点注入的有功功率偏差、新增PQ节点注入的无功功率偏差和原系统PQ节点的电压幅值修正量;
修正方程构建模块:根据原系统PQ节点和PV节点的注入有功功率偏差、新增PQ节点注入的有功功率偏差、新增PQ节点注入的无功功率偏差、原系统PQ节点的电压幅值修正量以及原系统中除平衡节点外其他节点的相角修正量,构建状态变量值的修正方程;
修正量获取模块:利用PQ分解法求解所构建的状态变量值的修正方程,获得状态变量值的修正量;
其中向量Um为原系统m个PQ节点的电压幅值,向量U1为光伏电站1接入电网新增的所有节点电压幅值、向量Us为伏电站s接入电网新增的所有节点电压幅值、向量θn-1为原系统中除平衡节点外其他节点的相角,向量θ1为光伏电站1接入电网所有新增节点电压相角,向量θs为光伏电站s接入电网所有新增节点电压相角。
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1~8任意一项权利要求所述方法的步骤。
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