CN111835012B - 一种预防新能源连锁故障的电压控制方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预防新能源连锁故障的电压控制方法、装置和系统，属于电力系统运行与控制技术领域，该电压控制方法包括确定新能源脱网预想事故集合，并评估计算所述预想事故集合对区域母线电压影响，并计算母线电压限值偏差；将所述母线电压限值偏差带入二级电压修正模型，获得二级电压控制决策进行区域内电压协调控制。本发明解决了单个新能源厂站脱网电压大幅变化导致新能源连续脱网的问题，能够消除或减轻单次故障后的电网电压越限程度，提升新能源并网电压安全程度。

Description

一种预防新能源连锁故障的电压控制方法、装置和系统

技术领域

本发明涉及一种预防新能源连锁故障的电压控制方法、装置和系统，属于电力系统运行与控制技术领域。

背景技术

二级电压控制是实现新能源集群并网区域无功电压决策的核心功能，能够实现区域内多种无功源的无功电压协调策略，保证各节点的电压约束，具有良好收敛性和普遍适用性。然而现有技术中，上述算法未考虑新能源脱网后电压跌落会导致新能源汇集并网点或新能源入网侧电压过低的因素，该因素极易引起新能源场站连锁脱网事故发生，给电网安全运行带来极大的威胁和挑战。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种预防新能源连锁故障的电压控制方法、装置和系统，能够消除或减轻单次故障后的电网电压越限程度，提升新能源并网电压安全程度，支撑新能源安全消纳。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种预防新能源连锁故障的电压控制方法，包括如下步骤：

确定新能源脱网预想事故集合，评估所述预想事故集合对区域母线电压影响并计算母线电压限值偏差；

结合所述母线电压限值偏差进行二级电压控制修正，获得二级电压控制决策进行区域内电压协调控制。

进一步的，确定新能源预想事故集合的方法包括如下步骤：

根据预想事故进行区域扫描确定对新能源汇集区安全运行产生电压影响的事故集合。

进一步的，评估计算所述预想事故集合对区域母线电压影响的方法包括如下步骤：

根据多轮单次新能源厂站预想事故计算母线电压变化量，并评估预想事故集合对母线电压下限偏差影响，计算母线电压下限偏差；其中，

所述预想事故集合对区域母线电压下限偏差影响通过ΔV_i,j表征，ΔV_i,j通过下述公式计算获取：

式中：V_i为第i个母线节点的电压当前值；V_i,j为第j个线路故障后第i个母线节点的故障后电压，其中i、j均为正整数。

进一步的，所述方法还包括如下步骤：结合所述预想事故集合对区域母线电压下限偏差影响，对母线电压下限偏差增加电压偏差修正系数进行松弛约束，以评估预想事故影响的母线电压下限修正偏差，用公式表达如下：

ΔV_i ^dn＝λ_imin(ΔV_i,1,ΔV_i,2,…,ΔV_i,m)

式中λ_i为第i个计算节点的电压偏差修正系数，其范围为0≤λ≤1；ΔV_i,j为第j个预想事故后对区域第i条母线电压影响，m为正整数。

进一步的，进行二级电压控制修正的模型表示为：

式中的V_p、

分别为区域内中枢母线的当前电压和优化电压目标值；

分别是区域机组和容抗器对中枢母线电压-无功灵敏度；ΔQ_g、ΔQ_c分别为机组和容抗器无功调整量；V_i、

和V _i分别为区域内第i个母线电压当前值、电压上限和电压下限；

为评估预想事故影响的母线电压下限修正偏差；

分别是区域机组和容抗器对第i个母线电压-无功灵敏度；Q_g、

和Q _g分别为区域内机组当前无功、无功上限和无功下限；Q_c、

和Q _c分别为区域内容抗器当前无功、无功上限和无功下限。

进一步的，获得二级电压控制决策的方法包括如下步骤：

对所述二级电压修正模型进行计算，若所述模型计算收敛，则确定区域二级电压控制决策；若所述模型计算发散，则判断导致发散的电压约束，通过减小电压偏差修正系数进行约束松弛，并进行迭代计算直到计算收敛，确定区域二级电压控制决策。

第二方面，本发明提供了一种预防新能源连锁故障电压控制装置，包括如下模块：

偏差计算模块：确定新能源脱网预想事故集合，并评估计算所述预想事故集合对区域母线电压影响，并计算母线电压限值偏差；

控制决策模块：结合所述母线电压限值偏差进行二级电压控制修正，获得二级电压控制决策进行区域内电压协调控制。

第三方面，本发明提供了一种预防新能源连锁故障电压控制装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第二方面中任一项所述方法的步骤。

第四方面，本发明提供一种新能源厂站电压控制系统，包括第二方面或第三方面所述的预防新能源连锁故障电压控制装置。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明在传统二级电压控制基础上，综合考虑新能源厂站脱网预想事故对区域母线电压的影响，引入电压限值偏差进行二级电压控制修正并获得控制决策，对区域内多种无功源进行协调控制，提升电网抵抗新能源脱网故障扰动的能力，消除或减轻单次故障后的电网电压越限程度，提升新能源并网电压安全程度，支撑新能源安全消纳；

通过对母线电压下限偏差增加电压偏差修正系数进行约束松弛和迭代计算，提高了计算效率和计算收敛性，能够有效降低新能源连锁脱网的风险，提升新能源安全消纳和电压安全运行水平。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的预防新能源连锁故障的电压控制方法的流程示意图；

图2是图1中所述电压控制方法的详细流程示意图；

图3是本发明实施例二提供的预防新能源连锁故障电压控制装置的系统框图。

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：

如图1和2所示，本发明实施例提供的预防新能源连锁故障的电压控制方法，包括如下步骤：

步骤一：确定新能源脱网预想事故集合，评估所述预想事故集合对区域母线电压影响并计算母线电压限值偏差。

具体地，基于新能源厂站对N-1预想事故进行区域扫描，确定对新能源汇集区安全运行产生电压影响较大的事故集合；计算事故集中每个故障对区域母线电压的影响，可以理解为：根据多轮单次新能源厂站预想事故计算母线电压变化量，并评估预想事故集合对母线电压下限偏差影响；综合事故集合中所有事故计算母线电压限值偏差，由于新能源脱网主要造成节点电压跌落，因此仅仅考虑母线电压下限偏差。

其中，预想事故集合对区域母线电压下限偏差影响通过ΔV_i,j表征，ΔV_i,j通过下述公式计算获取：

式中：V_i为第i个母线节点的电压当前值；V_i,j为第j个线路故障后第i个母线节点的故障后电压，其中i、j均为正整数；由于低电压是引起新能源连锁故障的重要因素，因此仅仅考虑引起电压下降的预想事故集合。

步骤二，由于新能源脱网主要造成节点电压跌落，因此仅仅考虑母线电压下限偏差，考虑到算法的收敛性和母线节点的重要程度，对母线电压下限偏差增加电压偏差修正系数，适当对不同母线定义不同λ进行松弛，提升算法收敛性，并采用如下式(1)表示为：

ΔV_i ^dn＝λ_imin(ΔV_i,1,ΔV_i,2,…,ΔV_i,m) 式(2)

式中λ_i为第i个计算节点的电压偏差修正系数，其范围为0≤λ≤1；ΔV_i,j为第j个预想事故后对区域第i条母线电压影响，m为正整数；由于新能源脱网预想事故一般会引起电压跌落，因此可以得知其母线电压下限偏差ΔV_i ^dn＜0。

将经电压偏差修正系数修正的母线电压限值偏差代入二级电压控制修正模型，获得二级电压控制决策，并进行区域内电压协调控制。

其中，二级电压控制修正模型采用式(2)表示：

式中的V_p、

分别为区域内中枢母线的当前电压和优化电压目标值；

分别是区域机组和容抗器对中枢母线电压-无功灵敏度；ΔQ_g、ΔQ_c分别为机组和容抗器无功调整量；V_i、

和V _i分别为区域内第i个母线电压当前值、电压上限和电压下限；

为评估预想事故影响的母线电压下限修正偏差；

分别是区域机组和容抗器对第i个母线电压-无功灵敏度；Q_g、

和Q _g分别为区域内机组当前无功、无功上限和无功下限；Q_c、

和Q _c分别为区域内容抗器当前无功、无功上限和无功下限。

从式(3)中可以看出通过调整母线电压下限约束，在发生预想事故后可以保证故障后区域重要母线节点电压较高，为新能源并网提供电压支撑，降低新能源场站电压越下限发生保护动作脱网的风险。若区域计算收敛则进行区域决策；若计算发散，判断导致发散的电压约束，通过减小电压偏差修正系数λ进行约束松弛，再进行修正二级控制决策计算，通过持续电压偏差修正系数调整一直到区域二级电压控制决策计算收敛，即通过迭代计算保障方程求解的收敛性。

与传统方法相比，本发明充分考虑新能源预想事故对区域母线电压影响，将该母线电压影响进行综合评估计算，修正二级电压控制决策，协调区域内多种无功源进行协调控制，提升电网抵抗新能源脱网故障大扰动的能力，适用于实际工程现场；并引入电压偏差修正系数λ进行约束松弛，提高计算效率和计算收敛性，能够有效降低新能源连锁脱网的风险，提升新能源安全消纳和电压安全运行水平。

实施例二：

如图3所示，本发明实施例提供了一种预防新能源连锁故障电压控制装置，包括如下模块：

偏差计算模块：确定新能源脱网预想事故集合，评估所述预想事故集合对区域母线电压影响并计算母线电压限值偏差；

控制决策模块：结合所述母线电压限值偏差进行二级电压控制修正，获得二级电压控制决策进行区域内电压协调控制。

具体地，控制决策模块可用于判断并决策区域各个无功源是否可以通过调整避免或减轻新能源脱网预想事故的电压越限程度，若区域计算收敛则确定区域控制决策；若区域计算发散，判断导致发散的电压约束，通过减小电压偏差修正系数λ进行约束松弛，再进行修正二级控制决策计算，通过持续电压偏差修正系数调整一直到区域二级电压控制决策计算收敛。

实施例三：

本发明实施例提供了一种预防新能源连锁故障电压控制装置，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例二中电压控制方法的步骤。

实施例四：

本发明实施例提供了一种新能源厂站电压控制系统，包括实施例二或实施例三的预防新能源连锁故障电压控制装置。

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形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种预防新能源连锁故障的电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定新能源脱网预想事故集合，评估所述预想事故集合对区域母线电压影响并计算母线电压限值偏差；

结合所述母线电压限值偏差进行二级电压控制修正，获得二级电压控制决策进行区域内电压协调控制；

评估计算所述预想事故集合对区域母线电压影响的方法包括如下步骤：

根据多轮单次新能源厂站预想事故计算母线电压变化量，并评估预想事故集合对母线电压下限偏差影响；其中，

所述预想事故集合对区域母线电压下限偏差影响通过ΔV_i,j表征，ΔV_i,j通过下述公式计算获取：

式中：V_i为第i个母线节点的电压当前值；V_i,j为第j个线路故障后第i个母线节点的故障后电压，其中i、j均为正整数。

2.根据权利要求1所述的预防新能源连锁故障的电压控制方法，其特征在于，确定新能源预想事故集合的方法包括如下步骤：

根据预想事故进行区域扫描，确定对新能源汇集区安全运行产生电压影响的事故集合。

3.根据权利要求1所述的预防新能源连锁故障的电压控制方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

结合所述预想事故集合对区域母线电压下限偏差影响，对母线电压下限偏差增加电压偏差修正系数进行松弛约束，以评估预想事故影响的母线电压下限修正偏差，用公式表达如下：

ΔV_i ^dn＝λ_imin(ΔV_i,1,ΔV_i,2,…,ΔV_i,m)

式中λ_i为第i个计算节点的电压偏差修正系数，其范围为0≤λ≤1；ΔV_i,j为第j个预想事故后对区域第i条母线电压影响,m为正整数。

4.根据权利要求1所述的预防新能源连锁故障的电压控制方法，其特征在于，进行二级电压控制修正的模型表示为：

式中的V_p、

分别为区域内中枢母线的当前电压和优化电压目标值；

分别是区域机组和容抗器对中枢母线电压-无功灵敏度；ΔQ_g、ΔQ_c分别为机组和容抗器无功调整量；V_i、

和V_i分别为区域内第i个母线电压当前值、电压上限和电压下限；ΔV_i ^dn为评估预想事故影响的母线电压下限修正偏差；

分别是区域机组和容抗器对第i个母线电压-无功灵敏度；Q_g、

和Q _g分别为区域内机组当前无功、无功上限和无功下限；Q_c、

和Q _c分别为区域内容抗器当前无功、无功上限和无功下限。

5.根据权利要求4所述的预防新能源连锁故障的电压控制方法，其特征在于，获得二级电压控制决策的方法包括如下步骤：

对所述二级电压控制修正的模型进行计算，若所述模型计算收敛，则确定区域二级电压控制决策；若所述模型计算发散，则判断导致发散的电压约束，通过减小电压偏差修正系数进行约束松弛，并进行迭代计算直到计算收敛，确定区域二级电压控制决策。

6.一种预防新能源连锁故障电压控制装置，其特征在于，包括如下模块：

偏差计算模块：确定新能源脱网预想事故集合，并评估计算所述预想事故集合对区域母线电压影响，并计算母线电压限值偏差；

控制决策模块：将所述母线电压限值偏差代入二级电压控制修正的模型，获得二级电压控制决策进行区域内电压协调控制；

其中，所述偏差计算模块评估计算所述预想事故集合对区域母线电压影响的方法包括如下步骤：

根据多轮单次新能源厂站预想事故计算母线电压变化量，并评估预想事故集合对母线电压下限偏差影响；其中，

所述预想事故集合对区域母线电压下限偏差影响通过ΔV_i,j表征，ΔV_i,j通过下述公式计算获取：

式中：V_i为第i个母线节点的电压当前值；V_i,j为第j个线路故障后第i个母线节点的故障后电压，其中i、j均为正整数。

7.一种预防新能源连锁故障电压控制装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；

所述存储介质用于存储指令；

所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1～5任一项所述方法的步骤。

8.一种新能源厂站电压控制系统，其特征在于，包括权利要求6或7所述的预防新能源连锁故障电压控制装置。

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