CN112653132A - 含海上风电电力系统稳定性判别方法、系统、装置及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含海上风电电力系统稳定性判别方法、系统、装置及介质,方法包括:确定含海上风电电力系统中各网络节点间的第一耦合强度,并确定含海上风电电力系统的节点邻接矩阵;根据第一耦合强度和节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型;根据海上风电影响因子对第一发电机组网络模型进行修正,得到第二发电机组网络模型;根据第二发电机组网络模型计算各网络节点的偏差相量,并根据偏差相量得到偏差系统函数,进而根据偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性。本发明降低了对系统算力的要求,提高了电力系统稳定性判别的准确度,有利于可再生能源的合理调度,提高了发电效率,可广泛应用于电力系统控制技术领域。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统控制技术领域,尤其是一种含海上风电电力系统稳定性判别方法、系统、装置及介质。
背景技术
随着世界环境恶化和化石能源紧缺等问题的日益严峻,为了寻找友好的清洁能源作为化石能源的替代品,风能资源走进了大众的视野,尤其是海上风电资源基于其占用土地资源较少,资源输出相对稳定等优势吸引了世界各国研究人员的关注。近几年,海上风电的进入了快速发展的阶段,我国海上风电的起步虽然较晚,但是近年来的发展也十分可观,以广东省为例,计划在2020年底海上风电规划装机容量达到6685万,根据《广东省海上风电发展规划(2017-2030年)(修编)》所示,广东省在粤东、珠三角、粤西等地区的近海浅水区和深水区规划了所处海上风电场址。但是由于风电具有随机性、间接性和波动性,所以当大规模海上风电接入电网后,必然要面对功率随机变化的现状,因此亟需一种可以准确判别含海上风电电力系统的稳定性的方法。
现有技术中,通常基于阻抗建模来判定海上风电机群并网谐振稳定性,然而这种方法一方面模型复杂,计算工作量大,对系统的算力要求较高,另一方面不能对电力系统中所有网络节点进行同步稳定性分析,得到的判定结果并不准确。
发明内容
本发明的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此,本发明实施例的一个目的在于提供一种含海上风电电力系统稳定性判别方法,该方法综合考虑了含海上风电电力系统电网拓扑特征以及海上风电环境的影响,能够更准确地反映电力系统的运行情况,相较现有技术而言,一方面模型更为简单,降低了对系统算力的要求,另一方面提高了含海上风电电力系统稳定性判别的准确度,有利于电力系统中可再生能源的合理调度,从而提高了电力系统的发电效率。
本发明实施例的另一个目的在于提供一种含海上风电电力系统稳定性判别系统。
为了达到上述技术目的,本发明实施例所采取的技术方案包括:
第一方面,本发明实施例提供了一种含海上风电电力系统稳定性判别方法,包括以下步骤:
确定含海上风电电力系统中各网络节点间的第一耦合强度,并确定含海上风电电力系统的节点邻接矩阵;
根据所述第一耦合强度和所述节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型;
根据海上风电影响因子对所述第一发电机组网络模型进行修正,得到第二发电机组网络模型;
根据所述第二发电机组网络模型计算各所述网络节点的偏差相量,并根据所述偏差相量得到偏差系统函数,进而根据所述偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述第一耦合强度为:
其中,K表示第一耦合强度,Pmax,ij表示网络节点i和网络节点j之间的最大传输线容量,I表示发电机组的转动惯量,Ω表示电网工作频率;
所述节点邻接矩阵为{aij},其中,当网络节点i和网络节点j相连接时aij=1,当网络节点i和网络节点j不相连接时aij=0。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述根据所述第一耦合强度和所述节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型这一步骤,其具体为:
利用复杂网络理论和能量守恒定律,根据所述第一耦合强度和所述节点邻接矩阵确定所述第一发电机组网络模型。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述第一发电机组网络模型为:
其中,表示网络节点i的第一相位偏差,表示的一阶导数,表示的二阶导数,pi表示网络节点i处的第一发电机输出功率,α表示耗散参数,K表示第一耦合强度,N表示网络节点总数,psource,i表示网络节点i的输入功率,kD表示摩擦系数,Ω表示电网工作频率,I表示发电机组的转动惯量。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述第二发电机组网络模型为:
其中,φi表示网络节点i的第二相位偏差,表示φi的一阶导数,表示φi的二阶导数,Pi表示网络节点i处的第二发电机输出功率,α表示耗散参数,K表示第一耦合强度,N表示网络节点总数,ρ表示空气密度值,A表示叶轮垂直于风向扫风面积,v表示风速,CP表示风能利用系数。
进一步地,在本发明的一个实施例中,所述根据所述偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性这一步骤,其具体为:
确定所述偏差系统函数满足所述第一约束条件,则各所述网络节点均处于同步状态,进而确定含海上风电电力系统处于稳定状态。
所述第一约束条件为:limt→∞||ei(t)||2=0,其中,||·||2表示二范数。
第二方面,本发明实施例提出了一种含海上风电电力系统稳定性判别系统,包括:
耦合强度和节点邻接矩阵确定模块,用于确定含海上风电电力系统中各网络节点间的第一耦合强度,并确定含海上风电电力系统的节点邻接矩阵;
网络模型建立模块,用于根据所述第一耦合强度和所述节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型;
网络模型修正模块,用于根据海上风电影响因子对所述第一发电机组网络模型进行修正,得到第二发电机组网络模型;
稳定性判定模块,用于根据所述第二发电机组网络模型计算各所述网络节点的偏差相量,并根据所述偏差相量得到偏差系统函数,进而根据所述偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性。
第三方面,本发明实施例提供了一种含海上风电电力系统稳定性判别装置,包括:
至少一个处理器;
至少一个存储器,用于存储至少一个程序;
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行时,使得所述至少一个处理器实现上述的一种含海上风电电力系统稳定性判别方法。
第四方面,本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其中存储有处理器可执行的程序,所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述的一种含海上风电电力系统稳定性判别方法。
本发明的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到:
本发明实施例先确定含海上风电电力系统中各网络节点间的第一耦合强度以及系统的节点邻接矩阵,然后根据第一耦合强度和节点邻接矩阵构建第一发电机组网络模型,再结合海上风电影响因子对第一发电机组网络模型进行修正得到第二发电机组网络模型,进行根据第二点机组网络模型计算各个网络节点的偏差相量,得到偏差系统函数,再结合预设的第一约束条件来判定含海上风电电力系统的稳定性。本发明综合考虑了含海上风电电力系统电网拓扑特征以及海上风电环境的影响,能够更准确地反映电力系统的运行情况,相较现有技术而言,一方面模型更为简单,降低了对系统算力的要求,另一方面提高了含海上风电电力系统稳定性判别的准确度,有利于电力系统中可再生能源的合理调度,从而提高了电力系统的发电效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面对本发明实施例中所需要使用的附图作以下介绍,应当理解的是,下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例,对于本领域的技术人员来说,在无需付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1为本发明实施例提供的一种含海上风电电力系统稳定性判别方法的步骤流程图;
图2为本发明实施例提供的一种含海上风电电力系统稳定性判别系统的结构框图;
图3为本发明实施例提供的一种含海上风电电力系统稳定性判别装置的结构框图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号,其仅为了便于阐述说明而设置,对步骤之间的顺序不做任何限定,实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在本发明的描述中,多个的含义是两个或两个以上,如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。此外,除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
参照图1,本发明实施例提供了一种含海上风电电力系统稳定性判别方法,具体包括以下步骤:
S101、确定含海上风电电力系统中各网络节点间的第一耦合强度,并确定含海上风电电力系统的节点邻接矩阵;
具体地,对于给定的含海上风电电力系统,选取其电网拓扑中的发电机组网络节点,并确定各网络节点在电网拓扑中的度、各节点间的耦合强度(即第一耦合强度)以及电力系统的邻接矩阵(即节点邻接矩阵)。
进一步作为可选的实施方式,第一耦合强度为:
其中,K表示第一耦合强度,Pmax,ij表示网络节点i和网络节点j之间的最大传输线容量,I表示发电机组的转动惯量,Ω表示电网工作频率;
节点邻接矩阵为{aij},其中,当网络节点i和网络节点j相连接时aij=1,当网络节点i和网络节点j不相连接时aij=0。
S102、根据第一耦合强度和节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型。
进一步作为可选的实施方式,根据第一耦合强度和节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型这一步骤,其具体为:
利用复杂网络理论和能量守恒定律,根据第一耦合强度和节点邻接矩阵确定第一发电机组网络模型。
具体地,本发明实施例以复杂网络理论为基础,根据发电机的能量守恒定律,以KM模型为原型,确定第一发电机组网络模型。
本发明实施例将复杂网络模型应用于电力网络中,将经典电力系统机电暂态分析中忽略的无电流注入节点影响计入研究中,更符合电网的实际运行情况。
进一步作为可选的实施方式,第一发电机组网络模型为:
其中,表示网络节点i的第一相位偏差,表示的一阶导数,表示的二阶导数,pi表示网络节点i处的第一发电机输出功率,α表示耗散参数,K表示第一耦合强度,N表示网络节点总数,psource,i表示网络节点i的输入功率,kD表示摩擦系数,Ω表示电网工作频率,I表示发电机组的转动惯量。
具体地,psource,i可通过下式计算:
psource,i=pacc,i+pdiss,i+ptrans,i
其中,pacc,i表示机器转动的累计功率,pdiss,i表示转子因旋转摩擦而产生的损耗功率,ptrans,i表示两个节点间的传输功率,Pmax,ij表示两节点间的最大传输线容量,θi表示发电机组机械转子的相角,表示的一阶导数。
可选地,耗散参数α可通过下式计算:
其中,kD表示摩擦系数;I表示发电机组机械转子的转动惯量。
S103、根据海上风电影响因子对第一发电机组网络模型进行修正,得到第二发电机组网络模型;
具体地,本发明实施例引入海上风电特有因素的影响因子,基于海上风电受环境影响的机理,考虑风速变换对发电机出力产生的影响因素对发电机组能量消耗的影响,进一步完善发电机组网络模型。
关于风机的理论输出功率公式为:
其中ρ表示空气密度值(kg/m3),A为叶轮垂直于风向扫风面积,即理论受力面积(m2);v表示风速(m/s),CP为风能利用系数(最大为0.593,即为贝兹系数)。
本发明实施例中引入海上风电对发电机组运行情况带来的影响,拓宽了复杂网络理论在电力网络中的应用。
进一步作为可选的实施方式,第二发电机组网络模型为:
其中,φi表示网络节点i的第二相位偏差,表示φi的一阶导数,表示φi的二阶导数,Pi表示网络节点i处的第二发电机输出功率,α表示耗散参数,K表示第一耦合强度,N表示网络节点总数,ρ表示空气密度值,A表示叶轮垂直于风向扫风面积,v表示风速,CP表示风能利用系数。
S104、根据第二发电机组网络模型计算各网络节点的偏差相量,并根据偏差相量得到偏差系统函数,进而根据偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性。
具体地,本发明实施例根据第二发电机组网络模型计算各个网络节点的偏差相量,得到偏差系统函数,根据预设的第一约束条件和偏差系统函数判断各个网络节点是否处于同步状态,进而确定含海上风电电力系统的稳定性。
进一步作为可选的实施方式,根据偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性这一步骤,其具体为:
确定偏差系统函数满足第一约束条件,则各网络节点均处于同步状态,进而确定含海上风电电力系统处于稳定状态。
第一约束条件为:limt→∞||ei(t)||2=0,其中,||·||2表示二范数。
以上对本发明的方法步骤进行了说明。应当认识到,复杂网络同步理论可以用于分析非线性网络的稳定性问题,电力网络正好可以满足复杂网络同步理论的研究条件。复杂网络同步理论标目,电网的拓扑特征与电源节点自身特征共同作用,决定了电网的稳定性机理。为此,应将从前研究中消去的无电流注入的节点考虑到研究分析中,能更好更准确地反映电力系统的本质,引入海上风电接入对发电机组的影响,有助于揭示含海上风电电力网络同步稳定性的机理,为提出相应的控制策略奠定了重要的基础。
本发明实施例构建了基于复杂网络理论的海上风电发电机组模型,以KM模型为基础,以发电机能量守恒定律为原理,引入海上风电接入对发电机组的影响,可以有效地利用于海上风电接入电网地稳定性研究中,为电力系统同步稳定性研究奠定了基础。
本发明实施例综合考虑了含海上风电电力系统电网拓扑特征以及海上风电环境的影响,能够更准确地反映电力系统的运行情况,相较现有技术而言,一方面模型更为简单,降低了对系统算力的要求,另一方面提高了含海上风电电力系统稳定性判别的准确度,有利于电力系统中可再生能源的合理调度,从而提高了电力系统的发电效率。
参照图2,本发明实施例提供了一种含海上风电电力系统稳定性判别系统,包括:
耦合强度和节点邻接矩阵确定模块,用于确定含海上风电电力系统中各网络节点间的第一耦合强度,并确定含海上风电电力系统的节点邻接矩阵;
网络模型建立模块,用于根据第一耦合强度和节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型;
网络模型修正模块,用于根据海上风电影响因子对第一发电机组网络模型进行修正,得到第二发电机组网络模型;
稳定性判定模块,用于根据第二发电机组网络模型计算各网络节点的偏差相量,并根据偏差相量得到偏差系统函数,进而根据偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性。
上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中,本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
参照图3,本发明实施例提供了一种含海上风电电力系统稳定性判别装置,包括:
至少一个处理器;
至少一个存储器,用于存储至少一个程序;
当上述至少一个程序被上述至少一个处理器执行时,使得上述至少一个处理器实现上述的一种含海上风电电力系统稳定性判别方法。
上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中,本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同,并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,其中存储有处理器可执行的程序,该处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述一种含海上风电电力系统稳定性判别方法。
本发明实施例的一种计算机可读存储介质,可执行本发明方法实施例所提供的一种含海上风电电力系统稳定性判别方法,可执行方法实施例的任意组合实施步骤,具备该方法相应的功能和有益效果。
本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序,该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令,该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令,处理器执行该计算机指令,使得该计算机设备执行图1所示的方法。
在一些可选择的实施例中,在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如,取决于所涉及的功能/操作,连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或上述方框有时能以相反顺序被执行。此外,在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供,目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的,其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外,虽然在功能性模块的背景下描述了本发明,但应当理解的是,除非另有相反说明,上述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中,或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是,有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说,考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下,在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此,本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是,所公开的特定概念仅仅是说明性的,并不意在限制本发明的范围,本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
上述功能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,本发明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,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例上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(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言,“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外,计算机可读介质甚至可以是可在其上打印上述程序的纸或其他合适的介质,因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得上述程序,然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解,本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如,如果用硬件来实现,和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的上述描述中,参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明并不限于上述实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种含海上风电电力系统稳定性判别方法,其特征在于,包括以下步骤:
确定含海上风电电力系统中各网络节点间的第一耦合强度,并确定含海上风电电力系统的节点邻接矩阵;
根据所述第一耦合强度和所述节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型;
根据海上风电影响因子对所述第一发电机组网络模型进行修正,得到第二发电机组网络模型;
根据所述第二发电机组网络模型计算各所述网络节点的偏差相量,并根据所述偏差相量得到偏差系统函数,进而根据所述偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性。
3.根据权利要求1所述的一种含海上风电电力系统稳定性判别方法,其特征在于,所述根据所述第一耦合强度和所述节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型这一步骤,其具体为:
利用复杂网络理论和能量守恒定律,根据所述第一耦合强度和所述节点邻接矩阵确定所述第一发电机组网络模型。
6.根据权利要求5所述的一种含海上风电电力系统稳定性判别方法,其特征在于,所述根据所述偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性这一步骤,其具体为:
确定所述偏差系统函数满足所述第一约束条件,则各所述网络节点均处于同步状态,进而确定含海上风电电力系统处于稳定状态。
8.一种含海上风电电力系统稳定性判别系统,其特征在于,包括:
耦合强度和节点邻接矩阵确定模块,用于确定含海上风电电力系统中各网络节点间的第一耦合强度,并确定含海上风电电力系统的节点邻接矩阵;
网络模型建立模块,用于根据所述第一耦合强度和所述节点邻接矩阵建立第一发电机组网络模型;
网络模型修正模块,用于根据海上风电影响因子对所述第一发电机组网络模型进行修正,得到第二发电机组网络模型;
稳定性判定模块,用于根据所述第二发电机组网络模型计算各所述网络节点的偏差相量,并根据所述偏差相量得到偏差系统函数,进而根据所述偏差系统函数和预设的第一约束条件判定含海上风电电力系统的稳定性。
9.一种含海上风电电力系统稳定性判别装置,其特征在于,包括:
至少一个处理器;
至少一个存储器,用于存储至少一个程序;
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行,使得所述至少一个处理器实现如权利要求1至7中任一项所述的一种含海上风电电力系统稳定性判别方法。
10.一种计算机可读存储介质,其中存储有处理器可执行的程序,其特征在于,所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1至7中任一项所述的一种含海上风电电力系统稳定性判别方法。
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2020
- 2020-12-11 CN CN202011442719.2A patent/CN112653132B/zh active Active
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