CN111797510A - 一种新能源场站短路比的计算方法及系统 - Google Patents

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CN111797510A CN202010544709.3A CN202010544709A CN111797510A CN 111797510 A CN111797510 A CN 111797510A CN 202010544709 A CN202010544709 A CN 202010544709A CN 111797510 A CN111797510 A CN 111797510A
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余芳芳
李文峰
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黄彦浩
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Abstract

本发明公开了一种新能源场站短路比的计算方法及系统，包括：建立新能源接入电网的等值模型，并确定新能源并网点的数量和新能源并网点的等值节点阻抗矩阵；根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量；根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比。本发明的方法能够快速准确地判断新能源接入交直流系统后的电网强弱，为电力系统规划和运行提供重要参考依据。

Description

一种新能源场站短路比的计算方法及系统
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种新能源场站短路比的计算方法及系统。
背景技术
作为目前最成熟和最具发展前景的可再生能源，风力发电和光伏发电近年来保持着强劲的发展势头。不远的将来某些局部电网新能源占比可能达到80％甚至更高，高比例新能源并网运行将成为未来电源结构的重要特征。我国新能源资源主要位于三北地区，处于电网末端，电网网架结构薄弱、调节能力有限，且新能源机组出力具有间歇性和波动性，因此大规模新能源接入对局部电网安全稳定运行带来很大压力。以风力发电为例，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高比例风电场对电网的稳定功角稳定、电压稳定及频率稳定等方面都产生了显著的影响。
目前，用于直接评价电网网架强弱的指标主要有短路比、多馈入短路比及分层直流短路比，以其简单性、直观性，为电力系统规划和运行提供重要的参考依据。但已有的短路比研究都是从电网受端角度进行研究的，无法准确的应用于评价高比例新能源接入的送端电网的强弱。
发明内容
本发明提出一种新能源场站短路比的计算方法及系统，以解决如何确定新能源场站短路比的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种新能源场站短路比的计算方法，所述方法包括：
建立新能源接入电网的等值模型，并确定新能源并网点的数量和新能源并网点的等值节点阻抗矩阵；
根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量；
根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比。
优选地，其中确定新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，包括：
计算新能源并网点的节点导纳矩阵Yn×n，并对所述导纳矩阵Yn×n求逆，以获取新能源并网点的等值节点阻抗矩阵Zn×n；其中，所述导纳矩阵Yn×n为非奇异矩阵；n为新能源并网点的数量；其中，新能源阻抗为无穷大，若新能源场站的无功补偿装置包括：并联电容器、静止同步无功补偿器(static var compensator,SVC)、静止同步补偿器(staticsynchronous compensator,STATCOM)或调相机，则需计入节点导纳矩阵Yn×n。
优选地，其中所述根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量，包括：
Figure BDA0002540193610000021
其中，Saci为新能源并网点i的短路容量；Ui为新能源并网点i的母线电压幅值，Zeqii为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第i列元素。
优选地，其中所述根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比，包括：
Figure BDA0002540193610000022
其中，RSCRi为新能源并网点i的新能源场站短路比；Saci为新能源并网点i的短路容量；PGi为从新能源并网点i接入的新能源总出力，PGj为从新能源并网点j接入的新能源总出力；Zij为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第j列元素。
根据本发明的另一个方面，提供了一种新能源场站短路比的计算系统，所述系统包括：
并网点等值节点阻抗矩阵确定单元，用于建立新能源接入电网的等值模型，并确定新能源并网点的数量和新能源并网点的等值节点阻抗矩阵；
短路容量确定单元，用于根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量；
新能源场站短路比确定单元，用于根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比。
优选地，其中所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵确定单元，确定新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，包括：
计算新能源并网点的节点导纳矩阵Yn×n，并对所述导纳矩阵Yn×n求逆，以获取新能源并网点的等值节点阻抗矩阵Zn×n；其中，所述导纳矩阵Yn×n为非奇异矩阵；n为新能源并网点的数量；其中，新能源阻抗为无穷大，若新能源场站的无功补偿装置包括：并联电容器、静止同步无功补偿器SVC、静止同步补偿器STATCOM或调相机，则需计入节点导纳矩阵Yn×n。
优选地，其中所述短路容量确定单元，根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量，包括：
Figure BDA0002540193610000031
其中，Saci为新能源并网点i的短路容量；Ui为新能源并网点i的母线电压幅值，Zeqii为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第i列元素。。
优选地，其中所述新能源场站短路比确定单元，根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比，包括：
Figure BDA0002540193610000041
其中，RSCRi为新能源并网点i的新能源场站短路比；Saci为新能源并网点i的短路容量；PGi为从新能源并网点i接入的新能源总出力，PGj为从新能源并网点j接入的新能源总出力；Zij为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第j列元素。
本发明提供了一种新能源场站短路比的计算方法及系统，包括：确定新能源并网点的数量和新能源并网点的等值节点阻抗矩阵；根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量；根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比。本发明的方法能够快速准确地判断新能源接入交直流系统后的电网强弱，为电力系统规划和运行提供重要参考依据。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的新能源场站短路比的计算方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的新能源接入电网的等值模型图；
图3为根据本发明实施方式的新能源接入电网的等值模型示例；
图4为根据本发明实施方式的情况一的潮流结果图；
图5为根据本发明实施方式的情况一的新能源机组母线电压曲线图；
图6为根据本发明实施方式的情况二的潮流结果图；
图7为根据本发明实施方式的情况二的新能源机组母线电压曲线图；
图8为根据本发明实施方式的新能源场站短路比的计算系统800的结构示意图。
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。
图1为根据本发明实施方式的新能源场站短路比的计算方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的一种新能源场站短路比的计算方法，能够快速准确地判断新能源接入交流系统后的强弱，为电力系统规划和运行提供重要参考依据。本发明实施方式提供的新能源场站短路比的计算方法100，从步骤101处开始，在步骤101建立新能源接入电网的等值模型，并确定新能源并网点的数量和并网点等值节点阻抗矩阵。
优选地，其中确定新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，包括：
计算新能源并网点的节点导纳矩阵Yn×n，并对所述导纳矩阵Yn×n求逆，以获取新能源并网点的等值节点阻抗矩阵Zn×n；其中，所述导纳矩阵Yn×n为非奇异矩阵；n为新能源并网点的数量；其中，新能源阻抗为无穷大，若新能源场站的无功补偿装置包括：并联电容器、静止同步无功补偿器SVC、静止同步补偿器STATCOM或调相机，则需计入节点导纳矩阵Yn×n。
在本发明的实施方式中，若新能源场站的无功补偿装置包括：并联电容器、静止同步无功补偿器SVC、静止同步补偿器STATCOM和调相机等，则需计入节点导纳矩阵Yn×n。
图2为根据本发明实施方式的新能源接入电网的等值模型图。如图2所示，共有n个新能源并网点，首先计算新能源并网点的节点导纳矩阵Yn×n为：
Figure BDA0002540193610000061
其中，导纳矩阵Yn×n为非奇异矩阵，对其求逆可得新能源并网点的等值节点阻抗矩阵Zn×n为：
Figure BDA0002540193610000062
在步骤102，根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量。
优选地，其中所述根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量，包括：
Figure BDA0002540193610000063
其中，Saci为新能源并网点i的短路容量；Ui为新能源并网点i的母线电压幅值，Zeqii为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第i列元素。
在步骤103，根据每个新能源并网点的短路容量和新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比。
优选地，其中所述根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比，包括：
Figure BDA0002540193610000064
其中，RSCRi为新能源并网点i的新能源场站短路比；Saci为新能源并网点i的短路容量；PGi为从新能源并网i接入的新能源总出力，PGj为从新能源并网点j接入的新能源总出力；Zij为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第j列元素。
以下具体举例说明本发明的实施方式
以风电机组通过2个新能源并网点接入电网系统为例，在仿真软件BPA中搭建如图3所示的计算模型，其中发电机1和发电机2出力均为150MW，并网点母线电压为38.5kV；变压器T1和T3的变比为0.69/38.5，漏抗为0.03037p.u.，额定容量为240MVA，变压器T2和T4的变比为38.5/363，漏抗为0.06042p.u.，额定容量为240MVA，BUS4为平衡节点。设系统的基准容量SN＝100MVA，线路BUS1-BUS2、BUS3-BUS4、BUS5-BUS6、BUS7-BUS8均为双回线路。
情况一：
确定新能源场站短路比的步骤包括：
(1)计算新能源并网点的等值节点阻抗矩阵。
具体地，包括：计算将电网阻抗进行统一换算后的节点导纳矩阵Y如下：
Figure BDA0002540193610000071
然后，对节点导纳矩阵Y求逆得新能源并网点的等值节点阻抗矩阵Zeq为：
Figure BDA0002540193610000072
(2)计算并网点i的短路容量Saci其中，新能源并网点1和2自阻抗的有名值为Zeq11＝0.3824+j1.9417，Zeq22＝0.3305+j1.8158，则并网点的短路容量分别为：
Figure BDA0002540193610000073
(3)计算并网点i的新能源场站短路比RSCRi，将上述计算值代入新能源场站短路比计算公式，得新能源并网点1和2的新能源场站短路比分别为：
Figure BDA0002540193610000081
Figure BDA0002540193610000082
情况一下的潮流结果如图4所示，设BUS3-BUS4线路1s时发生三相N-1故障，1.1s线路前后侧断开，则新能源机组的母线曲线如图5所示，新能源机组电压稳定。
情况二：
确定新能源场站短路比的步骤包括：
(1)计算新能源并网点的等值节点阻抗矩阵。
具体地，包括：计算将电网阻抗进行统一换算后的节点导纳矩阵Y如下：
Figure BDA0002540193610000083
然后，对节点导纳矩阵Y求逆得新能源并网点的等值节点阻抗矩阵Zeq为：
Figure BDA0002540193610000084
(2)计算并网点i的短路容量Saci。
其中，新能源并网点1和2自阻抗的有名值分别为Zeq11＝0.1690+j2.1315、Zeq22＝0.4847+j4.3712，则并网点的短路容量分别为：
Figure BDA0002540193610000085
(3)计算并网i的新能源场站短路比RSCRi，将上述计算值代入新能源场站短路比计算公式，得新能源并网点1和2的新能源场站短路比分别为：
Figure BDA0002540193610000091
Figure BDA0002540193610000092
情况二下的潮流结果如图6所示，设BUS3-BUS4线路1s时发生三相N-1故障，1.1s线路前后侧断开，则新能源机组的母线曲线如图7所示，新能源机组电压失稳。
图8为根据本发明实施方式的新能源场站短路比的计算系统800的结构示意图。如图8所示，本发明实施方式提供的新能源场站短路比的计算系统800，包括：新能源并网点的等值节点阻抗矩阵确定单元801、短路容量确定单元802和新能源场站短路比确定单元803。
优选地，所述并网点等值节点阻抗矩阵确定单元801，用于建立新能源接入电网的等值模型，并确定新能源并网点的数量和新能源并网点的等值节点阻抗矩阵。
优选地，其中所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵确定单元801，确定新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，包括：
计算新能源并网点的节点导纳矩阵Yn×n，并对所述导纳矩阵Yn×n求逆，以获取新能源并网点的等值节点阻抗矩阵Zn×n；其中，所述导纳矩阵Yn×n为非奇异矩阵；n为新能源并网点的数量；其中，新能源阻抗为无穷大，若新能源场站的无功补偿装置包括：并联电容器、静止同步无功补偿器SVC、静止同步补偿器STATCOM或调相机，则需计入节点导纳矩阵Yn×n。
优选地，所述短路容量确定单元802，用于根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量。
优选地，其中所述短路容量确定单元802，根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量，包括：
Figure BDA0002540193610000101
其中，Saci为新能源并网点i的短路容量；Ui为新能源并网点i的母线电压幅值，Zeqii为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第i列元素。
优选地，所述新能源场站短路比确定单元803，用于根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比。
优选地，其中所述新能源场站短路比确定单元803，根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比，包括：
Figure BDA0002540193610000102
其中，RSCRi为新能源并网点i的新能源场站短路比；Saci为新能源并网点i的短路容量；PGi为从新能源并网点i接入的新能源总出力，PGj为从新能源并网点j接入的新能源总出力；Zij为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第j列元素。
本发明的实施例的新能源场站短路比的计算系统800与本发明的另一个实施例的新能源短路比的计算方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新能源场站短路比的计算方法，其特征在于，所述方法包括：
建立新能源接入电网的等值模型，并确定新能源并网点的数量和新能源并网点的等值节点阻抗矩阵；
根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量；
根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，包括：
计算新能源并网点的节点导纳矩阵Yn×n，并对所述导纳矩阵Yn×n求逆，以获取新能源并网点的等值节点阻抗矩阵Zn×n；其中，所述导纳矩阵Yn×n为非奇异矩阵；n为新能源并网点的数量；其中，新能源阻抗为无穷大，若新能源场站的无功补偿装置包括：并联电容器、静止同步无功补偿器SVC、静止同步补偿器STATCOM或调相机，则需计入节点导纳矩阵Yn×n。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量，包括：
Figure FDA0002540193600000011
其中，Saci为新能源并网点i处的短路容量；Ui为新能源并网点i的母线电压幅值，Zeqii为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第i列元素。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比，包括：
Figure FDA0002540193600000021
其中，RSCRi为新能源并网点i处的新能源场站短路比；Saci为新能源并网点i的短路容量；PGi为从新能源并网点i接入的新能源总出力，PGj为从新能源并网点j接入的新能源总出力；Zij为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第j列元素。
5.一种新能源场站短路比的计算系统，其特征在于，所述系统包括：
并网点等值节点阻抗矩阵确定单元，用于建立新能源接入电网的等值模型，并确定新能源并网点的数量和新能源并网点的等值节点阻抗矩阵；
短路容量确定单元，用于根据每个新能源并网点的母线电压和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的短路容量；
新能源场站短路比确定单元，用于根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，确定新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，包括：
计算新能源并网点的导纳矩阵Yn×n，并对所述导纳矩阵Yn×n求逆，以获取新能源并网点的等值节点阻抗矩阵Zn×n；其中，所述导纳矩阵Yn×n为非奇异矩阵；n为新能源并网点的数量；其中，新能源阻抗为无穷大，若新能源场站的无功补偿装置包括：并联电容器、静止同步无功补偿器SVC、静止同步补偿器STATCOM或调相机，则需计入节点导纳矩阵Yn×n。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述短路容量确定单元，根据每个新能源并网点的母线电压和等值节点阻抗，确定每个新能源并网点的短路容量，包括：
Figure FDA0002540193600000022
其中，Saci为新能源并网点i的短路容量；Ui为新能源并网点i的母线电压幅值，Zeqii为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第i列元素。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述新能源场站短路比确定单元，根据每个新能源并网点的短路容量和所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵，确定每个新能源并网点的新能源场站短路比，包括：
Figure FDA0002540193600000031
其中，RSCRi为新能源并网点i的新能源场站短路比；Saci为新能源并网点i的短路容量；PGi为从新能源并网点i接入的新能源总出力，PGj为从新能源并网点j接入的新能源总出力；Zij为所述新能源并网点的等值节点阻抗矩阵的第i行、第j列元素。
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