CN112526262A - 高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，属于电力系统技术领域。根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B，然后计算直流送端电网稳定性判断系数F_n，根据直流送端电网稳定性判断系数F_n，判断高比例新能源接入的直流送端电网稳定性，提高高比例新能源接入的直流电网稳定性的判断精准度，使得计算后的数值更加达到真实值，为决策是否需调整电网规划方案提供依据，并为下一步对不具备适应能力的情况选取有效的建设改造方案奠定基础。

Description

高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法。

背景技术

随着经济快速发展，对电力的需求日益增加，电网也愈加复杂，接入直流送端电网的形式趋于多样化，当高比例新能源接入直流送端电网时势必对电网的稳定性造成影响。随着大规模分布式新能源并入电网，电网的结构日益复杂，对电网运行状态的评估判断变得错综复杂，传统的电网稳定性判断方法由于其判断精确性低，已经难以满足当前高比例新能源接入的电网稳定性判断需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，以解决现有技术中存在的电网稳定性判断方法精确度低，难以满足高比例新能源接入的电网稳定性判断需求的技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，包括以下步骤：

获取影响高比例新能源接入的直流送端电网的稳定性影响特征参数；

根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B；

根据有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B，基于算式(Ⅰ)，计算直流送端电网稳定性判断系数F_n：

式中，U_m,n(t)为节点n的电压，λ_n为节点n的占比值，k_m,n(t)为0表示节点n在t时刻的电压大于0.95p.u，k_m,n(t)为1表示节点n在t时刻的电压小于等于0.95p.u.，0.95p.u为考虑用电设备允许电压偏移量±5％而设定的负荷侧最低需求电压；

根据直流送端电网稳定性判断系数F_n，判断高比例新能源接入的直流送端电网稳定性。

优选地，所述“根据直流送端电网稳定性判断系数F_n，判断高比例新能源接入的直流送端电网稳定性”包括以下过程：

若F_n<1，代表电网处于稳定的运行状态；

若F_n＝1，代表电网处于临界稳定运行状态；

若F_n>1，代表电网处于不稳定的运行状态。

优选地，所述“根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B”中，基于算式(Ⅱ)，计算有功功率变化因子A₁：

式中：U₁表示并网点处电压值；β为风电机组有功变化系数，0≤β≤1；α为光伏机组有功变化系数，0≤α≤1；I₁为风电机组额定电流；I₂为光伏机组额定电流；P₁为风电机组额定功率；P₂为光伏机组额定功率。

优选地，基于算式(Ⅲ)，计算并网点处电压值U₁：

式中，负荷侧电压U₀，线路等值电抗R+jX，风电光伏机组无功功率Q。

优选地，所述“根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B”中，基于算式(Ⅳ)，计算无功功率变化因子A₂：

式中，新能源机组初始无功N₀，新能源机组最大无功N_max，新能源机组最小无功N_min。

优选地，所述“根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B”中，基于算式(Ⅴ)，计算直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)：

式中：k_t为t时刻稳定系数；k_t为0表示在t时刻的电压大于0.95p.u，k_t为1表示在t时刻的电压小于等于0.95p.u.；0.95p.u.为考虑用电设备允许电压偏移量±5％而设定的负荷侧最低需求电压；t为时间。

优选地，所述“根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B”中，基于算式(Ⅵ)，计算可再生能源波动性系数B：

式中：δ为电压波动系数，0≤δ≤1；t为时间；L为风机叶片长度；T为当前温度；K为光伏机组稳定温度。

由上述技术方案可知，本发明提供了一种高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，其有益效果是：根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B，然后计算直流送端电网稳定性判断系数F_n，根据直流送端电网稳定性判断系数F_n，判断高比例新能源接入的直流送端电网稳定性，提高高比例新能源接入的直流电网稳定性的判断精准度，使得计算后的数值更加达到真实值，为决策是否需调整电网规划方案提供依据，并为下一步对不具备适应能力的情况选取有效的建设改造方案奠定基础。

附图说明

图1是高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法的流程框图。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案以及技术效果做进一步的详细阐述。

请参看图1，一具体实施方式中，一种高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，包括以下步骤：

获取影响高比例新能源接入的直流送端电网的稳定性影响特征参数；

根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B；

根据有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B，基于算式(Ⅰ)，计算直流送端电网稳定性判断系数F_n：

式中，U_m,n(t)为节点n的电压，λ_n为节点n的占比值，k_m,n(t)为0表示节点n在t时刻的电压大于0.95p.u，k_m,n(t)为1表示节点n在t时刻的电压小于等于0.95p.u.，0.95p.u为考虑用电设备允许电压偏移量±5％而设定的负荷侧最低需求电压；

根据直流送端电网稳定性判断系数F_n，判断高比例新能源接入的直流送端电网稳定性。

具体地，所述“根据直流送端电网稳定性判断系数F_n，判断高比例新能源接入的直流送端电网稳定性”包括以下过程：

若F_n<1，代表电网处于稳定的运行状态；

若F_n＝1，代表电网处于临界稳定运行状态；

若F_n>1，代表电网处于不稳定的运行状态。

一实施例中，通过传感器及调度后台，获取直流送端电网的稳定性影响特征参数，包括电网运行状态的电气参数以及外部环境参数。电气参数采集主要有负荷侧电压U₀，线路等值电抗R+jX,新能源机组初始无功N₀，新能源机组最大无功N_max，新能源机组最小无功N_min，风电机组额定功率P₁，光伏机组额定功率P₂，风电光伏机组无功功率Q,风电机组额定电流I₁，光伏机组额定电流I₂。外部环境参数包括风机叶片长度L；当前温度T；光伏机组稳定温度K，本发明实施例中，K值取20℃。

考虑接入新能源机组后对送端电网的电压影响，首先，计算出并网点处电压值U₁，通过算式算式(Ⅲ)，计算并网点处电压值U₁：

式中，负荷侧电压U₀，线路等值电抗R+jX，风电光伏机组无功功率Q。

然后，基于算式(Ⅱ)，计算有功功率变化因子A₁：

式中：U₁表示并网点处电压值；β为风电机组有功变化系数，0≤β≤1；α为光伏机组有功变化系数，0≤α≤1；I₁为风电机组额定电流；I₂为光伏机组额定电流；P₁为风电机组额定功率；P₂为光伏机组额定功率。

然后，基于算式(Ⅳ)，计算无功功率变化因子A₂：

式中，新能源机组初始无功N₀，新能源机组最大无功N_max，新能源机组最小无功N_min。

然后，基于算式(Ⅴ)，计算直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)：

式中：k_t为t时刻稳定系数；k_t为0表示在t时刻的电压大于0.95p.u，k_t为1表示在t时刻的电压小于等于0.95p.u.；0.95p.u.为考虑用电设备允许电压偏移量±5％而设定的负荷侧最低需求电压；t为时间。

其次，基于算式(Ⅵ)，计算可再生能源波动性系数B：

式中：δ为电压波动系数，0≤δ≤1；t为时间；L为风机叶片长度；T为当前温度；K为光伏机组稳定温度。

新能源机组稳定性受制于风速温度等影响，计算新能源机组输出有功功率变化因子能够更准确的计算出电网电压稳定情况。

最后，基于算式(Ⅰ)，计算直流送端电网稳定性判断系数F_n：

式中，U_m,n(t)为节点n的电压，λ_n为节点n的占比值，k_m,n(t)为0表示节点n在t时刻的电压大于0.95p.u，k_m,n(t)为1表示节点n在t时刻的电压小于等于0.95p.u.，0.95p.u为考虑用电设备允许电压偏移量±5％而设定的负荷侧最低需求电压；

根据直流送端电网稳定性判断系数F_n，判断高比例新能源接入的直流送端电网稳定性。若F_n<1，代表电网处于稳定的运行状态；若F_n＝1，代表电网处于临界稳定运行状态；若F_n>1，代表电网处于不稳定的运行状态。

以下通过具体实施例，进一步说明本发明的技术方案的实施过程及技术效果。

首先，通过传感器、调度后台及设备数据库等，获取以下数据：负荷侧电压U₀为10.5kV，风电机组额定功率P₁为110kW，光伏机组额定功率P₂为100kW，新能源机组初始无功功率N₀为190Kvar，新能源机组最大无功功率N_max为200kvar，电新能源机组最小无功功率N_min为170kvar，线路等值电抗R+jX为30+42j,I₁为风电机组额定电流10A，I₂为光伏机组额定电流13A、风电光伏机组无功功率Q为190Kvar、t时刻稳定系数k_t为1，U_m,n(t)为节点n的电压，测得8kV，λ_n为节点n的占比值，其值取为1/10,风速V为5m/s，温度T为25℃，风机叶片长度L为20m。

首先，计算并网点处电压值U₁，将U₀＝10.5kV、P₁＝110kW、P₂＝100kW、R＝30、X＝42、Q＝190kvar，输入计算机程序，基于算式(Ⅲ)，计算得U₁＝14.02kV。

然后，将U₁＝14.02kV、β＝0.8、α＝0.9,、P₁＝110kW、P₂＝100kW、I₁＝10A、I₂＝13A，输入计算机程序，基于算式(Ⅱ)，计算有功功率变化因子A₁，计算得A₁＝0.55。

然后，计算无功功率变化因子A₂，将N_max＝200kvar、N₀＝190kvar、N_min＝170kvar输入计算机程序，基于算式(Ⅳ)，计算无功功率变化因子A₂＝1.79。

其次，将k_t＝1、U₀＝10.5kV、U₁＝14.02kV、t＝4s输入计算机程序，基于算式(Ⅴ)，计算直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)，解得D_m,n(t)＝6.84。

然后，计算可再生能源波动性系数B，将δ＝0.95、V＝5m/s、L＝20m、T＝25℃、K＝20℃、t＝4s输入计算机程序，基于算式(Ⅵ)，计算得B＝3.406。

最后，基于算式(Ⅰ)，计算直流送端电网稳定性判断系数F_n，将D_m,n(t)＝6.84、B＝3.406、k_m.n(t)＝1、U_m，n(t)＝8kv、A₁＝0.55、A₂＝1.79、λ_n＝0.1输入计算机程序，计算得F_n＝1.71。

F_n>1，代表电网处于不稳定的运行状态。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取影响高比例新能源接入的直流送端电网的稳定性影响特征参数；

根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B；

根据有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B，基于算式(Ⅰ)，计算直流送端电网稳定性判断系数F_n：

其中，U_m,n(t)为节点n的电压，λ_n为节点n的占比值，k_m,n(t)为0表示节点n在t时刻的电压大于0.95p.u，k_m,n(t)为1表示节点n在t时刻的电压小于等于0.95p.u.，0.95p.u为考虑用电设备允许电压偏移量±5％而设定的负荷侧最低需求电压；

根据直流送端电网稳定性判断系数F_n，判断高比例新能源接入的直流送端电网稳定性。

2.如权利要求1所述的高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，其特征在于，所述“根据直流送端电网稳定性判断系数F_n，判断高比例新能源接入的直流送端电网稳定性”包括以下过程：

若F_n<1，代表电网处于稳定的运行状态；

若F_n＝1，代表电网处于临界稳定运行状态；

若F_n>1，代表电网处于不稳定的运行状态。

3.如权利要求1所述的高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，其特征在于，所述“根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B”中，基于算式(Ⅱ)，计算有功功率变化因子A₁：

式中：U₁表示并网点处电压值；β为风电机组有功变化系数，0≤β≤1；α为光伏机组有功变化系数，0≤α≤1；I₁为风电机组额定电流；I₂为光伏机组额定电流；P₁为风电机组额定功率；P₂为光伏机组额定功率。

4.如权利要求3所述的高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，其特征在于，基于算式(Ⅲ)，计算并网点处电压值U₁：

式中，负荷侧电压U₀，线路等值电抗R+jX，风电光伏机组无功功率Q。

5.如权利要求1所述的高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，其特征在于，所述“根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B”中，基于算式(Ⅳ)，计算无功功率变化因子A₂：

式中，新能源机组初始无功N₀，新能源机组最大无功N_max，新能源机组最小无功N_min。

6.如权利要求4所述的高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，其特征在于，所述“根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B”中，基于算式(Ⅴ)，计算直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)：

式中：k_t为t时刻稳定系数；k_t为0表示在t时刻的电压大于0.95p.u，k_t为1表示在t时刻的电压小于等于0.95p.u.；0.95p.u.为考虑用电设备允许电压偏移量±5％而设定的负荷侧最低需求电压；t为时间。

7.如权利要求6所述的高比例新能源接入的直流送端电网稳定性判断方法，其特征在于，所述“根据稳定性影响特征参数，分别计算有功功率变化因子A₁、无功功率变化因子A₂、直流送端电网电压稳定系数D_m,n(t)及可再生能源波动性系数B”中，基于算式(Ⅵ)，计算可再生能源波动性系数B：

式中：δ为电压波动系数，0≤δ≤1；t为时间；L为风机叶片长度；T为当前温度；K为光伏机组稳定温度。

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