CN115800409A - 考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法及装置，属于电力系统安全和控制技术领域。其中，所述方法包括：通过计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，确定薄弱母线；根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束；基于所述电压安全约束，建立有功无功协同控制优化模型并求解，得到协同控制的优化结果。本发明可解决制约新能源送出能力的短路比薄弱环节识别问题，保障大规模新能源安全接入电网，实现稳定运行，提高新能源利用率，促进新能源安全消纳。

Description

考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法及装置

技术领域

本发明属于电力系统安全和控制技术领域，具体涉及一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法及装置。

背景技术

随着大量风光等新能源的接入，电力系统中新能源占比不断提升，而常规同步发电机所占比重逐渐下降，整个系统呈现出低转动惯量和低短路容量的特征。可再生能源大规模接入改变了系统特性，易在电力系统薄弱环节引发系统电压稳定问题，导致系统崩溃。大多数新能源机组采用跟网型控制接入电网，对于电网电压支撑强度具有较高的要求，电网动态无功支撑不足时，这些设备容易出现失稳。此外，由于短路容量不足，当直流换相失败、闭锁、交流系统短路故障时，系统中出现电压“先低后高”的现象，由于电力电子装置无功响应滞后，此时容易出现无功过剩，进而在线路阻抗上产生较大的压升，机组由于暂态过电压而脱网的风险比较大。

短路比(Short Circuit Ratio，SCR)是衡量电力系统静态电压稳定性的重要指标，表示系统标称电压与设备或场站并网点电压之间的相对大小，短路比与系统电压支撑能力呈正相关。

通过短路比计算可以实现对制约新能源送出能力的薄弱环节的在线辨识。然而，目前新能源场站接入系统的电压强度评估方法大都沿用传统方式计算直流短路比，该方法假设：①忽略系统等值阻抗电阻部分影响；②认为各场站之间电压相角相同。故无法体现新能源发电设备的无功输出、新能源场站内不同节点之间各电气量幅值、相位差的区别，进而不能反映新能源多场站间交互作用对系统电压强度的影响，影响辨识结果的准确性。如何考虑多新能源场站之间的相互影响，采用更为合理的短路比计算方式以衡量系统电压安全水平，是提升新能源送出能力的重要举措。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法及装置。本发明可解决制约新能源送出能力的短路比薄弱环节识别问题，保障大规模新能源安全接入电网，实现稳定运行，提高新能源利用率，促进新能源安全消纳。

本发明第一方面实施例提出一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法，包括：

通过计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，确定薄弱母线；

根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束；

基于所述电压安全约束，建立有功无功协同控制优化模型并求解，得到协同控制的优化结果。

在本发明的一个具体实施例中，所述计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，包括：

1)计算网络阻抗矩阵；

记电力系统有n条新能源场站并网母线，则网络阻抗矩阵Z_n表达式如下：

式中，对角元Z_ii为新能源场站i并网母线的自阻抗，非对角元Z_ij为新能源场站i并网母线和新能源场站j并网母线之间的互阻抗，i＝1,2,...,n，i≠j；

2)计算短路容量；

基于网络阻抗矩阵，有：

式中，

为新能源场站i并网母线注入电网的电流，

为新能源场站i并网母线电压，下标R表示新能源汇集母线；Z_ij表示新能源场站i并网母线与新能源场站j并网母线之间的等值阻抗；

则新能源场站i并网母线的短路容量计算表达式如下：

式中，

为新能源场站i并网母线处的额定电压；

为新能源场站i并网母线处的三相短路电流；

3)计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比；

其中，新能源场站i并网母线处的新能源多场站短路比MRSCR_i计算表达式如下：

式中，

为新能源场站i并网母线处的实际电压；

为新能源场站i并网母线注入电网的电流，

分别为新能源场站j并网母线注入电网的电流。

在本发明的一个具体实施例中，所述新能源场站i并网母线处的新能源多场站短路比MRSCR_i计算表达式转化为：

式中，S_R，i表示新能源场站i向系统注入的视在功率；

为新能源场站i并网母线和新能源场站j并网母线之间的复数功率折算因子。

在本发明的一个具体实施例中，所述确定薄弱母线，包括：

将新能源多场站短路比小于设定的临界指标的并网母线作为系统薄弱母线i_weak：

i_weak＝{i_weak＝i|MRSCR_i＜SCR_min，i＝1，2，…，n} (8)

式中，SCR_min为短路比临界指标。

在本发明的一个具体实施例中，所述根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束，包括：

1)将薄弱母线记为母线i，分别求取每条薄弱母线的新能源多场站短路比对该薄弱母线处新能源有功注入的偏导、对其余新能源场站j并网母线处新能源有功注入的偏导和对该薄弱母线处电压幅值的偏导：

其中，

表示对

取共轭运算，||表示取模运算，j∈{1，2，...，n}且j≠i；

2)分别计算每条薄弱母线的新能源多场站短路比分别对该薄弱母线处新能源有功注入的灵敏度、对其余新能源场站j并网母线处新能源有功注入的灵敏度和对该薄弱母线处电压幅值的灵敏度：

式中，k_P，i、k_P，j、k_V，i分别表示母线i处MRSCR_i对注入母线i的有功P_R，i、注入母线j的有功P_R，j以及母线i处电压幅值|V_R，i|的灵敏度；

V_R，i分别表示母线i处新能源额定有功、母线j处新能源额定有功以及母线i处额定电压；

3)根据步骤2)的结果，得到每条薄弱母线的新能源多场站短路比关于灵敏度的线性表达式，表达式如下：

MRSCR_i＝k_P，iP_R，i+k_P，jP_R，j+k_v，i|V_R，i| (11)

则根据式(11)，构建电压安全约束；

所述电压安全约束为每条薄弱母线的新能源多场站短路比满足：

在本发明的一个具体实施例中，所述有功无功协同控制优化模型由目标函数和约束条件构成；

其中，所述目标函数表达式为：

其中，P_R，i为新能源场站i并网母线处的送出功率；

所述约束条件包括：

节点有功、无功平衡约束：

式中，P_D，i、Q_D，i分别表示新能源场站i并网母线处的负荷有功与负荷无功；G_ii＝Re(1/Z_ii)为节点导纳矩阵的电导部分，B_ii＝Im(1/Z_ii)为节点导纳矩阵的电纳部分；P_ij、Q_ij分别表示由新能源场站j并网母线流向新能源场站i并网母线的有功功率和无功功率；

其中，对新能源场站i和j并网母线之间的传输线构建辅助变量c_ij和s_ij如下：

式中，

θ_i、θ_j分别为母线i、j的电压相角；

对辅助变量进行松弛：

电压幅值约束：

式中，V_max，i、V_min，i分别为新能源场站i并网母线的电压上下限；

新能源场站容量约束：

式中，P_R，i、Q_R，i分别表示新能源场站i的有功、无功注入；S_Ri，max表示新能源场站i的视在功率极限；

电压安全约束：

所述电压安全约束为每条薄弱母线的新能源多场站短路比满足：

在本发明的一个具体实施例中，所述协同控制的优化结果包括：

各新能源场站并网母线处的电压幅值最优解V_R，i ^*和电压相角最优解θ_i ^*。

本发明第二方面实施例提出一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制装置，包括：

新能源多场站短路比计算模块，用于通过计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，确定薄弱母线；

电压安全约束构建模块，用于根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束；

优化模块，用于基于所述电压安全约束，建立有功无功协同控制优化模型并求解，得到协同控制的优化结果。

本发明第三方面实施例提出一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行上述一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法。

本发明第四方面实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法。

本发明的特点及有益效果在于：

本发明提出采用新能源多场站短路比来评估系统电压稳定性，所述新能源多场站短路比计及了多新能源场站间的相互影响，能够有效反映多新能源场站接入系统后对系统电压强度的作用，实现对电压薄弱环节的精准辨识。

本发明通过在优化模型中考虑电压薄弱环节的短路比约束，可以消除薄弱环节对于新能源送出能力的限制，提升新能源送出功率极限，提高新能源场站收益。

本发明适用于新能源场站大规模接入电网的区域，如西北、内蒙等地。近年来大量的新能源场站在这些地方修建、并入电网。考虑短路比约束后，能够在确保电压安全稳定的前提下，实现新能源最大化送出，提升经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例中一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法的整体流程图。

具体实施方式

本发明实施例提出的一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法及装置，下面结合附图和具体实施例进一步详细说明如下。

本发明第一方面实施例提出一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法，包括：

通过计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，确定薄弱母线；

根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束；

基于所述电压安全约束，建立有功无功协同控制优化模型并求解，得到协同控制的优化结果。

在本发明的一个具体实施例中，所述一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法，整体流程如图1所示，包括以下步骤：

1)通过计算每条新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，确定薄弱母线作为新能源汇集区域最薄弱的环节。具体步骤如下：

1-1)计算网络阻抗矩阵。

本实施例中，对于多个新能源场站接入的电力系统，记该系统有n条新能源场站并网母线，则该系统的网络阻抗矩阵Z_n如下式所示：

式中，对角元Z_ii(i＝1，2，...，n)为新能源场站i并网母线的自阻抗，非对角元Z_ij(i＝1，2，...，n，i≠j)为新能源场站i并网母线和新能源场站j并网母线之间的互阻抗。

网络阻抗矩阵的建立方法可采用支路追加法或节点导纳矩阵求逆法。

1-2)计算短路容量。

本实施例中，对于多新能源场站接入系统而言，有：

式中，

分别为新能源场站i并网母线注入电网的电流，

分别为新能源场站i并网母线的电压；Z_ij表示新能源场站i并网母线与新能源场站j并网母线之间的互阻抗。任一新能源场站并网母线的短路容量等于该母线三相短路电流与额定电压的乘积，是系统电压强度的标志，计算表达式如下：

式中，

为新能源场站i并网母线处的额定电压；

即为新能源场站i并网母线处的三相短路电流。

1-3)计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比；

为了反映多新能源场站间的相互影响，克服传统短路比的固有缺陷，本实施例采用系统标称电压与并网点电压之比进行计算新能源多场站短路比(Multiple RenewableEnergy Stations Short Circuit Ratio，MRSCR)，其中，新能源场站i并网母线处的MRSCR_i计算表达式如下：

式中，

为新能源场站i并网母线处的额定电压；

为新能源场站i并网母线处的实际电压；

分别为新能源场站i、j并网母线注入电网的电流。

将式(4)的分子分母同乘以

可得：

式中，S_R，i表示新能源场站i向系统注入的视在功率；

为新能源场站i、j并网母线之间的复数功率折算因子，反映了各新能源发电设备电网侧接入点/新能源场站并网点电气量之间相位和幅值差异。

对于自阻抗Z_ii而言，有Z_ii＝R+jX，R为等值阻抗的实部，表电阻部分，X为等值阻抗的虚部，表电抗部分。

当X/R＞10时，X/R对短路比的影响小于1％，在工程计算时可以忽略系统等值阻抗中电阻部分的影响。同时假设各新能源场站之间电压相角接近，则如式(5)所示的MRSCR_i的计算表达式可以简化为：

进一步考虑

则有：

式中，P_R，i、P_R，j分别表示新能源场站i、j向系统注入的有功功率；λ_ij＝|Z_ij/Z_ii|为新能源场站i、j并网母线之间的功率折算因子，反映了各新能源场站并网点等值阻抗的幅值差异。

需要说明的是，本发明实施例的MRSCR具有如下特点：

1)考虑了可再生能源(Renewable Energy Source，RES)场站之间的电气连接方面的相互作用。母线i处的MRSCR不仅考虑了母线i处RES的功率注入，还考虑了连接到系统中其他母线的其他RES的能量注入。通过功率折算因子将母线j的功率计算缩放，这表明其他RES对母线i处系统强度的影响取决于电气距离和母线电压的比率。当连接到母线i的RES与连接到母线j的另一个RES接近时，戴维南阻抗较为接近，同时，母线i的电压接近母线j的电压。因此，当多个RES在系统网络区域内彼此电气距离接近，它们的相互作用会显著影响彼此。

2)MRSCR是单场站短路比SCR的广义表示。当只有一个RES连接到电力系统时，在公式中，其他RES的功率等于零。在这种情况下，多场站短路比公式中定义的MRSCR的表达与单场站短路比公式中所定义的SCR相同。而当多个RES连接到电力系统但彼此相距很远时，任何一对RES之间的电气距离都非常大，此时复数功率折算因子接近于零。在这种情况下，多场站短路比中定义的MRSCR大约等于单场站短路中定义的SCR。因此，可以得出结论，SCR是MRSCR的特例。同时，MRSCR通常可以用一个或多个RES量化电力系统的强度。

3)MRSCR保留了与单场站短路比中定义的SCR相同的物理解释，因为两者都根据到电压稳定极限的距离来表征系统强度。MRSCR是根据电压稳定边界条件定义的。因此，当母线i的MRSCR较大时，母线i的电力系统更强，因为母线i的电压距离其电压稳定极限更远；当母线i的MRSCR较小时，母线i的电力系统较弱，因为母线i的电压接近其电压稳定极限。由于MRSCR与SCR具有相同的物理解释，是SCR的广义表示，因此用于系统强度评估的SCR范围也可以应用于MRSCR。

1-4)根据步骤1-3)的结果获取系统薄弱母线。

具体地，对并网母线按照MRSCR值从小到大的顺序进行排序，MRSCR值小的母线在前，MRCSR值大的在后，确定新能源汇入区域(新能源汇入区域，一般指新能源场站并网母线所接入的、比并网母线电压等级高一级的那条母线下所包含的所有电网区域。)的薄弱环节。

MRSCR提供了系统中可再生能源每个互连点的系统强度信息。当一个网络区域内的多个新能源场站电气距离接近时，MRSCR允许评估每个新能源场站并网母线处的系统强度。根据新能源汇集区域内所有新能源场站并网母线的MRSCR排序，找到MRSCR小于设定的临界指标的并网母线作为系统薄弱母线i_weak：

i_weak＝{i_weak＝i|MRSCR_i＜SCR_min，i＝1，2，...，m) (8)

式中，SCR_min为维持电压稳定的短路比临界指标，一般取大于等于3的值，本实施例中取为3。根据现场实际，一般认为：如果母线的MRSCR大于3，则该母线的电压强度是比较大的；如果母线的MRSCR介于2和3之间，则母线电压强度较弱；当MRSCR_i等于1时，母线i处的电压处于临界状态；当MRSCR_i小于1时，母线i处的电压变得不稳定，系统处于崩溃状态。

2)根据薄弱母线的新能源多场站短路比构建电压安全约束约束。

针对步骤1)得到薄弱母线的新能源多场站短路比进行灵敏度分析，得到短路比关于主导因素的线性表达式，以构建电压安全约束；具体步骤如下：

2-1)将薄弱母线记为母线i，分别求取每条薄弱母线的新能源多场站短路比对该薄弱母线处新能源有功注入的偏导、对其余新能源场站j并网母线处新能源有功注入的偏导和对该薄弱母线处电压幅值的偏导：

其中，

表示对

取共轭运算，||表示取模运算，j∈{1，2，...，n}且j≠i_weak。

2-2)系统稳定情况下，认为节点电压、新能源有功注入在额定值附近，波动不大，根据该状态分别计算每条薄弱母线的新能源多场站短路比分别对该薄弱母线处新能源有功注入的灵敏度、对其余新能源场站j并网母线处新能源有功注入的灵敏度和对该薄弱母线处电压幅值的灵敏度：

式中，下标i指代薄弱母线i_weak，k_P，i、k_P，j、k_V，i分别表示母线i处MRSCR_i对注入母线i的有功P_R，i、注入母线j的有功P_R，j以及母线i处电压幅值|V_R，i|的灵敏度。

V_R，i分别表示母线i处新能源额定有功、母线j处新能源额定有功以及母线i处额定电压。

2-3)基于步骤2-2)的结果，得到每条薄弱母线的新能源多场站短路比关于灵敏度(即P_R，i、P_R，j、|V_R，i|)的线性表达式，如下式所示：

MRSCR_i＝k_P，iP_R，i+k_P，jP_R，j+k_V，i|V_R，i| (11)

则根据式(11)，构建电压安全约束；

所述电压安全约束为每条薄弱母线的新能源多场站短路比满足：

3)基于步骤2)得到的电压安全约束，建立有功无功协同控制优化模型并求解，得到新能源场站并网母处电压幅值和相角的优化结果；具体步骤如下：

3-1)建立有功和无功协同控制优化模型的目标函数；

本实施例中，所述模型优化目标为最大化新能源送出功率，目标函数表达式如下：

其中，P_R，i为新能源场站i并网母线处的送出功率。

3-2)建立有功和无功协同控制优化模型的约束条件，包括：

3-2-1)节点有功、无功平衡约束：

式中，P_D，i、Q_D，i分别表示新能源场站i并网母线处的负荷有功与负荷无功；G_ii＝Re(1/Z_ii)为节点导纳矩阵的电导部分，B_ii＝Im(1/Z_ii)为节点导纳矩阵的电纳部分；P_ij、Q_ij分别表示由新能源场站j并网母线流向新能源场站i并网母线的有功功率和无功功率。

其中，对新能源场站i和j并网母之间的传输线构建辅助变量c_ij和s_ij如下：

式中，

θ_i、θ_j分别为母线i、j的电压相角。

对辅助变量进行松弛：

3-2-2)电压幅值约束：

式中，V_max，i、V_min，i分别为新能源场站i并网母线的电压上下限；

3-2-3)新能源场站容量约束：

式中，P_R，i、Q_R，i分别表示新能源场站i的有功、无功注入；S_Ri，max表示新能源场站i的视在功率极限。

3-2-4)电压安全约束：

本实施例中，考虑多新能源场站间的相互影响，采用薄弱母线的新能源多场站短路比描述系统电压安全约束。

其中，任一薄弱母线i的新能源多场站短路比满足如下表达式：

式中，下标i指代薄弱母线i_weak。

3-3)利用常用商业求解软件Gurobi对模型进行求解，得到满足约束条件的各新能源场站i并网母线处的电压幅值最优解V_R，i ^*和电压相角最优解θ_i ^*，通过将新能源场站并网点电压设置为最优解，可以消除薄弱母线对于新能源送出能力的限制，提升新能源送出功率极限，促进新能源消纳。

为实现上述实施例，本发明第二方面实施例提出一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制装置，包括：

新能源多场站短路比计算模块，用于通过计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，确定薄弱母线；

电压安全约束构建模块，用于根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束；

优化模块，用于基于所述电压安全约束，建立有功无功协同控制优化模型并求解，得到协同控制的优化结果。

需要说明的是，前述对一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法的实施例的解释说明也适用于本实施例的一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制装置，在此不再赘述。根据本发明实施例提出的一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制装置，通过计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，确定薄弱母线；根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束；基于所述电压安全约束，建立有功无功协同控制优化模型并求解，得到协同控制的优化结果。由此可实现解决制约新能源送出能力的短路比薄弱环节识别问题，保障大规模新能源安全接入电网，实现稳定运行，提高新能源利用率，促进新能源安全消纳。

为实现上述实施例，本发明第三方面实施例提出一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行上述一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法。

为实现上述实施例，本发明第四方面实施例提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法。

需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。

上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备执行上述实施例的一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

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程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请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。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，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模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制方法，其特征在于，包括：

通过计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，确定薄弱母线；

根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束；

基于所述电压安全约束，建立有功无功协同控制优化模型并求解，得到协同控制的优化结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，包括：

1)计算网络阻抗矩阵；

记电力系统有n条新能源场站并网母线，则网络阻抗矩阵Z_n表达式如下：

式中，对角元Z_ii为新能源场站i并网母线的自阻抗，非对角元Z_ij为新能源场站i并网母线和新能源场站j并网母线之间的互阻抗，i＝1,2,...,n，i≠j；

2)计算短路容量；

基于网络阻抗矩阵，有：

式中，

为新能源场站i并网母线注入电网的电流，

为新能源场站i并网母线电压，下标R表示新能源汇集母线；Z_ij表示新能源场站i并网母线与新能源场站j并网母线之间的等值阻抗；

则新能源场站i并网母线的短路容量计算表达式如下：

式中，

为新能源场站i并网母线处的额定电压；

为新能源场站i并网母线处的三相短路电流；

3)计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比；

其中，新能源场站i并网母线处的新能源多场站短路比MRSCR_i计算表达式如下：

式中，

为新能源场站i并网母线处的实际电压；

为新能源场站i并网母线注入电网的电流，

分别为新能源场站j并网母线注入电网的电流。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述新能源场站i并网母线处的新能源多场站短路比MRSCR_i计算表达式转化为：

式中，S_R，i表示新能源场站i向系统注入的视在功率；

为新能源场站i并网母线和新能源场站j并网母线之间的复数功率折算因子。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定薄弱母线，包括：

将新能源多场站短路比小于设定的临界指标的并网母线作为系统薄弱母线i_weak：

i_weak＝{i_weak＝i|MRSCR_i＜SCR_min，i＝1，2，...，n) (8)

式中，SCR_min为短路比临界指标。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束，包括：

1)将薄弱母线记为母线i，分别求取每条薄弱母线的新能源多场站短路比对该薄弱母线处新能源有功注入的偏导、对其余新能源场站j并网母线处新能源有功注入的偏导和对该薄弱母线处电压幅值的偏导：

其中，

表示对

取共轭运算，||表示取模运算，j∈{1，2，...，n}且j≠i；

2)分别计算每条薄弱母线的新能源多场站短路比分别对该薄弱母线处新能源有功注入的灵敏度、对其余新能源场站j并网母线处新能源有功注入的灵敏度和对该薄弱母线处电压幅值的灵敏度：

式中，k_P，i、k_P，j、k_V，i分别表示母线i处MRSCR_i对注入母线i的有功P_R，i、注入母线j的有功P_R，j以及母线i处电压幅值|V_R，i|的灵敏度；

V_R，i分别表示母线i处新能源额定有功、母线j处新能源额定有功以及母线i处额定电压；

3)根据步骤2)的结果，得到每条薄弱母线的新能源多场站短路比关于灵敏度的线性表达式，表达式如下：

MRSCR_i＝k_P，iP_R，i+k_P，jP_R，j+k_V，i|V_R，i| (11)

则根据式(11)，构建电压安全约束；

所述电压安全约束为每条薄弱母线的新能源多场站短路比满足：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述有功无功协同控制优化模型由目标函数和约束条件构成；

其中，所述目标函数表达式为：

其中，P_R，i为新能源场站i并网母线处的送出功率；

所述约束条件包括：

节点有功、无功平衡约束：

式中，P_D，i、Q_D，i分别表示新能源场站i并网母线处的负荷有功与负荷无功；G_ii＝Re(1/Z_ii)为节点导纳矩阵的电导部分，B_ii＝Im(1/Z_ii)为节点导纳矩阵的电纳部分；P_ij、Q_ij分别表示由新能源场站j并网母线流向新能源场站i并网母线的有功功率和无功功率；

其中，对新能源场站i和j并网母线之间的传输线构建辅助变量c_ij和s_ij如下：

式中，

θ_i、θ_j分别为母线i、j的电压相角；

对辅助变量进行松弛：

电压幅值约束：

式中，V_max，i、V_min，i分别为新能源场站i并网母线的电压上下限；

新能源场站容量约束：

式中，P_R，i、Q_R，i分别表示新能源场站i的有功、无功注入；S_Ri，max表示新能源场站i的视在功率极限；

电压安全约束：

所述电压安全约束为每条薄弱母线的新能源多场站短路比满足：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述协同控制的优化结果包括：

各新能源场站并网母线处的电压幅值最优解V_R，i ^*和电压相角最优解θ_i ^*。

8.一种考虑新能源多场站短路比的有功无功协同控制装置，其特征在于，包括：

新能源多场站短路比计算模块，用于通过计算新能源场站并网母线处的新能源多场站短路比，确定薄弱母线；

电压安全约束构建模块，用于根据所述薄弱母线的所述新能源多场站短路比构建电压安全约束；

优化模块，用于基于所述电压安全约束，建立有功无功协同控制优化模型并求解，得到协同控制的优化结果。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行上述权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一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存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7任一项所述的方法。

Images