CN114825425A - 电压跌落引发频率安全的新能源接纳能力评估方法及装置 - Google Patents

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CN114825425A CN202210274963.5A CN202210274963A CN114825425A CN 114825425 A CN114825425 A CN 114825425A CN 202210274963 A CN202210274963 A CN 202210274963A CN 114825425 A CN114825425 A CN 114825425A
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徐广�
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Abstract

本发明公开了一种电压跌落引发频率安全的新能源接纳能力评估方法及系统，本发明通过计算新能源的电压跌落程度和负荷的电压跌落程度，进而评估电压跌落造成系统短时能量冲击量，即新能源有功功率变化和负荷有功功率变化，结合系统允许的最大动能变化量，评估当前潮流方式为最小开机方式和最大接纳容量，从而实现针对电压跌落造成的系统短时功率冲击场景的新能源接纳能力评估方法，进一步完善了频率安全稳定约束下新能源接纳能力评估方面的研究。

Description

电压跌落引发频率安全的新能源接纳能力评估方法及装置
技术领域
本发明涉及一种电压跌落引发频率安全的新能源接纳能力评估方法及装置，属于电力系统及其自动化技术领域。
背景技术
目前对新能源接纳能力的评估方法主要考虑以下几个方面：电力系统调峰能力方面、系统经济调度方面、系统安全稳定方面。其中，安全稳定方面，以暂态频率安全稳定为约束的新能源接纳能力评估方法，通常考虑系统可能存在的最大程度永久性功率损失/盈余场景。
随着大量同步发电机被替代，新能源占比升高，动态无功支撑能力下降，交流系统强度下降，电网短时短路故障后引起的新能源低电压穿越范围会进一步扩大，恢复过程也会进一步拉长，短时电压扰动引起近区潮流和新能源功率波动，造成全网短时性功率冲击可能引发系统频率稳定风险。新能源高占比占系统中普通的电压跌落造成的全网短时性功率冲击对系统频率的影响甚至比永久性功率缺失带来的影响还要严重，因此，电压跌落导致短时大功率冲击对系统频率安全稳定的影响，将成为评估新能源接纳能力不可忽视的重要因素之一。但是目前还没有针对电压跌落造成的系统短时功率冲击场景的新能源接纳能力评估方法。
发明内容
本发明提供了一种电压跌落引发频率安全的新能源接纳能力评估方法及装置，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
新能源接纳能力评估方法，包括：
根据当前潮流方式下新能源的短路电流、新能源相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度；
根据当前潮流方式下负荷的短路电流、负荷相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度；
根据新能源的电压跌落程度和新能源低电压穿越控制策略，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化；
根据负荷的电压跌落程度和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化；
根据新能源有功功率变化和负荷有功功率变化，计算全网短时能量变化量；
若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值小于系统中所开单台发电机在电压跌落扰动下的动能变化量，则当前潮流方式为最小开机方式，当前新能源接纳容量为当前潮流方式下的最大接纳容量。
根据当前潮流方式下新能源的短路电流、新能源相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度，包括：
根据当前潮流方式下新能源的短路电流和新能源相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对新能源的电压影响因子；
根据电压跌落故障点对新能源的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度。
计算电压跌落故障点对新能源的电压影响因子的公式为：
Figure BDA0003555486210000031
其中，Sk-i为电压跌落故障点k对新能源i的电压影响因子，Ii为新能源i的短路电流，Zki为新能源i相对于电压跌落故障点k的电气距离；
新能源的电压跌落程度为电压跌落故障点对新能源的电压影响因子与电压跌落故障点的电压跌落程度的乘积。
根据当前潮流方式下负荷的短路电流、负荷相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度，包括：
根据当前潮流方式下负荷的短路电流和负荷相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对负荷的电压影响因子；
根据电压跌落故障点对负荷的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度。
计算电压跌落故障点对负荷的电压影响因子的公式为：
Figure BDA0003555486210000032
其中，Sk-j为电压跌落故障点k对负荷j的电压影响因子，Ij为负荷j的短路电流，Zkj为负荷j相对于电压跌落故障点k的电气距离；
负荷的电压跌落程度为电压跌落故障点对负荷的电压影响因子与电压跌落故障点的电压跌落程度的乘积。
根据新能源的电压跌落程度和新能源低电压穿越控制策略，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化，包括：
根据新能源的电压跌落程度，计算新能源机端电压；
根据新能源低电压穿越控制策略中新能源机端电压和有功电流的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率；
根据当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率和新能源稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化。
根据负荷的电压跌落程度和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化，包括：
根据负荷的电压跌落程度，计算负荷电压；
根据负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性中负荷电压和有功功率的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率；
根据当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率和负荷稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化。
计算全网短时能量变化量的公式为：
Figure BDA0003555486210000041
其中，ΔW为全网短时能量变化量，t0为电压跌落时刻，t为电压恢复时刻，ΔPi为新能源i的有功功率变化量，ΔPj为负荷j的有功功率变化量，m为全网新能源总数，n为全网负荷总数。
最大动能变化量根据系统最低频率约束计算获得，计算公式为：
Figure BDA0003555486210000042
其中，ΔEMWs为当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量，Ji1为发电机i1转子的转动惯量，ω0为发电机稳定运行时转速，ωmin为发电机暂态过程允许的最低转速，N为当前潮流方式下全部运行发电机数量，M为发电机被新能源替代后的发电机数量。
所述评估方法还包括：
若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值大于系统中所开单台发电机允许最大动能变化量，采用提高新能源同时关停传统发电机组的方式保持系统功率平衡，获得新的潮流方式，基于新的潮流方式重新进行新能源接纳能力评估。
新能源接纳能力评估装置，包括：
新能源电压跌落程度计算模块，用以根据当前潮流方式下新能源的短路电流、新能源相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度；
负荷电压跌落程度计算模块，用以根据当前潮流方式下负荷的短路电流、负荷相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度；
新能源有功功率变化计算模块，用以根据新能源的电压跌落程度和新能源低电压穿越控制策略，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化；
负荷有功功率变化计算模块，用以根据负荷的电压跌落程度和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化；
全网短时能量变化量计算模块，用以根据新能源有功功率变化和负荷有功功率变化，计算全网短时能量变化量；
第一评估模块，用以若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值小于系统中所开单台发电机在电压跌落扰动下的动能变化量，则当前潮流方式为最小开机方式，当前新能源接纳容量为当前开机方式下的最大接纳容量。
新能源电压跌落程度计算模块包括：
第一电压影响因子计算模块，用以根据当前潮流方式下新能源的短路电流和新能源相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对新能源的电压影响因子；
第一电压跌落程度计算模块，用以根据电压跌落故障点对新能源的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度。
负荷电压跌落程度计算模块包括：
第二电压影响因子计算模块，用以根据当前潮流方式下负荷的短路电流和负荷相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对负荷的电压影响因子；
第二电压跌落程度计算模块，用以根据电压跌落故障点对负荷的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度。
新能源有功功率变化计算模块包括：
机端电压计算模块，用以根据新能源的电压跌落程度，计算新能源机端电压；
新能源有功功率计算模块，用以根据新能源低电压穿越控制策略中新能源机端电压和有功电流的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率；
第一变化计算模块，用以根据当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率和新能源稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化。
负荷有功功率变化计算模块包括：
负荷电压计算模块，用以根据负荷的电压跌落程度，计算负荷电压；
负荷有功功率计算模块：根据负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性中负荷电压和有功功率的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率；
第二变化计算模块，用以根据当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率和负荷稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化。
所述装置还包括第二评估模块；
第二评估模块，用以若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值大于系统中所开单台发电机允许最大动能变化量，采用提高新能源同时关停传统发电机组的方式保持系统功率平衡，获得新的潮流方式，基于新的潮流方式重新进行新能源接纳能力评估。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行新能源接纳能力评估方法。
本发明所达到的有益效果：本发明通过计算新能源的电压跌落程度和负荷的电压跌落程度，进而评估电压跌落造成系统短时能量冲击量，即新能源有功功率变化和负荷有功功率变化，结合系统允许的最大动能变化量，评估当前潮流方式为最小开机方式和最大接纳容量，从而实现针对电压跌落造成的系统短时功率冲击场景的新能源接纳能力评估方法，进一步完善了频率安全稳定约束下新能源接纳能力评估方面的研究。
附图说明
图1为新能源接纳能力评估方法的流程图；
图2为新能源接纳能力评估方法的整体流程图；
图3为WSCC 9节点仿真系统示意图；
图4为电压跌落评估节点电压；
图5为电压跌落导致负荷有功功率响应；
图6为电压跌落导致新能源有功功率响应。
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。
如图1所示，新能源接纳能力评估方法，包括：
步骤1，根据当前潮流方式下新能源的短路电流、新能源相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度；
根据当前潮流方式下负荷的短路电流、负荷相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度；
步骤2，根据新能源的电压跌落程度和新能源低电压穿越控制策略，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化；
根据负荷的电压跌落程度和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化；
步骤3，根据新能源有功功率变化和负荷有功功率变化，计算全网短时能量变化量；
步骤4，若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值小于系统中所开单台发电机在电压跌落扰动下的动能变化量，则当前潮流方式为最小开机方式，当前新能源接纳容量为当前开机方式下的最大接纳容量。
上述方法通过计算新能源的电压跌落程度和负荷的电压跌落程度，进而评估电压跌落造成系统短时能量冲击量，即新能源有功功率变化和负荷有功功率变化，结合系统允许的最大动能变化量，评估当前潮流方式为最小开机方式和最大接纳容量，从而实现针对电压跌落造成的系统短时功率冲击场景的新能源接纳能力评估方法，进一步完善了频率安全稳定约束下新能源接纳能力评估方面的研究。
电压影响因子反映的是电压跌落对新能源和负荷的影响，基于计算电压影响因子，可通过故障点的电压跌落程度计算出新能源的电压跌落程度和负荷的电压跌落程度。
具体可基于当前潮流方式下新能源的短路电流和新能源相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对新能源的电压影响因子；
可设电压跌落故障点k、新能源i、负荷j，计算电压跌落故障点k对新能源i的电压影响因子，具体公式可以表示为：
Figure BDA0003555486210000091
其中，Sk-i为电压跌落故障点k对新能源i的电压影响因子，Ii为新能源i的短路电流，Zki为新能源i相对于电压跌落故障点k的电气距离；
然后根据电压跌落故障点对新能源的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度：
电压跌落程度即电压的变化量，具体为电压跌落故障点对新能源的电压影响因子与电压跌落故障点的电压跌落程度的乘积，用公式可以表示为：
Δui＝ΔukSk-i
其中，Δui为新能源i的电压跌落程度，即变化量，Δuk为电压跌落故障点k的电压跌落程度。
根据新能源的电压跌落程度和新能源低电压穿越控制策略，可以计算出当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化，具体过程可以如下：
1)根据新能源的电压跌落程度，计算新能源机端电压；
基于计算出的Δui，可进一步计算出新能源机端电压Ui＝Ui0-Δui，Ui0为新能源i的初始电压；
2)根据新能源低电压穿越控制策略中新能源机端电压和有功电流的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率；
新能源低电压穿越控制策略中定义了新能源机端电压和有功电流的关系，结合1)中计算出的新能源机端电压，可获得新能源机端有功电流，从而可计算出电压跌落期间的新能源实时有功功率；
3)根据当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率和新能源稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化；其中，新能源有功功率变化为稳态有功功率减去电压跌落期间的有功功率。
电压跌落引发的新能源低电压穿越功率变化属于瞬时性功率扰动，同步机的不平衡电磁功率由系统负荷和新能源功率变化共同决定，因此相应的还需计算负荷有功功率变化。
与新能源计算过程类似，可以先根据当前潮流方式下负荷的短路电流和负荷相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对负荷的电压影响因子，具体公式可以表示为：
Figure BDA0003555486210000111
其中，Sk-j为电压跌落故障点k对负荷j的电压影响因子，Ij为负荷j的短路电流，Zkj为负荷j相对于电压跌落故障点k的电气距离；
然后根据电压跌落故障点对负荷的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度：
负荷的电压跌落程度为电压跌落故障点对负荷的电压影响因子与电压跌落故障点的电压跌落程度的乘积，用公式可以表示为：
Δuj＝ΔukSk-j
其中，Δuj为负荷j的电压跌落程度，即变化量。
根据负荷的电压跌落程度、负荷类型和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化，具体过程可以如下：
11)根据负荷的电压跌落程度，计算负荷电压；
基于计算出的Δuj，可进一步计算出负荷电压Uj＝Uj0-Δuj，Uj0为负荷j的初始电压；
12)根据负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性中负荷电压和有功功率的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率；
功率变化特性中定义了负荷的类型、阻抗大小、负荷电压和有功功率的关系等，结合11)中计算出的负荷电压，可获得负荷有功功率；
13)根据当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率和负荷稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化；其中，负荷有功功率变化为稳态有功功率减去电压跌落期间的有功功率。
在获得新能源有功功率变化和负荷有功功率变化的基础上，可采用以下公式计算全网短时能量变化量，
Figure BDA0003555486210000121
其中，ΔW为全网短时能量变化量，t0为电压跌落时刻，t为电压恢复时刻，ΔPi为新能源i的有功功率变化量，ΔPj为负荷j的有功功率变化量，m为全网新能源总数，n为全网负荷总数。
同时根据系统最低频率约束，可以计算出当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量，具体公式如下：
Figure BDA0003555486210000122
其中，ΔEMWs为当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量，Ji1为发电机i1转子的转动惯量，ω0为发电机稳定运行时转速，ωmin为发电机暂态过程允许的最低转速，N为当前潮流方式下全部运行发电机数量，M为发电机被新能源替代后的发电机数量。
基于全网短时能量变化量和最大动能变化量，进行新能源接纳能力评估，具体为：
S1)若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值小于系统中所开单台发电机在电压跌落扰动下的动能变化量，则当前潮流方式为最小开机方式，当前新能源接纳容量为当前开机方式下的最大接纳容量；
S2)若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值大于系统中所开单台发电机允许最大动能变化量，采用提高新能源同时关停传统发电机组的方式保持系统功率平衡，获得新的潮流方式，基于新的潮流方式重新进行新能源接纳能力评估，即从步骤1重新开始评估。
电压跌落引发的新能源低电压穿越功率变化属于瞬时性功率扰动，同步机的不平衡电磁功率由系统负荷和新能源功率变化共同决定；由首次电压跌落、新能源有功响应、负荷功率响应，随新能源接纳容量增加，可推算评估不同新能源占比时的不同节点电压跌落幅值、新能源有功及负荷有功变化情况，进一步评估出系统频率最大偏差，从而评估系统频率安全约束下该电网最大新能源接纳能力和最小开机方式。
不计发电机、负荷等调频功能的新能源接纳能力粗略估算仅适用于故障切除后功率冲击快速恢复的场景，若功率冲击持续时间较长，则不能忽略常规机组和负荷的调频功能，同时系统频率最低点发生的时刻也可能后移不确定。需要借助低穿瞬时功率扰动下的系统频率闭环控制模型。
以图3所示的仿真系统为实施算例，结合上述方法的具体流程图2进行评估。
实施算例中的仿真模型参数包括典型常规火电装机容量与出力、发电机及其励磁系统、调速器、电力系统稳定器数据、交流输电线路参数、变压器参数、网络互联拓扑结构、负荷采用恒阻抗模型、新能源模型采用典型参数的双馈风机模型。
初始当前潮流方式，负荷315MW，负荷模型为恒阻抗模型，新能源出力106MW，新能源均为双馈风机，常规机组3台，每台额定功率300MW，每台发电机惯性时间常数为2.93s，总出力212MW，记为方式一；后续方式调整依次进行编号，即为方式二、方式三等，如方式二负荷保持不变，增加新能源出力，1台常规电源退出，电源由2台常规发电机组与3个新能源组成。
结合附图，本实施例具体流程如下：
1)基于当前潮流方式进行故障扫描，获得制约系统频率的电压跌落故障。
本实施例中将故障位置设为STNA-230母线接地故障，节点A电压跌落至0.5p.u.，持续时间为0.1s，然后立即恢复至1.0p.u.左右。
2)计算电压跌落故障点对新能源的电压影响因子、电压跌落故障点对负荷的电压影响因子，结合电压跌落故障点的电压跌落程度计算新能源和负荷的电压跌落程度。
设电压跌落故障点k、新能源i、负荷节点j，计算电压跌落故障点k对新能源i的电压影响因子为：
Figure BDA0003555486210000141
计算电压跌落故障点k对负荷j的电压影响因子为：
Figure BDA0003555486210000142
其中，Sk-i为电压跌落故障点k对新能源i的电压影响因子，Ii为新能源i的短路电流，Zki为新能源i相对于电压跌落故障点k的电气距离，Sk-j为电压跌落故障点k对负荷j的电压影响因子，Ij为负荷j的短路电流，Zkj为负荷j相对于电压跌落故障点k的电气距离。
利用电压跌落点程度评估其他节点电压跌落程度，新能源电压变化量可简易表示为：Δui＝ΔukSk-i，机端电压可表示为：Ui＝Ui0-Δui；负荷电压变化量可简易表示为：Δuj＝ΔukSk-j，机端电压可表示为：Uj＝Uj0-Δuj；其中，Δuk为电压跌落故障点k的电压跌落，Δui为新能源i的电压跌落，Δuj为负荷j的电压跌落，Ui0为新能源i的初始电压，Uj0为负荷j的初始电压。
本实施例中，STNA-230节点短时接地故障导致电压跌落故障，利用电力系统仿真软件计算当前潮流方式等效阻抗、短路电流及电压影响因子结果如表1：
表1方式一的电压影响因子表
Figure BDA0003555486210000151
本实施例中，以计算节点GEN1-230(简称1节点)电压最低值为例，由故障A节点电压跌落最大值为ΔuA为0.5p.u.，电压跌落总持续时间为0.1s，立即恢复至1.0p.u.左右，则节点1的因故障A节点电压跌落而导致的电压跌落最大值为Δu1＝ΔuASA-1＝0.5×0.91536＝0.458p.u.，节点1点初始电压为u10＝1.0p.u.，电压跌落期间电压最低值为u1＝1-Δu1＝1-0.458＝0.542p.u.。因此，采用上述方法计算1节点受电压跌落扰动后的电压响应，并与仿真所得1节点电压响应曲线对比，结果如附图4所示，结果表明本发明计算所得1节点电压结果的与仿真的电压高度一致。
3)计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化。
基于新能源电压跌落程度，结合新能源当前出力水平和新能源低电压穿越控制策略，可计算出当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化。
故障A节点电压跌落导而新能源机组机端电压变化，而新能源机端电压与新能源机组低穿期间有功控制策略强相关。本实施例中新能源采用以下低电压穿越有功控制模型，低穿期间的功率损失面积为：
当tin＜t＜tout
Figure BDA0003555486210000161
当
Figure BDA0003555486210000164
ΔPi＝ΔPt＝tout-γ(t-tout)
Figure BDA0003555486210000162
其中，ΔS表示电压跌落期间新能源有功功率变化量，ΔPi表示新能源i有功功率变化量，P0为进入低穿前稳态有功出力，I0为进入低穿前电流值，tin为进入低电压穿越控制时刻，tout为出低穿控制时刻，
Figure BDA0003555486210000163
为低穿功率恢复结束时刻，Ui为低穿期间的当前电压值，Imax为新能源机组变流器最大电流限制；k′表示低穿期间无功电流计算系数，γ为低穿有功功率的恢复速率。
本实施例中，新能源为有功控制策略为故障期间有功电流指定为跌落前初始电流的50％，故障恢复期间起始恢复功率为故障期间实际的功率，有功恢复速率为1.5MW/s。利用2)计算电压跌路扰动下新能源节点电压响应，并结合新能源低电压穿越控制策略进行有功功率计算，计算结果如附图5所示，与实际仿真结果基本一致。
4)算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化。
基于负荷节点的电压跌落程度，结合负荷类型和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化。
本实施例中，负荷模型为恒阻抗模型，则电压跌落期间的负荷有功功率变化可表示为：
Figure BDA0003555486210000171
其中，ΔPj表示电压跌落期间的负荷j有功功率变化，Pj0为负荷j有功功率，Xj表示负荷电抗，Sk-j为电压跌落故障点k对负荷j的电压影响因子，Δuk为电压跌落故障点k的跌落电压。
本实施例中，计算负荷有功功率Pj0为125MW，A为故障电压跌落点，则电压影响因子为1，Xj＝0.94，计算节点电压跌落最大值0.5p.u.时刻的负荷有功功率变化为ΔPj＝125×(1-0.5×1)2/0.94＝33.2MW；仿真结果负荷有功功率最低值为35MW。因此，采用上述方法计算节点受电压跌落扰动后的负荷有功功率响应，并与仿真所得节点负荷有功功率响应曲线对比，结果如附图6所示，本发明提出的电压跌落情况下负荷功率变化量评估与实际仿真结果虽存在偏差但高度近似，说明本发明提出的由电压跌落评估负荷功率方法的正确性。
5)计算全网短时能量变化量。
计算全网短时能量变化量即功率净损失量在时间上的积分：
Figure BDA0003555486210000172
其中，ΔW为全网短时能量变化量，t0为电压跌落时刻，t为电压恢复时刻，ΔPi为新能源i的有功功率变化量，ΔPj为负荷j的有功功率变化量，m为全网新能源总数，n为全网负荷总数。
本实施例中，根据估算所得新能源有功功率响应曲线与负荷有功功率响应曲线，当前方式共两个新能源场站，计算新能源有功功率变化量在电压跌落时间上的积分为
Figure BDA0003555486210000181
Pi0表示新能源i电压跌落扰动前有功功率，Pit表示每个新能源电压跌落扰动后t时刻的有功功率；系统共三个负荷节点，则负荷有功功率变化量在电压跌落时间上的积分
Figure BDA0003555486210000182
PjL0表示负荷j电压跌落扰动前有功功率，PjLt表示负荷j电压跌落扰动后t时刻的有功功率；在电压跌落期间，全网短时能量变化量ΔW＝ΔW1-ΔW2＝38MW·s。
6)根据系统最低频率约束，计算系统允许的最大系统动能变化量。
根据系统最低频率约束，系统允许的最大动能变化量为：
Figure BDA0003555486210000183
其中，ΔEMWs为当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量，Ji1为发电机i1转子的转动惯量，ω0为发电机稳定运行时转速，通常为314r/s，ω0＝2πf0，ωmin为发电机暂态过程允许的最低转速，ωmin＝2πfmin具体由电网运行要求给定，N为当前潮流方式下全部运行发电机数量，M为发电机被新能源替代后的发电机数量。
本实施例中，以系统可承受的最低频率49Hz为计算新能源极限接纳能力的边界条件，单台常规发电机的惯性时间常数为Tj＝2.93s，单台常规发电机容量为Sn＝300MW，ω0＝2×3.14×50＝314r/s，ωmin＝2×3.14×49＝307.72r/s，N＝3，M＝2，系统稳定运行(系统频率为50Hz)的发电机提供能量为E1＝3×0.5×2.93×300×(2×3.14×50)2/(4×3.142×3000)＝1098.8MW·s，系统最低频率约束下(系统频率为49Hz)的发电机提供能量为E2＝2×0.5×2.93×300×(2×3.14×49)2/(4×3.142×3000)＝703.5MW·s，ΔE＝E1-E2＝395.3MW·s，可知系统最大可承受的动能变化量为395MW·s。
7)将全网功率净损失量和系统动能变化量比较，若ΔW≤ΔEMWs、且|ΔEMWs-ΔW|大于或等于系统中所开单台发电机在电压扰动下的动能变化量，则采用提高新能源同时关停传统发电机组的方式保持系统功率平衡，得到获得新的潮流方式，基于新的潮流方式重新进行新能源接纳能力评估，即转至2)；若ΔW≤ΔEMWs、且|ΔEMWs-ΔW|小于系统中所开单台发电机在电压扰动下的动能变化量，则当前开机方式为最小开机方式，当前新能源接纳容量为当前开机方式下的最大接纳容量。
本实施例中，系统最大可承受的动能变化量为395MW·s，系统中所开单台发电机在电压扰动下的动能变化量为90MW·s。方式一系统电源由3台常规发电机组与2个新能源组成，可估算方式一的ΔW约为38MW·s，395≥38，即系统允许的最大动能变化量大于或等于电压跌落导致系统能量变化量，且|395-38|＝357大于或等于系统中所开单台发电机在电压扰动下的动能变化量，则进行方式调整：系统负荷保持不变，增加新能源出力，同时1台常规电源退出，此时电源由2台常规发电机组与3个新能源组成得到方式二，返回2)，继续上述流程，可估算方式二的短时不平衡能量ΔW约为230MW·s，395≥230，即电压跌落导致系统能量变化量小于系统允许的最大动能变化量，|395-230|＝165大于或等于系统中所开单台发电机在电压扰动下的动能变化量。继续按上述方式进行方式调整，得到新的当前开机方式，记为方式三，电源由1台常规发电机组与4个新能源组成，ΔW约为550MW·s，395＜500，即电压跌落导致系统能量变化量大于系统允许的最大动能变化量，计算结束，新能源最大出力占负荷的51％。
电压跌落引发的新能源低电压穿越功率变化属于瞬时性功率扰动，不考虑一次调频能力，频率安全稳定角度系统承受短时功率扰动的能力由系统惯量决定。本发明首先根据约束故障后新能源、负荷节点电压跌落程度评估系统总的短时功率扰动能量，计算当前潮流方式下系统允许提供的转子动能是否充足，若充足则采用新能源出力置换同步开机方式提升新能源占比，重复迭代计算出系统最小开机方式以及新能源最大接入能力，本发明从能量的观点，基于理论推算可简单快速给出系统最大接纳新能源的能力和最小开机方式，指导新能源高占比电网的规划运行，促进新能源安全消纳。
基于相同的技术方案，本发明还公开了上述方法的软件装置，新能源接纳能力评估装置，包括：
新能源电压跌落程度计算模块，用以根据当前潮流方式下新能源的短路电流、新能源相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度。
新能源电压跌落程度计算模块包括：
第一电压影响因子计算模块，用以根据当前潮流方式下新能源的短路电流和新能源相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对新能源的电压影响因子；
第一电压跌落程度计算模块，用以根据电压跌落故障点对新能源的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度。
负荷电压跌落程度计算模块，用以根据当前潮流方式下负荷的短路电流、负荷相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度。
负荷电压跌落程度计算模块包括：
第二电压影响因子计算模块，用以根据当前潮流方式下负荷的短路电流和负荷相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对负荷的电压影响因子；
第二电压跌落程度计算模块，用以根据电压跌落故障点对负荷的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度。
新能源有功功率变化计算模块，用以根据新能源的电压跌落程度和新能源低电压穿越控制策略，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化。
新能源有功功率变化计算模块包括：
机端电压计算模块，用以根据新能源的电压跌落程度，计算新能源机端电压；
新能源有功功率计算模块，用以根据新能源低电压穿越控制策略中新能源机端电压和有功电流的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率；
第一变化计算模块，用以根据当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率和新能源稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化。
负荷有功功率变化计算模块，用以根据负荷的电压跌落程度和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化。
负荷有功功率变化计算模块包括：
负荷电压计算模块，用以根据负荷的电压跌落程度，计算负荷电压；
负荷有功功率计算模块：根据负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性中负荷电压和有功功率的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率；
第二变化计算模块，用以根据当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率和负荷稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化。
全网短时能量变化量计算模块，用以根据新能源有功功率变化和负荷有功功率变化，计算全网短时能量变化量。
第一评估模块，用以若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值小于系统中所开单台发电机在电压跌落扰动下的动能变化量，则当前潮流方式为最小开机方式，当前新能源接纳容量为当前开机方式下的最大接纳容量。
第二评估模块，用以若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值大于系统中所开单台发电机允许最大动能变化量，采用提高新能源同时关停传统发电机组的方式保持系统功率平衡，获得新的潮流方式，基于新的潮流方式重新进行新能源接纳能力评估。
上述新能源接纳能力评估装置中，各模块的数据处理流程与方法的一致，这里不重复描述了。
基于相同的技术方案，本发明公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行新能源接纳能力评估方法。
基于相同的技术方案，本发明公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行新能源接纳能力评估方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，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，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (17)

1.新能源接纳能力评估方法，其特征在于，包括：
根据当前潮流方式下新能源的短路电流、新能源相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度；
根据当前潮流方式下负荷的短路电流、负荷相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度；
根据新能源的电压跌落程度和新能源低电压穿越控制策略，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化；
根据负荷的电压跌落程度和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化；
根据新能源有功功率变化和负荷有功功率变化，计算全网短时能量变化量；
若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值小于系统中所开单台发电机在电压跌落扰动下的动能变化量，则当前潮流方式为最小开机方式，当前新能源接纳容量为当前潮流方式下的最大接纳容量。
2.根据权利要求1所述的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，根据当前潮流方式下新能源的短路电流、新能源相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度，包括：
根据当前潮流方式下新能源的短路电流和新能源相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对新能源的电压影响因子；
根据电压跌落故障点对新能源的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度。
3.根据权利要求2所述的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，计算电压跌落故障点对新能源的电压影响因子的公式为：
Figure FDA0003555486200000021
其中，Sk-i为电压跌落故障点k对新能源i的电压影响因子，Ii为新能源i的短路电流，Zki为新能源i相对于电压跌落故障点k的电气距离；
新能源的电压跌落程度为电压跌落故障点对新能源的电压影响因子与电压跌落故障点的电压跌落程度的乘积。
4.根据权利要求1所述的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，根据当前潮流方式下负荷的短路电流、负荷相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度，包括：
根据当前潮流方式下负荷的短路电流和负荷相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对负荷的电压影响因子；
根据电压跌落故障点对负荷的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度。
5.根据权利要求4所述的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，计算电压跌落故障点对负荷的电压影响因子的公式为：
Figure FDA0003555486200000022
其中，Sk-j为电压跌落故障点k对负荷j的电压影响因子，Ij为负荷j的短路电流，Zkj为负荷j相对于电压跌落故障点k的电气距离；
负荷的电压跌落程度为电压跌落故障点对负荷的电压影响因子与电压跌落故障点的电压跌落程度的乘积。
6.根据权利要求1所述的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，根据新能源的电压跌落程度和新能源低电压穿越控制策略，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化，包括：
根据新能源的电压跌落程度，计算新能源机端电压；
根据新能源低电压穿越控制策略中新能源机端电压和有功电流的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率；
根据当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率和新能源稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化。
7.根据权利要求1所述的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，根据负荷的电压跌落程度和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化，包括：
根据负荷的电压跌落程度，计算负荷电压；
根据负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性中负荷电压和有功功率的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率；
根据当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率和负荷稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化。
8.根据权利要求1所述的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，计算全网短时能量变化量的公式为：
Figure FDA0003555486200000031
其中，ΔW为全网短时能量变化量，t0为电压跌落时刻，t为电压恢复时刻，ΔPi为新能源i的有功功率变化量，ΔPj为负荷j的有功功率变化量，m为全网新能源总数，n为全网负荷总数。
9.根据权利要求1所述的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，最大动能变化量根据系统最低频率约束计算获得，计算公式为：
Figure FDA0003555486200000041
其中，ΔEMWs为当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量，Ji1为发电机i1转子的转动惯量，ω0为发电机稳定运行时转速，ωmin为发电机暂态过程允许的最低转速，N为当前潮流方式下全部运行发电机数量，M为发电机被新能源替代后的发电机数量。
10.根据权利要求1所述的新能源接纳能力评估方法，其特征在于，所述评估方法还包括：
若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值大于系统中所开单台发电机允许最大动能变化量，采用提高新能源同时关停传统发电机组的方式保持系统功率平衡，获得新的潮流方式，基于新的潮流方式重新进行新能源接纳能力评估。
11.新能源接纳能力评估装置，其特征在于，包括：
新能源电压跌落程度计算模块，用以根据当前潮流方式下新能源的短路电流、新能源相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度；
负荷电压跌落程度计算模块，用以根据当前潮流方式下负荷的短路电流、负荷相对于电压跌落故障点的电气距离和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度；
新能源有功功率变化计算模块，用以根据新能源的电压跌落程度和新能源低电压穿越控制策略，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化；
负荷有功功率变化计算模块，用以根据负荷的电压跌落程度和负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化；
全网短时能量变化量计算模块，用以根据新能源有功功率变化和负荷有功功率变化，计算全网短时能量变化量；
第一评估模块，用以若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值小于系统中所开单台发电机在电压跌落扰动下的动能变化量，则当前潮流方式为最小开机方式，当前新能源接纳容量为当前开机方式下的最大接纳容量。
12.根据权利要求11所述的新能源接纳能力评估装置，其特征在于，新能源电压跌落程度计算模块包括：
第一电压影响因子计算模块，用以根据当前潮流方式下新能源的短路电流和新能源相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对新能源的电压影响因子；
第一电压跌落程度计算模块，用以根据电压跌落故障点对新能源的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算新能源的电压跌落程度。
13.根据权利要求11所述的新能源接纳能力评估装置，其特征在于，负荷电压跌落程度计算模块包括：
第二电压影响因子计算模块，用以根据当前潮流方式下负荷的短路电流和负荷相对于电压跌落故障点的电气距离，计算电压跌落故障点对负荷的电压影响因子；
第二电压跌落程度计算模块，用以根据电压跌落故障点对负荷的电压影响因子和电压跌落故障点的电压跌落程度，计算负荷的电压跌落程度。
14.根据权利要求11所述的新能源接纳能力评估装置，其特征在于，新能源有功功率变化计算模块包括：
机端电压计算模块，用以根据新能源的电压跌落程度，计算新能源机端电压；
新能源有功功率计算模块，用以根据新能源低电压穿越控制策略中新能源机端电压和有功电流的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率；
第一变化计算模块，用以根据当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率和新能源稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的新能源有功功率变化。
15.根据权利要求11所述的新能源接纳能力评估装置，其特征在于，负荷有功功率变化计算模块包括：
负荷电压计算模块，用以根据负荷的电压跌落程度，计算负荷电压；
负荷有功功率计算模块：根据负荷受电压跌落扰动后的功率变化特性中负荷电压和有功功率的关系，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率；
第二变化计算模块，用以根据当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率和负荷稳态有功功率，计算当前潮流方式下电压跌落期间的负荷有功功率变化。
16.根据权利要求11所述的新能源接纳能力评估装置，其特征在于，所述装置还包括第二评估模块；
第二评估模块，用以若全网短时能量变化量小于或等于当前潮流方式下系统允许的最大动能变化量、且全网短时能量变化量与最大动能变化量差值的绝对值大于系统中所开单台发电机允许最大动能变化量，采用提高新能源同时关停传统发电机组的方式保持系统功率平衡，获得新的潮流方式，基于新的潮流方式重新进行新能源接纳能力评估。
17.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至10所述的方法中的任一方法。
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