CN114362149B - 一种新能源发电承载力的评估方法、系统、设备和介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源发电承载力的评估方法、系统、设备和介质，包括：通过将预设的故障发送给新能源发电并网系统，并采集故障注入点的电网数据，对电网数据进行分析处理，判断电网数据是否符合预设的新能源发电并网的参数指标；若所述电网数据符合所述参数指标，则通过功率倍乘的方法更新电网参数，并重新对电网数据进行分析，直到电网数据不符合所述预设的新能源发电并网的参数指标，获得最终的电网数据；根据所述最终的电网数据，得到新能源发电承载力的评估结果。本发明解决了常规的利用机电暂态仿真的方法无法考虑新能源发电系统阻抗、分析系统稳定性的问题。能自动分析新能源并网承载力，同时具备分析振荡原因、解决振荡问题的能力。
Description
技术领域
本发明涉及新能源电力系统技术领域，特别是涉及一种新能源发电承载力的评估方法、系统、设备和介质。
背景技术
随着新能源的大规模开发，新能源发电的渗透率逐步提升，各类新能源系统并网对电网运行控制的影响越来越大。新能源出力的不稳定性、反调峰特征，给电网的安全稳定运行带来挑战，且新能源发电规模越大，电网失稳的风险越大，这使得新能源系统消纳受到限制。为了在保证电网安全稳定运行的前提下，尽可能地利用新能源，提高新能源消纳水平，研究电网对新能源发电的承载力很有必要。新能源发电承载力评估可以使得资源得到充分利用，缓解日益增长的能源需求，同时可以合理规划新能源开发的规模，避免新能源出力水平超过电网消纳能力，导致出现较大的弃风弃光量，影响电网的经济性和稳定性。
目前，常规的新能源发电承载力评估方法主要是通过机电暂态仿真来分析。但是，机电暂态仿真的时间尺度较大，无法得到故障情况下新能源发电和电网系统的暂态过程。并且，机电暂态仿真无法考虑新能源发电系统的阻抗，在新能源并网时，阻抗会影响电网系统稳定性，大规模的新能源发电并网可能会导致功率振荡或次同步振荡等。
发明内容
本发明的目的是：提供一种新能源发电承载力的评估方法、系统、设备和介质，解决了常规的利用机电暂态仿真的方法无法考虑新能源发电系统阻抗、分析系统稳定性的问题。能自动分析新能源并网承载力，同时具备分析振荡原因、解决振荡问题的能力。
为了实现上述目的，本发明提供了一种新能源发电承载力的评估方法，包括：
S1、将预设的故障发送给新能源发电并网系统，并采集故障注入点的电网数据，其中，所述电网数据包括：电压数据、电流数据、有功功率数据和无功功率数据；
S2、对所述电网数据进行分析处理，判断所述电网数据是否符合预设的新能源发电并网的参数指标；若所述电网数据符合所述参数指标，则执行步骤S3;若所述电网数据不符合所述参数指标，则将所述电网数据作为最终的电网数据，并执行步骤S4;
S3、对所述电网数据采用功率倍乘的方法进行更新处理，并重新执行步骤S1，直到所述电网数据不符合所述预设的新能源发电并网的参数指标，获得最终的电网数据；其中，所述采用功率倍乘的方法进行更新处理，具体为：将所述电网数据中的电流数据进行倍增；
S4、根据所述最终的电网数据，得到新能源发电承载力的评估结果。
进一步地，所述预设的故障包括：单相接地故障、两相接地故障、三相接地故障、相间短路故障、电压跌落故障、过电压故障和N-1故障。
进一步地，所述参数指标包括：电压控制指标、低电压穿越指标、有功恢复指标和动态无功支撑能力指标。
进一步地，所述电压控制指标，具体采用如下计算公式：
式中，为并网点电压，/>为额定电压；
所述低电压穿越指标，具体采用如下计算公式：
式中，为新能源电场并网断路器断开时刻，/>为故障时刻；
所述有功恢复指标，具体采用如下计算公式：
式中，为故障清除时刻，/>为故障清除后功率恢复前的某时刻，/>和/>分别为和/>时刻新能源电场的有功功率，/>为额定功率；
所述动态无功支撑能力指标，具体采用如下计算公式：
式中，为动态无功电流，/>为故障时电压，/>为额定电流。
本发明还提供一种新能源发电承载力的评估系统，包括：故障注入模块、承载力评估模块、更新判断模块和评估结果模块，其中，
所述故障注入模块，用于将预设的故障发送给新能源发电并网系统，并采集故障注入点的电网数据，其中，所述电网数据包括：电压数据、电流数据、有功功率数据和无功功率数据；
所述承载力评估模块，用于对所述电网数据进行分析处理，判断所述电网数据是否符合预设的新能源发电并网的参数指标；若所述电网数据符合所述参数指标，则调用更新判断模块;若所述电网数据不符合所述参数指标，则将所述电网数据作为最终的电网数据，并调用评估结果模块；
所述更新判断模块，用于对所述电网数据采用功率倍乘的方法进行更新处理，并重新调用故障注入模块，直到所述电网数据不符合所述预设的新能源发电并网的参数指标，获得最终的电网数据；其中，所述采用功率倍乘的方法进行更新处理，具体为：将所述电网数据中的电流数据进行倍增；
所述评估结果模块，用于根据所述最终的电网数据，得到新能源发电承载力的评估结果。
进一步地，所述预设的故障包括：单相接地故障、两相接地故障、三相接地故障、相间短路故障、电压跌落故障、过电压故障和N-1故障。
进一步地，所述参数指标包括：电压控制指标、低电压穿越指标、有功恢复指标和动态无功支撑能力指标。
进一步地，所述电压控制指标，具体采用如下计算公式：
式中，为并网点电压，/>为额定电压；
所述低电压穿越指标，具体采用如下计算公式：
式中，为新能源电场并网断路器断开时刻，/>为故障时刻；
所述有功恢复指标，具体采用如下计算公式：
式中，为故障清除时刻，/>为故障清除后功率恢复前的某时刻，/>和/>分别为和/>时刻新能源电场的有功功率，/>为额定功率；
所述动态无功支撑能力指标，具体采用如下计算公式：
式中，为动态无功电流，/>为故障时电压，/>为额定电流。
本发明还提供一种计算机终端设备，包括：一个或多个处理器；存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任一项所述的新能源发电承载力的评估方法。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的新能源发电承载力的评估方法。
本发明提供的一种新能源发电承载力的评估方法、系统、设备和介质与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明通过将预设的故障发送给新能源发电并网系统，并采集故障注入点的电网数据，其中，所述电网数据包括：电压、电流、有功功率和无功功率数据；对所述电网数据进行分析处理，判断所述电网数据是否符合预设的新能源发电并网的参数指标；若所述电网数据符合所述参数指标，则通过功率倍乘因数更新电网参数，并重新对电网数据进行分析，直到所述电网数据不符合所述预设的新能源发电并网的参数指标，获得最终的电网数据；根据所述最终的电网数据，得到新能源发电承载力的评估结果。本发明解决了常规的利用机电暂态仿真的方法无法考虑新能源发电系统阻抗、分析系统稳定性的问题。能自动分析新能源并网承载力，同时具备分析振荡原因、解决振荡问题的能力。
附图说明
图1是本发明提供的一种新能源发电承载力的评估方法的流程示意图；
图2是本发明提供的功率倍乘方法的原理示意图；
图3是本发明提供的一种新能源发电承载力的评估系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如图1所示，本发明提供的一种新能源发电承载力的评估方法，至少包括S1-S4,具体步骤如下：
S1、将预设的故障发送给新能源发电并网系统，并采集故障注入点的电网数据，其中，所述电网数据包括：电压数据、电流数据、有功功率数据和无功功率数据；
具体地，通过预先设置故障，故障设置的具体内容包括：有故障类型和故障时间。故障类型包括单相接地故障、两相接地故障、三相接地故障、相间短路故障、电压跌落故障、过电压故障和N-1故障等。故障时间可以自由设置，故障注入点接收到故障指令后，经过设置的故障时间，故障自动清除。
S2、对所述电网数据进行分析处理，判断所述电网数据是否符合预设的新能源发电并网的参数指标；若所述电网数据符合所述参数指标，则执行步骤S3;若所述电网数据不符合所述参数指标，则将所述电网数据作为最终的电网数据，并执行步骤S4;
具体地，通过对故障注入点电压、电流、有功功率和无功功率数据，综合分析这些数据是否满足新能源发电并网要求的参数指标。例如，以风电场并网技术要求为例，参数指标要求如下：
（1）、电压控制指标：当公共电网电压处于正常范围时，风电场应当能够控制风电场并网点电压在标称电压的97%~107%范围内。具体公式如下：
。
式中，为并网点电压，/>，/>为额定电压。
（2）、低电压穿越指标：风电场并网点电压跌至20%标称电压时，风电场内的风电机组应保证不脱网连续运行625ms。具体公式如下：
。
式中，为风电场并网断路器断开时刻，/>为故障时刻。
（3）、有功恢复指标：风电场有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少10%额定功率/秒的功率变化率恢复至故障前的值。具体公式如下：
。
式中，为故障清除时刻，/>为故障清除后功率恢复前的某时刻，/>和/>分别为和/>时刻风电场的有功功率，/>为额定功率。
（4）、动态无功支撑能力指标：当电力系统发生三相短路故障引起电压跌落时，风电场在低压穿越过程中应具有动态无功支撑能力。具体公式如下：
。
式中，为动态无功电流，/>为故障时电压，/>为额定电流。
光伏并网和其它新能源发电并网也有类似的标准，在此不做具体说明。
S3、对所述电网数据采用功率倍乘的方法进行更新处理，并重新执行步骤S1，直到所述电网数据不符合所述预设的新能源发电并网的参数指标，获得最终的电网数据；其中，所述采用功率倍乘的方法进行更新处理，具体为：将所述电网数据中的电流数据进行倍增；
具体地，通过功率倍乘的方法对电网数据进行更新，功率倍乘方法的作用是等效多个新能源发电模型，达到提高仿真效率的效果。电磁暂态仿真的仿真步长远小于机电暂态仿真，若分析新能源发电承载力时，在模型中加入多个相同的新能源发电模型，则计算量将很大，仿真效率不高。并且在实时仿真条件下，由于计算节点的限制，根本无法添加过多新能源发电模型。通过功率倍乘的方法，仅使用一个新能源发电模型就能实现多个新能源发电模型并网的等效。
功率倍乘的原理如图2所示，图2中，N是功率倍乘因数，代表N个新能源发电模型；u ori和i ori分别表示原始电压和电流，u eq和i eq分别表示经功率倍乘模块等效后的电压和电流。功率倍乘模块两端的数值关系如下：
。
。
即两端电压等级保持一致，等效后的电流为原始电流的N倍，这样等效后的功率也为原始功率的N倍。
S4、根据所述最终的电网数据，得到新能源发电承载力的评估结果。
具体地，通过对最终的电网数据进行分析，得到新能源发电承载力的评估结果。
在本发明的某一个实施例中，所述预设的故障包括：单相接地故障、两相接地故障、三相接地故障、相间短路故障、电压跌落故障、过电压故障和N-1故障。
在本发明的某一个实施例中，所述参数指标包括：电压控制指标、低电压穿越指标、有功恢复指标和动态无功支撑能力指标。
在本发明的某一个实施例中，所述电压控制指标，具体采用如下计算公式：
。
式中，为并网点电压，/>为额定电压；
所述低电压穿越指标，具体采用如下计算公式：
。
式中，为新能源电场并网断路器断开时刻，/>为故障时刻；
所述有功恢复指标，具体采用如下计算公式：
。
式中，为故障清除时刻，/>为故障清除后功率恢复前的某时刻，/>和/>分别为和/>时刻新能源电场的有功功率，/>为额定功率；
所述动态无功支撑能力指标，具体采用如下计算公式：
。
式中，为动态无功电流，/>为故障时电压，/>为额定电流。
本发明提供的一种新能源发电承载力的评估方法与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明通过将预设的故障发送给新能源发电并网系统，并采集故障注入点的电网数据，其中，所述电网数据包括：电压、电流、有功功率和无功功率数据；对所述电网数据进行分析处理，判断所述电网数据是否符合预设的新能源发电并网的参数指标；若所述电网数据符合所述参数指标，则通过功率倍乘因数更新电网参数，并重新对电网数据进行分析，直到所述电网数据不符合所述预设的新能源发电并网的参数指标，获得最终的电网数据；根据所述最终的电网数据，得到新能源发电承载力的评估结果。本发明解决了常规的利用机电暂态仿真的方法无法考虑新能源发电系统阻抗、分析系统稳定性的问题。能自动分析新能源并网承载力，同时具备分析振荡原因、解决振荡问题的能力。
如图3所示，本发明还提供一种新能源发电承载力的评估系统200，包括：故障注入模块201、承载力评估模块202、更新判断模块203和评估结果模块204，其中，
所述故障注入模块201，用于将预设的故障发送给新能源发电并网系统，并采集故障注入点的电网数据，其中，所述电网数据包括：电压数据、电流数据、有功功率数据和无功功率数据；
所述承载力评估模块202，用于对所述电网数据进行分析处理，判断所述电网数据是否符合预设的新能源发电并网的参数指标；若所述电网数据符合所述参数指标，则调用更新判断模块203;若所述电网数据不符合所述参数指标，则将所述电网数据作为最终的电网数据，并调用评估结果模块204；
所述更新判断模块203，用于对所述电网数据采用功率倍乘的方法进行更新处理，并重新调用故障注入模块201，直到所述电网数据不符合所述预设的新能源发电并网的参数指标，获得最终的电网数据；其中，所述采用功率倍乘的方法进行更新处理，具体为：将所述电网数据中的电流数据进行倍增；
所述评估结果模块204，用于根据所述最终的电网数据，得到新能源发电承载力的评估结果。
在本发明的某一个实施例中，所述预设的故障包括：单相接地故障、两相接地故障、三相接地故障、相间短路故障、电压跌落故障、过电压故障和N-1故障。
在本发明的某一个实施例中，所述参数指标包括：电压控制指标、低电压穿越指标、有功恢复指标和动态无功支撑能力指标。
在本发明的某一个实施例中，所述电压控制指标，具体采用如下计算公式：
。
式中，为并网点电压，/>为额定电压；
所述低电压穿越指标，具体采用如下计算公式：
。
式中，为新能源电场并网断路器断开时刻，/>为故障时刻；
所述有功恢复指标，具体采用如下计算公式：
。
式中，为故障清除时刻，/>为故障清除后功率恢复前的某时刻，/>和/>分别为和/>时刻新能源电场的有功功率，/>为额定功率；
所述动态无功支撑能力指标，具体采用如下计算公式：
。
式中，为动态无功电流，/>为故障时电压，/>为额定电流。
本发明还提供一种计算机终端设备，包括：一个或多个处理器；存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任一项所述的新能源发电承载力的评估方法。
需要说明的是，所述处理器可以是中央处理单元（CentralProcessingUnit，CPU），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，DSP）、专用集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC）、现成可编程门阵列（Field-ProgrammableGateArray，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器也可以是任何常规的处理器，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接所述终端设备的各个部分。
所述存储器主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡（SmartMediaCard，SMC）、安全数字（SecureDigital，SD）卡和闪存卡（FlashCard）等，或所述存储器也可以是其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，上述终端设备仅仅是示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述的新能源发电承载力的评估方法。
需要说明的是，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元（如计算机程序、计算机程序），所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种新能源发电承载力的评估方法，其特征在于，包括：
S1、将预设的故障发送给新能源发电并网系统，并采集故障注入点的电网数据，其中，所述电网数据包括：电压数据、电流数据、有功功率数据和无功功率数据；
S2、对所述电网数据进行分析处理，判断所述电网数据是否符合预设的新能源发电并网的参数指标；若所述电网数据符合所述参数指标，则执行步骤S3;若所述电网数据不符合所述参数指标，则将所述电网数据作为最终的电网数据，并执行步骤S4;
S3、对所述电网数据采用功率倍乘的方法进行更新处理，并重新执行步骤S1，直到所述电网数据不符合所述预设的新能源发电并网的参数指标，获得最终的电网数据；其中，所述采用功率倍乘的方法进行更新处理，具体为：将所述电网数据中的电流数据进行倍增；
S4、根据所述最终的电网数据，得到新能源发电承载力的评估结果；
所述预设的故障包括：单相接地故障、两相接地故障、三相接地故障、相间短路故障、电压跌落故障、过电压故障和N-1故障；
所述参数指标包括：电压控制指标、低电压穿越指标、有功恢复指标和动态无功支撑能力指标；
所述电压控制指标，具体采用如下计算公式：
式中，为并网点电压，/>为额定电压；
所述低电压穿越指标，具体采用如下计算公式：
式中，为新能源电场并网断路器断开时刻，/>为故障时刻；
所述有功恢复指标，具体采用如下计算公式：
式中，为故障清除时刻，/>为故障清除后功率恢复前的某时刻，/>和/>分别为/>和/>时刻新能源电场的有功功率，/>为额定功率；
所述动态无功支撑能力指标，具体采用如下计算公式：
式中，为动态无功电流，/>为故障时电压，/>为额定电流。
2.一种新能源发电承载力的评估系统，其特征在于，包括：故障注入模块、承载力评估模块、更新判断模块和评估结果模块，其中，
所述故障注入模块，用于将预设的故障发送给新能源发电并网系统，并采集故障注入点的电网数据，其中，所述电网数据包括：电压数据、电流数据、有功功率数据和无功功率数据；
所述承载力评估模块，用于对所述电网数据进行分析处理，判断所述电网数据是否符合预设的新能源发电并网的参数指标；若所述电网数据符合所述参数指标，则调用更新判断模块;若所述电网数据不符合所述参数指标，则将所述电网数据作为最终的电网数据，并调用评估结果模块；
所述更新判断模块，用于对所述电网数据采用功率倍乘的方法进行更新处理，并重新调用故障注入模块，直到所述电网数据不符合所述预设的新能源发电并网的参数指标，获得最终的电网数据；其中，所述采用功率倍乘的方法进行更新处理，具体为：将所述电网数据中的电流数据进行倍增；
所述评估结果模块，用于根据所述最终的电网数据，得到新能源发电承载力的评估结果；
所述预设的故障包括：单相接地故障、两相接地故障、三相接地故障、相间短路故障、电压跌落故障、过电压故障和N-1故障；
所述参数指标包括：电压控制指标、低电压穿越指标、有功恢复指标和动态无功支撑能力指标；
所述电压控制指标，具体采用如下计算公式：
式中，为并网点电压，/>为额定电压；
所述低电压穿越指标，具体采用如下计算公式：
式中，为新能源电场并网断路器断开时刻，/>为故障时刻；
所述有功恢复指标，具体采用如下计算公式：
式中，为故障清除时刻，/>为故障清除后功率恢复前的某时刻，/>和/>分别为/>和/>时刻新能源电场的有功功率，/>为额定功率；
所述动态无功支撑能力指标，具体采用如下计算公式：
式中，为动态无功电流，/>为故障时电压，/>为额定电流。
3.一种计算机终端设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1所述的新能源发电承载力的评估方法。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的新能源发电承载力的评估方法。
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