CN111900765B - 一种风电接入系统的动态无功规划方法及相关装置 - Google Patents

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CN111900765B CN202010878431.3A CN202010878431A CN111900765B CN 111900765 B CN111900765 B CN 111900765B CN 202010878431 A CN202010878431 A CN 202010878431A CN 111900765 B CN111900765 B CN 111900765B
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Abstract

本申请公开了一种风电接入系统的动态无功规划方法及相关装置，将日风电出力数据进行聚类分析，得到多个风电出力场景；对风电出力场景下的低压补偿设备投切进行优化模拟计算，得到由低压补偿设备投切次数和动态无功补偿容量构成的动态无功补偿方案；对动态无功补偿方案进行规划评价，并获取最优动态无功补偿方案；根据最优动态无功补偿方案进行时序潮流计算和动态计算，得到PCC点电压波动范围；若PCC点电压波动范围不满足预置电压波动条件，则更新动态无功补偿方案，再次评价，直至满足预置电压波动条件，得到最优动态无功补偿方案。解决了现有风电技术中低压补偿设备频繁投切不仅影响低压开关寿命还会导致系统灵活性和稳定性较差的技术问题。

Description

一种风电接入系统的动态无功规划方法及相关装置
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种风电接入系统的动态无功规划方法及相关装置。
背景技术
我国沿海地区海上风电资源丰富，相比于陆上风电，海上风电对于环境影响更小，更有利于集中开发。因此，近年来海上风电获得了快速发展。目前，海上风电大都通过交流海缆实现并网运行，存在充电功率大、电压调控复杂等缺点；另外，考虑海上风电功率波动特性，有功功率波动对于系统电压产生一定影响，为了使得并网点电压满足相关标准要求，在海上风电参与动态无功调节的同时，还需要配合变电站内电压补偿设备频繁投切。
电压补偿设备频繁的投切会导致低压开关寿命降低，且大大增加运维人员工作量，影响系统运行灵活性和稳定性。
发明内容
本申请提供了一种风电接入系统的动态无功规划方法及相关装置，用于解决现有风电技术中低压补偿设备频繁投切不仅影响低压开关寿命还会导致系统灵活性和稳定性较差的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种风电接入系统的动态无功规划方法，包括：
将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景；
对所述风电出力场景下的低压补偿设备投切进行优化模拟计算，得到不同所述风电出力场景下的低压补偿设备投切次数和对应的动态无功补偿容量，构成动态无功补偿方案，所述优化模拟计算的优化目标为所述低压补偿设备投切次数最少；
对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案；
根据所述最优动态无功补偿方案进行时序潮流计算和动态计算，得到PCC点电压波动范围；
若所述PCC点电压波动范围不满足预置电压波动条件，则更新所述动态无功补偿方案，并返回所述对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价的步骤，直至所述PCC点电压波动范围满足所述预置电压波动条件，得到所述最优动态无功补偿方案。
优选地，所述将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景，之前还包括：
获取风电接入系统预置年份一年内所有的日风电出力数据。
优选地，所述将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景，包括：
计算任意两组所述日风电出力数据之间的相关系数；
将所述相关系数大于相关阈值的所述日风电出力数据划分至同一类型的风电出力场景，得到若干个所述风电出力场景。
优选地，所述对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案，包括：
采用预置动态无功规划评价函数对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案，所述预置动态无功规划评价函数为：
Figure BDA0002653352630000021
其中，N为所述风电出力场景数量，ω1、ω2分别为动态无功补偿容量的权重系数和低压补偿设备投切次数的权重系数，QDy为所述动态无功补偿容量，QDymin、QDymax分别为动态无功补偿容量最小值和最大值，Ntqmin、Ntqmax分别为不同场景下低压补偿设备投切次数最小值和最大值，αi为第i个所述风电出力场景出现的概率。
本申请第二方面提供了一种风电接入系统的动态无功规划装置，包括：
聚类分析模块，用于将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景；
优化模拟模块，用于对所述风电出力场景下的低压补偿设备投切进行优化模拟计算，得到不同所述风电出力场景下的低压补偿设备投切次数和对应的动态无功补偿容量，构成动态无功补偿方案，所述优化模拟计算的优化目标为所述低压补偿设备投切次数最少；
评价模块，用于对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案；
计算模块，用于根据所述最优动态无功补偿方案进行时序潮流计算和动态计算，得到PCC点电压波动范围；
判断模块，用于若所述PCC点电压波动范围不满足预置电压波动条件，则更新所述动态无功补偿方案，并返回所述对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价的步骤，直至所述PCC点电压波动范围满足所述预置电压波动条件，得到所述最优动态无功补偿方案。
优选地，还包括：
获取模块，用于获取风电接入系统预置年份一年内所有的日风电出力数据。
优选地，所述聚类分析模块具体用于：
计算任意两组所述日风电出力数据之间的相关系数；
将所述相关系数大于相关阈值的所述日风电出力数据划分至同一类型的风电出力场景，得到若干个所述风电出力场景。
优选地，所述评价模块具体用于：
采用预置动态无功规划评价函数对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案，所述预置动态无功规划评价函数为：
Figure BDA0002653352630000031
其中，N为所述风电出力场景数量，ω1、ω2分别为动态无功补偿容量的权重系数和低压补偿设备投切次数的权重系数，QDy为所述动态无功补偿容量，QDymin、QDymax分别为动态无功补偿容量最小值和最大值，Ntqmin、Ntqmax分别为不同场景下低压补偿设备投切次数最小值和最大值，αi为第i个所述风电出力场景出现的概率。
本申请第三方面提供了一种风电接入系统的动态无功规划设备，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面提供的任一项所述的风电接入系统的动态无功规划方法。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面提供的任一项所述的风电接入系统的动态无功规划方法。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，提供了一种风电接入系统的动态无功规划方法，包括：将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景；对风电出力场景下的低压补偿设备投切进行优化模拟计算，得到不同风电出力场景下的低压补偿设备投切次数和对应的动态无功补偿容量，构成动态无功补偿方案，优化模拟计算的优化目标为低压补偿设备投切次数最少；对动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案；根据最优动态无功补偿方案进行时序潮流计算和动态计算，得到PCC点电压波动范围；若PCC点电压波动范围不满足预置电压波动条件，则更新动态无功补偿方案，并返回对动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价的步骤，直至PCC点电压波动范围满足预置电压波动条件，得到最优动态无功补偿方案。
本申请提供的风电接入系统的动态无功规划方法，通过动态无功补偿参与系统电压控制，从而在优化分析过程中减少低压补偿设备投切次数，同时还可以在系统发生故障或者扰动时快速提供动态无功响应，从而保障系统电压稳定性；根据电压波动情况的判断可以调整不同系统的动态无功补偿方案，使得无功规划方案更加灵活且可靠。因此，本申请能够解决现有风电技术中低压补偿设备频繁投切不仅影响低压开关寿命还会导致系统灵活性和稳定性较差的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种风电接入系统的动态无功规划方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种风电接入系统的动态无功规划装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种风电接入系统的动态无功规划方法的实施例一，包括：
步骤101、将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景。
日风电出力数据就是每一天24小时的风电出力数据，聚类分析的目的是将这些日风电出力数据划分为多个风电出力场景。
进一步地，在步骤101之前还需要获取风电接入系统预置年份一年内所有的日风电出力数据。预置年份根据实际情况设置，一年按照365天计算，记录每一天的日风电出力数据。除此之外，还可以根据研究需要，获取基本的系统数据，例如海上风电接入系统数据，主要包括系统短路容量、电气网络参数、海上风电容量和暂态控制模型和相关参数等。可以根据具体的需求完成相关数据的获取，在此不作限定。
进一步地，聚类分析过程包括：计算任意两组日风电出力数据之间的相关系数；将相关系数大于相关阈值的日风电出力数据划分至同一类型的风电出力场景，得到若干个风电出力场景。假设A、B为两组日风电出力数据，计算两组数据之间的相关系数r为：
Figure BDA0002653352630000051
其中，
Figure BDA0002653352630000052
分别为A、B两组日风电出力数据的均值，相关系数r的取值范围是[-1,1]，若相关阈值为Y，当r＞Y时，则说明两组日风电出力数据的相关性较大，可以归为同一类型的风电出力场景，一般情况下，Y＝0.9；每一个场景下的风电出力数据取平均值作为该场景下的代表风电出力数据。
步骤102、对风电出力场景下的低压补偿设备投切进行优化模拟计算，得到不同风电出力场景下的低压补偿设备投切次数和对应的动态无功补偿容量，构成动态无功补偿方案，优化模拟计算的优化目标为低压补偿设备投切次数最少。
针对不同的风电出力场景下的低压补偿设备投切进行优化模拟的任务就是获取到低压补偿设备投切次数最少的情况下的系统情况，主要是动态无功补偿容量的需求情况。优化目标可以表示为：
min f(x,QDy)；
Figure BDA0002653352630000063
其中，x为系统状态量，u为无功补偿设备运行电气量，QDy是动态无功补偿容量，f(x,QDy)为目标优化函数，即日低压补偿设备投切次数，可以是典型的混合整数线性优化函数，优化中可以使用分支定界法、启发式算法等手段，不作具体限定，只要能够获取到最少的投切次数即可；g(x,QDy)＝0为优化过程需要满足无功平衡方程约束，也就是网侧变电站无功补偿应该满足站内变压器无功消耗以及进出线路净无功损耗的一半之和：
Figure BDA0002653352630000062
其中，QDyQ为动态无功设备无功出力，QLV为低压补偿设备投入容量，QTi为变压器无功消耗，Qlinei、Qshi、Qci分别为线路无功消耗、并联线路电抗投入容量和线路充电功率，NT、NL分别为站内变压器数量和线路数量。h(x,u)为预置约束条件，其中包括动态无功补偿设备的出力范围限制和低压补偿设备日内最大投切次数。
根据优化目标进行模拟，迭代计算，直至获取到不同场景下低压补偿设备投切次数，并记录当前对应的动态无功补偿容量的需求量。
步骤103、对动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案。
需要说明的是，评价后得到的动态无功补偿方案既能最大程度减少低压补偿设备的投切次数，又能满足系统的运行需求，是最佳动态无功补偿方案。具体的过程是需要采用预置动态无功规划评价函数对动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案，预置动态无功规划评价函数为：
Figure BDA0002653352630000071
其中，N为风电出力场景数量，ω1、ω2分别为动态无功补偿容量的权重系数和低压补偿设备投切次数的权重系数，QDy为动态无功补偿容量，QDymin、QDymax分别为动态无功补偿容量最小值和最大值，Ntqmin、Ntqmax分别为不同场景下低压补偿设备投切次数最小值和最大值，αi为第i个风电出力场景出现的概率。动态无功补偿容量最大值不超过站内低压电容安装容量偏大值，以及低压电抗安装容量的偏大值。根据评价函数评价每一个动态无功补偿方案，评价函数最大值为最佳方案，即评价结果最好的方案。αi可以表达为：
Figure BDA0002653352630000072
其中，Ni为第i个场景内包含的风电出力数据组数量，365为一年的总数据组数量，即所有场景的风电出力数据组总数量为365。
步骤104、根据最优动态无功补偿方案进行时序潮流计算和动态计算，得到PCC点电压波动范围。
需要说明的是，潮流计算过程中根据步骤102的优化模拟计算结果，修改不同时段的电容器投切组数和动态无功出力，可以求取连续潮流分析结果。动态计算则采用机电暂态仿真软件模拟秒级的风电出力波动。潮流计算的时间尺度是分钟(min)级，动态计算的时间尺度是秒(s级)。
步骤105、若PCC点电压波动范围不满足预置电压波动条件，则更新动态无功补偿方案，并返回对动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价的步骤，直至PCC点电压波动范围满足预置电压波动条件，得到最优动态无功补偿方案。
需要说明的是，预置电压波动条件为电压波动范围，当PCC点电压波动范围在标称电压的97％-107％，则说明电压波动在正常范围内，相应的动态无功补偿方案可以直接获取并采用，若是在该范围之外，则需要调整动态无功补偿方案，准确地说是增加方案中的动态无功补偿容量，调节补偿方案，使得PCC点电压波动满足预置电压波动条件，此时得到的动态无功补偿方案即为最优动态无功补偿方案。
本申请实施例提供的风电接入系统的动态无功规划方法，通过动态无功补偿参与系统电压控制，从而在优化分析过程中减少低压补偿设备投切次数，同时还可以在系统发生故障或者扰动时快速提供动态无功响应，从而保障系统电压稳定性；根据电压波动情况的判断可以调整不同系统的动态无功补偿方案，使得无功规划方案更加灵活且可靠。因此，本申请实施例能够解决现有风电技术中低压补偿设备频繁投切不仅影响低压开关寿命还会导致系统灵活性和稳定性较差的技术问题。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种风电接入系统的动态无功规划装置的实施例，包括：
聚类分析模块201，用于将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景；
优化模拟模块202，用于对风电出力场景下的低压补偿设备投切进行优化模拟计算，得到不同风电出力场景下的低压补偿设备投切次数和对应的动态无功补偿容量，构成动态无功补偿方案，优化模拟计算的优化目标为低压补偿设备投切次数最少；
评价模块203，用于对动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案；
计算模块204，用于根据最优动态无功补偿方案进行时序潮流计算和动态计算，得到PCC点电压波动范围；
判断模块205，用于若PCC点电压波动范围不满足预置电压波动条件，则更新动态无功补偿方案，并返回对动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价的步骤，直至PCC点电压波动范围满足预置电压波动条件，得到最优动态无功补偿方案。
进一步地，还包括：
获取模块206，用于获取风电接入系统预置年份一年内所有的日风电出力数据。
进一步地，聚类分析模块201具体用于：
计算任意两组日风电出力数据之间的相关系数；
将相关系数大于相关阈值的日风电出力数据划分至同一类型的风电出力场景，得到若干个风电出力场景。
进一步地，评价模块203具体用于：
采用预置动态无功规划评价函数对动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案，预置动态无功规划评价函数为：
Figure BDA0002653352630000091
其中，N为风电出力场景数量，ω1、ω2分别为动态无功补偿容量的权重系数和低压补偿设备投切次数的权重系数，QDy为动态无功补偿容量，QDymin、QDymax分别为动态无功补偿容量最小值和最大值，Ntqmin、Ntqmax分别为不同场景下低压补偿设备投切次数最小值和最大值，αi为第i个风电出力场景出现的概率。
本申请还提供了一种风电接入系统的动态无功规划设备，设备包括处理器以及存储器：
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行上述方法实施例中的风电接入系统的动态无功规划方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质用于存储程序代码，程序代码用于上述方法实施例中的风电接入系统的动态无功规划方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种风电接入系统的动态无功规划方法，其特征在于，包括：
将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景；
对所述风电出力场景下的低压补偿设备投切进行优化模拟计算，得到不同所述风电出力场景下的低压补偿设备投切次数和对应的动态无功补偿容量，构成动态无功补偿方案，所述优化模拟计算的优化目标为所述低压补偿设备投切次数最少；
对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案，包括：采用预置动态无功规划评价函数对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案，所述预置动态无功规划评价函数为：
Figure FDA0003414969200000011
其中，N为所述风电出力场景数量，ω1、ω2分别为动态无功补偿容量的权重系数和低压补偿设备投切次数的权重系数，QDy为所述动态无功补偿容量，QDymin、QDymax分别为动态无功补偿容量最小值和最大值，Ntqi为不同场景下低压补偿设备投切次数，Ntqimin、Ntqimax分别为不同场景下低压补偿设备投切次数最小值和最大值，αi为第i个所述风电出力场景出现的概率；
根据所述最优动态无功补偿方案进行时序潮流计算和动态计算，得到PCC点电压波动范围；
若所述PCC点电压波动范围不满足预置电压波动条件，则更新所述动态无功补偿方案，并返回所述对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价的步骤，直至所述PCC点电压波动范围满足所述预置电压波动条件，得到所述最优动态无功补偿方案。
2.根据权利要求1所述的风电接入系统的动态无功规划方法，其特征在于，所述将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景，之前还包括：
获取风电接入系统预置年份一年内所有的日风电出力数据。
3.根据权利要求1所述的风电接入系统的动态无功规划方法，其特征在于，所述将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景，包括：
计算任意两组所述日风电出力数据之间的相关系数；
将所述相关系数大于相关阈值的所述日风电出力数据划分至同一类型的风电出力场景，得到若干个所述风电出力场景。
4.一种风电接入系统的动态无功规划装置，其特征在于，包括：
聚类分析模块，用于将日风电出力数据进行聚类分析，得到若干个风电出力场景；
优化模拟模块，用于对所述风电出力场景下的低压补偿设备投切进行优化模拟计算，得到不同所述风电出力场景下的低压补偿设备投切次数和对应的动态无功补偿容量，构成动态无功补偿方案，所述优化模拟计算的优化目标为所述低压补偿设备投切次数最少；
评价模块，用于对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案，以及采用预置动态无功规划评价函数对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价，并获取最优动态无功补偿方案，所述预置动态无功规划评价函数为：
Figure FDA0003414969200000021
其中，N为所述风电出力场景数量，ω1、ω2分别为动态无功补偿容量的权重系数和低压补偿设备投切次数的权重系数，QDy为所述动态无功补偿容量，QDymin、QDymax分别为动态无功补偿容量最小值和最大值，Ntqi为不同场景下低压补偿设备投切次数，Ntqimin、Ntqimax分别为不同场景下低压补偿设备投切次数最小值和最大值，αi为第i个所述风电出力场景出现的概率；
计算模块，用于根据所述最优动态无功补偿方案进行时序潮流计算和动态计算，得到PCC点电压波动范围；
判断模块，用于若所述PCC点电压波动范围不满足预置电压波动条件，则更新所述动态无功补偿方案，并返回所述对所述动态无功补偿方案进行预置动态无功规划评价的步骤，直至所述PCC点电压波动范围满足所述预置电压波动条件，得到所述最优动态无功补偿方案。
5.根据权利要求4所述的风电接入系统的动态无功规划装置，其特征在于，还包括：
获取模块，用于获取风电接入系统预置年份一年内所有的日风电出力数据。
6.根据权利要求4所述的风电接入系统的动态无功规划装置，其特征在于，所述聚类分析模块具体用于：
计算任意两组所述日风电出力数据之间的相关系数；
将所述相关系数大于相关阈值的所述日风电出力数据划分至同一类型的风电出力场景，得到若干个所述风电出力场景。
7.一种风电接入系统的动态无功规划设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器：
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-3任一项所述的风电接入系统的动态无功规划方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-3任一项所述的风电接入系统的动态无功规划方法。
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