CN116090175B - 一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法及装置，包括：将包含分布式新能源的配电网系统作为原系统，获取所述原系统在负荷端点的有功功率和无功功率；根据所述有功功率和无功功率的响应特性，构建原系统对应的等值系统的等值负荷模型；对所述等值负荷模型的参数进行求解，获取所述等值负荷模型的各个参数的值。等值负荷模型可以较好地模拟原系统的有功、无功特性。通过对等值负荷模型的参数进行求解，验证了本发明所提出的负荷建模方法的有效性。

Description

一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统仿真建模技术领域，具体涉及一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法及装置。

背景技术

伴随着世界能源体系向清洁低碳、安全高效转型，我国能源和电力发展处于重要战略机遇期，能源供需格局持续快速发展。近年来，我国风电、光伏等新能源得到跨越式发展，电网中新能源装机容量占比日益提高。截至2021年底，我国电源装机23.8亿千瓦，非化石能源发电装机容量达到11.2亿千瓦，首次超过煤电装机规模。水电、风电、太阳能发电装机分别达到3.9亿千瓦、3.3亿千瓦、3.1亿千瓦，均居世界首位。新能源发电正加速由辅助电源向主力电源转变。

由于电力电子设备具有多时间尺度动态和大量切换控制特性，高比例新能源电力系统精确高效建模和仿真的技术难度大幅增加，对系统稳定特性演变规律的认知能力提出了挑战。具体来说，电力电子设备特性主要由控制和保护逻辑决定，设备单体建模复杂，大量电力电子设备在电源侧和负荷侧的特性难以聚合等效。现有技术通常采用容量倍乘方式确定设备集群的模型参数，模型简单但精度差，参数获取缺少依据；若按照实际拓扑构建电力电子设备集群的精确模型，仿真规模极大、计算速度非常慢，无法应用于大电网仿真分析。面向大电网分析，亟需研究完善电力电子设备/集群模型的机电暂态建模方法。另一方面，大量分布式发电接入低压电网，大电网仿真分析的负荷特性发生重大变化，但目前高渗透率分布式发电与大电网的相互影响机理尚不清晰，大电网分析时通常将分布式发电视为负荷的一部分，无法准确研究大量分布式发电在主网层面的聚合等效作用，也难以考虑主网大扰动情况下分布式发电的控制保护响应特性，严重影响高渗透率分布式发电接入后的电网仿真分析准确性。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法，包括：

将包含分布式新能源的配电网系统作为原系统，获取所述原系统在负荷端点的有功功率和无功功率；

根据所述有功功率和无功功率的响应特性，构建原系统对应的等值系统的等值负荷模型；

对所述等值负荷模型的参数进行求解，获取所述等值负荷模型的各个参数的值。

进一步的，在获取所述等值负荷模型的各个参数的值的步骤之后，还包括：

对原系统和等值负荷模型进行仿真计算；

根据所述各个参数的值获取所述等值负荷模型的有功功率和无功功率响应曲线，与原系统的有功功率和无功功率响应曲线一致，确定所述等值负荷模型的有效性。

进一步的，根据有功功率和无功功率的响应特性，构建原系统对应的等值系统的等值负荷模型，包括：

根据所述等值负荷模型在负荷端点的有功功率和无功功率，与原系统在负荷端点的有功功率和无功功率的响应曲线一致性，构建对应的等值负荷模型。

进一步的，所述的等值负荷模型，由以下等值电路组成，包括：

配电网等值阻抗RD+jXD、恒定阻抗负荷Z、恒定功率负荷P、感应电动机M、同步发电机G、A类分布式光伏、B类分布式光伏和补偿电容器。

进一步的，配电网等值阻抗RD+jXD，具体计算方法包括：

根据原系统阻抗消耗功率与配电网各变压器、各配电线路消耗功率之和相等，计算配电网等值阻抗值RD+jXD为

式中，R_D和X_D分别表示原系统等值电阻和电抗；P_j和Q_j分别表示第j个变压器/配电线路送端有功功率和无功功率，U_j表示第j个变压器/配电线路送端母线电压幅值，表示第j个变压器/配电线路阻抗；I_Li表示第i个负荷电流，l为配电线路或变压器母线数量，k为负荷支路数量。

进一步的，使用配网等值计算方法对所述等值负荷模型的参数进行求解，具体包括：

新能源低电压穿越期间，有功电流控制方式为指定电流控制模式时，有功电流控制参数计算方法为：

式中，K1_Ip_LV为有功电流计算系数1；K2_Ip_LV为有功电流计算系数2；Ipset_LV为有功电流计算系数3；Vt为机端电压标幺值；Ip0为发电机初始有功电流标幺值；

新能源低电压穿越期间，有功电流控制方式为指定电流控制模式时，无功电流控制参数计算方法为：

式中，K1_Iq_LV为无功电流计算系数1；K2_Iq_LV为无功电流计算系数2；Iqset_LV为无功电流计算系数3；Iq0为初始无功电流；Vt为端电压幅值；VLin为进入低电压穿越阈值。

进一步的，使用配网等值计算方法对所述等值负荷模型的参数进行求解，具体包括：

若原系统中的发电机穿越恢复起点控制方式包括多种控制方式，则其中等值发电机空越恢复起点有功控制采用按初始有功电流百分比控制方式，具体公式如下：

式中，K_IpLVREC0为有功电流计算系数1；为有功电流计算系数2；Ip0为发电机初始有功电流标幺值；

获取原系统中知个发电机i的初始有功电流值I′_p0i和穿越恢复起点时刻有功电流值分别根据下式计算等值系统的初始有功电流值I′_p0EQ和穿越恢复起点时刻有功电流值/>

将设为0，则由所述初始有功电流百分比控制方式的具体公式可得，

等值发电机空越恢复起点无功控制采用按初始有功电流百分比控制方式，具体公式如下：

式中，为有功电流计算系数1，t₀为电压穿越恢复起始时刻，t为仿真计算时刻，/>为新能源发电机的有功额定电流标幺值，/>为穿越恢复起点有功电流标幺值；

获取原系统中各个发电机i的穿越恢复起点时刻无功电流值根据下式计算等值系统的穿越恢复起点时刻无功电流值/>

将K_IqLVREC0设为0，由所述初始有功电流百分比控制方式的具体公式可得，

进一步的，使用配网等值计算方法对所述等值负荷模型的参数进行求解，具体包括：

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略为定斜率恢复控制模式，则低压穿越恢复控制参数的计算方法为，

式中，为有功电流计算系数1，t₀为电压穿越恢复起始时刻，t为仿真计算时刻，/>为新能源发电机的有功额定电流标幺值，/>为穿越恢复起点有功电流标幺值；

则第i个光伏发电机从恢复起点恢复到故障前的有功电流初始值I_p0i需要的恢复时间Δt_i为：

为保证等值系统恢复的保守性，将等值发电机的恢复时间ΔT与原系统里恢复时间最长的发电机所需的恢复时间相等，即

ΔT＝max(Δt₁,…,Δt_i)，i＝1,…,m

则由低压穿越恢复控制参数的计算方法可得等值发电机的恢复斜率为，

式中：

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略为按惯性曲线恢复控制模式，则选取惯性时间常数最大值为等值发电机的惯性时间常数，具体为：

进一步的，还包括：

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略包括定斜率恢复控制模式和按惯性曲线恢复控制模式，则等值发电机采用按斜率恢复模式；低压穿越恢复控制参数的计算方法具体为：

按惯性曲线恢复模式的发电机转换成按斜率恢复模式，定斜率恢复模式的控制参数计算方法如下：

读取有功电流Ip曲线里有功电流开始恢复的时刻t5，以及该时刻的有功电流值I′_p,t5，有功电流Ip曲线里有功电流恢复到故障前的时刻t6；则该新能源发电机从恢复起点恢复到故障前的有功电流初始值I′_p0需要的恢复时间Δt为：

Δt＝t₆-t₅

有功电流恢复斜率为：

本发明同时提供一种用于包含分布式新能源的配电网系统的等值建模及求解装置，包括：

功率获取单元，用于将包含分布式新能源的配电网系统作为原系统，获取所述原系统在负荷端点的有功功率和无功功率；

模型构建单元，用于根据所述有功功率和无功功率的响应特性，构建原系统对应的等值系统的等值负荷模型；

求解单元，用于对所述等值负荷模型的参数进行求解，获取所述等值负荷模型的各个参数的值。

本发明提供的一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法及装置，首先提出了含分布式新能源的负荷模型结构，本发明提出的含分布式光新能源的负荷模型结构较好地弥补了现有负荷模型无法考虑配网有源电源动态特性的不足，其物理结构合理，可操作性强，可方便地模拟包括配电网、无功补偿系统和接入低压配网的分布式新能源的供电系统。然后提出了含分布式新能源的配网等值阻抗计算方法，接着提出了等效分布式新能源发电系统模型参数计算方法。仿真结果验证了本发明所提含分布式新能源的负荷模型建模方法的有效性。采用本发明所提出的含分布式新能源的负荷模型建模方法建立计及分布式新能源的负荷模型，能够准确表征分布式新能源成分加入后的负荷外特性，提高电网仿真计算的精准性，为电网决策提供更精确的仿真分析结果。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法的流程示意图；

图2是本发明涉及的含光伏新能源的220kV变电站的供电系统示意图；

图3是本发明涉及的含分布式新能源的负荷模型等值电路图；

图4是本发明涉及的t3取值示意图；

图5是本发明涉及的仿真系统示意图；

图6是本发明涉及的变电站A的220kV变电站母线电压曲线；

图7是本发明涉及的变电站A的110kV母线电压曲线；

图8是本发明涉及的220kV变电站A的下网有功功率；

图9是本发明涉及的220kV变电站A的下网无功功率；

图10是本发明涉及的A类光伏的机端电压；

图11是本发明涉及的A类光伏的有功出力；

图12是本发明涉及的A类光伏的无功出力；

图13是本发明涉及的B类光伏的机端电压；

图14是本发明涉及的B类光伏的有功出力；

图15是本发明涉及的B类光伏的无功出力；

图16是本发明涉及的双馈风机的机端电压；

图17是本发明涉及的双馈风机的有功出力；

图18是本发明涉及的双馈风机的无功出力；

图19是本发明涉及的一种用于新能源配电网系统的等值建模求解装置的结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

图1本发明提供的一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法的流程示意图，下面结合图1对本发明提供的方法进行详细说明。

步骤S101，将包含分布式新能源的配电网系统作为原系统，获取所述原系统在负荷端点的有功功率和无功功率。

本发明涉及的包含分布式新能源的配电网系统，在本发明中具体的为含分布式光伏发电系统的220kV变电站的供电系统，并以此系统为例对本发明的技术发案进行说明。

含分布式光伏发电系统的220kV变电站的供电系统接线示意图见图2，获取该系统在负荷端点的有功功率和无功功率。

步骤S102，根据所述有功功率和无功功率的响应特性，构建原系统对应的等值系统的等值负荷模型。

根据所述等值负荷模型在负荷端点的有功功率和无功功率，与原系统在负荷端点的有功功率和无功功率的响应曲线一致性，构建对应的等值负荷模型。将图2所示的含分布式光伏发电系统的220kV变电站的主变所供配电负荷区域等值为图3所示的对应的等值系统的等值负荷模型。

所述的等值负荷模型，由以下等值电路组成，包括：

配电网等值阻抗RD+jXD、恒定阻抗负荷Z、恒定功率负荷P、感应电动机M、同步发电机G、A类分布式光伏、B类分布式光伏和补偿电容器。对含分布式光伏的配电负荷区域等值建模应计算配网等值阻抗、A类等值分布式光伏的装机容量、最大有功出力、实际有功出力，逆变器控制参数；B类等值分布式光伏的装机容量、最大有功出力、实际有功出力，逆变器控制参数；等值分布式双馈风机的装机容量、最大有功出力、实际有功出力，逆变器控制参数；等值负荷的有功功率、无功功率；等值无功补偿等。

步骤S103，对所述等值负荷模型的参数进行求解，获取所述等值负荷模型的各个参数的值。

配电网阻抗的计算方法为：

根据原系统阻抗消耗功率与配电网各变压器、各配电线路消耗功率之和相等，计算配电网等值阻抗值RD+jXD为

式中，R_D和X_D分别表示原系统等值电阻和电抗；P_j和Q_j分别表示第j个变压器/配电线路送端有功功率和无功功率，U_j表示第j个变压器/配电线路送端母线电压幅值，表示第j个变压器/配电线路阻抗；I_Li表示第i个负荷电流，l为配电线路或变压器母线数量，k为负荷支路数量。

等效分布式新能源模型参数计算方法，包括分布式新能源容量和有功出力聚合，以A类新能源为说明：

(1)计算等值A类新能源发电机的额定容量S_N,EQ

式中，S_N,i为第i个A类新能源发电机的额定容量，m为220kV变电站所供配电区域的A类新能源发电机的数量。

(2)计算等值A类新能源发电机的最大有功出力P_max,EQ

式中，P_max,i为第i个A类新能源发电机的最大有功出力。

(3)计算等值A类新能源发电机的最大无功出力Q_max,EQ

式中，Q_max,i为第i个A类新能源发电机的最大无功出力。

(4)计算等值A类新能源发电机的实际有功出力P_EQ

式中，P_i为第i个A类新能源发电机的实际有功出力。

新能源低电压穿越期间，有功电流控制方式为指定电流控制模式时，有功电流控制参数计算方法为：

式中，K1_Ip_LV为有功电流计算系数1；K2_Ip_LV为有功电流计算系数2；Ipset_LV为有功电流计算系数3；Vt为机端电压标幺值；Ip0为发电机初始有功电流标幺值；

具体步骤为：

1)用式(6)计算等值系统的控制参数I_{pset_LV_EQ}

其中，S_Ni为第i个新能源发电机的额定容量，T_1i为第i个新能源并网变压器的变比(标幺值，高压侧/低压侧)，T_2i为该新能源经过并网变压器后再升压到110kV电压等级的变压器的变比(标幺值，高压侧/低压侧)。

2)从原系统的仿真结果各发电机的I_p曲线里读取各个发电机i的初始有功电流值I′_p0i；故障切除时间t1(如1s发生故障，故障后0.09s切除近端故障，则故障切除时间为1.09s)的有功电流值I′_pt1,i、220kV主变220kV侧的电压值V_220,t1、流进220kV主变220kV侧的有功功率P_220,t1和无功功率Q_220,t1；各个发电机i的有功电流之和最大时刻t2、t2时刻各个发电机i的有功电流值I′_pt2,i、220kV主变220kV侧的电压值V_220,t2、流进220kV主变220kV侧的有功功率P_220,t2和无功功率Q_220,t2；

3)根据式(8)计算等值系统的初始有功电流值I′_p0EQ

4)根据式(9)计算t1时刻各个发电机i的有功电流汇集到220kV主变110kV侧的总和I′_pt1

5)根据式(10)计算t2时刻各个发电机i的有功电流汇集到220kV主变110kV侧的总和I′_pt2

6)在t1时刻，因为等值发电机所发有功电流应该跟原系统汇集到220kV主变110kV侧的有功电流值相等，所以有：

7)在t2时刻，因为等值发电机所发有功电流应该跟详细系统汇集到220kV主变110kV侧的有功电流值相等，所以有：

8)由式(13)求得等值系统的有功电流计算系数1K1_Ip_LV_EQ；用式(14)求得有功电流计算系数2K2_Ip_LV_EQ

其中V_EQ,t1、V_EQ,t2可由式(15)计算得到

其中，U₁是220kV主变220kV侧的电压值、P₁为流进220kV主变220kV侧的有功功率，Q₁为流进220kV主变220kV侧的无功功率，X＝X配网等值电抗+X220主变高-中压侧电抗。

新能源低电压穿越期间，有功电流控制方式为指定电流控制模式时，无功电流控制参数计算方法为：

式中，K1_Iq_LV为无功电流计算系数1；K2_Iq_LV为无功电流计算系数2；Iqset_LV为无功电流计算系数3；Iq0为初始无功电流；Vt为端电压幅值；VLin10为进入低电压穿越阈值。

具体步骤为：

1)因为为0，所以K_{2_Iq_LV_EQ}不起作用，不妨设为1。

2)从原系统仿真结果各发电机的I_q曲线里读取各个发电机i在故障切除时间t1(如1s发生故障，故障后0.09s切除近端故障，则故障切除时间为1.09s)的无功电流值I′_qt1,i、220kV主变220kV侧的电压值V_220,t1、流进220kV主变220kV侧的有功功率P_220,t1和无功功率Q_220,t1；各个发电机i的无功电流之和上升后又下降到又变成上升的第一个拐点时刻t3(如图5所示)、220kV主变220kV侧的电压值V_220,t3、流进220kV主变220kV侧的有功功率P_220,t3和无功功率Q_220,t3；

3)根据式(17)计算t1时刻各个发电机i的无功电流汇集到220kV主变110kV侧的总和I′_qt1

5)根据式(18)计算t3时刻各个发电机i的无功电流汇集到220kV主变110kV侧的总和I′_qt3

8)在t1时刻，因为等值发电机所发无功电流应该跟原系统汇集到220kV主变110kV侧的无功电流值相等，所以有：

9)在t3时刻，因为等值发电机所发无功电流应该跟原系统汇集到220kV主变110kV侧的无功电流值相等，所发：

10)计算出t1和t3时刻的V_EQ,t1和V_EQ,t3，用式(21)求得等值系统的有功电流计算系数1K1_Ip_LV_EQ；用式(22)求得有功电流计算系数2K2_Ip_LV_EQ。

其中，V_Lin，EQ＝min(V_Lin，i)。

11)在无功电流控制系数Iqset_LV增加有功功率产生的修正量ΔIq

原系统中，有功电流在线路上产生额外的无功消耗。等值系统中，这一消耗相对较少。应当调减分布式电源的无功出力，弥补无功消耗变少的部分。

式中，I′_pi为第i个新能源的有功电流，X_i为该新能源至220kV主变110kV侧母线的电抗，ΔI′_q为等值新能源需要调减的无功电流(以系统容量为基准容量)。

由式(23)可得

为保证等值系统恢复的保守性，计算时选取各个发电机i的有功电流之和最大时刻的电流值。

换算成以等值机容量为基准值的ΔI_q，

因此，的值应修正为由(22)计算出来的/>减去式(25)计算出来的ΔI_q

若发电机穿越恢复起点控制方式包括多种控制方式，则其中等值发电机空越恢复起点有功控制采用按初始有功电流百分比控制方式，具体公式如下：

式中，K_IpLVREC0为有功电流计算系数1；为有功电流计算系数2；Ip0为发电机初始有功电流标幺值；

获取原系统中知个发电机i的初始有功电流值I′_p0i和穿越恢复起点时刻有功电流值分别根据下式计算等值系统的初始有功电流值I′_p0EQ和穿越恢复起点时刻有功电流值/>

将设为0，则由所述初始有功电流百分比控制方式的具体公式可得，

等值发电机空越恢复起点无功控制采用按初始有功电流百分比控制方式，具体公式如下：

式中，为有功电流计算系数1，t₀为电压穿越恢复起始时刻，t为仿真计算时刻，/>为新能源发电机的有功额定电流标幺值，/>为穿越恢复起点有功电流标幺值；

获取原系统中各个发电机i的穿越恢复起点时刻无功电流值根据下式计算等值系统的穿越恢复起点时刻无功电流值/>

将K_IqLVREC0设为0，由所述初始有功电流百分比控制方式的具体公式可得，

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略为定斜率恢复控制模式，则低压穿越恢复控制参数的计算方法为，

式中，为有功电流计算系数1，t₀为电压穿越恢复起始时刻，t为仿真计算时刻，/>为新能源发电机的有功额定电流标幺值，/>为穿越恢复起点有功电流标幺值；

则第i个光伏发电机从恢复起点恢复到故障前的有功电流初始值I_p0i需要的恢复时间Δt_i为：

为保证等值系统恢复的保守性，将等值发电机的恢复时间ΔT与原系统里恢复时间最长的发电机所需的恢复时间相等，即

ΔT＝max(Δt₁,…,Δt_i)，i＝1,…,m (35)

则由低压穿越恢复控制参数的计算方法可得等值发电机的恢复斜率为，

式中：

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略为按惯性曲线恢复控制模式，则选取惯性时间常数最大值为等值发电机的惯性时间常数，具体为：

最后，对原系统和等值负荷模型进行仿真计算；根据所述各个参数的值获取所述等值负荷模型的有功功率和无功功率响应曲线，与原系统的有功功率和无功功率响应曲线一致，确定所述等值负荷模型的有效性。通过以下算例分析，验证等值负荷模型的有效性。

算例分析：

为验证本发明提出的用于新能源配电网系统的等值建模求解方法的有效性，用220kV变电站A为例进行分析说明。220kV变电站A供电区域带有14台新能源发电机，其中有2台B类光伏，2台双馈风机、10台A类分布式光伏，各台新能源具体信息见表1

表1 220kV变电站A新能源信息表

根据220kV变电站A的详细调查数据，采用本发明所提配网等值阻抗计算方法，计算得到变电站A的配网等值电阻为0.0013，等值电抗为0.0395。根据变电站A的分布式新能源详细统计数据，采用本发明所提等效分布式新能源模型参数计算方法，计算得到变电站A的等值A类光伏、B类光伏、双馈风机的低穿期间的控制模型参数分别如表2-表4所示。

表2等值A类光伏逆变器的控制参数

表3等值B类光伏逆变器的控制参数

表4双馈风机逆变器的控制参数

采用本方法生成的负荷模型参数和原系统进行仿真对比，验证本发明所提出的考虑分布式新能源发电的负荷建模的有效性。

仿真系统如图6所示：发电机G1和G2分别通过三回线路和一回线路向变电站A供电。

仿真条件：Bus 5-Bus6线路Bus5侧发生三永N-1故障，故障0.12秒后切除故障线路。

分别将220kV变电站A及其以下的原系统、含分布式新能源的等值负荷模型接于图6所示的Bus6母线上进行仿真，仿真得到的220kV变电站A的220kV母线电压曲线、110kV母线电压曲线、变电站A的下网有功功率、无功功率、A类光伏的机端电压、有功出力、无功出力、B类光伏的机端电压、有功出力、无功出力；双馈风机的机端电压、有功出力、无功出力曲线分别如图7～图18所示。从图6可以看出，2种模型下的220kV电压响应曲线基本一致。从图18和图19可以看出，含分布式光伏发电系统的等值负荷模型可以较好地拟合原系统的有功和无功响应特性。综上，可以看出含分布式新能源的的等值负荷模型可以较好地模拟原系统的有功、无功特性。这验证了本发明所提出的含分布式新能源的负荷建模方法的有效性。

基于同一发明构思，本发明同时提供一种用于包含分布式新能源的配电网系统的等值建模及求解装置19，如图19所示，包括：

功率获取单元191，用于将包含分布式新能源的配电网系统作为原系统，获取所述原系统在负荷端点的有功功率和无功功率；

模型构建单元192，用于根据所述有功功率和无功功率的响应特性，构建原系统对应的等值系统的等值负荷模型；

求解单元193，用于对所述等值负荷模型的参数进行求解，获取所述等值负荷模型的各个参数的值。

本发明提供的一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法及装置，首先提出了含分布式新能源的负荷模型结构，本发明提出的含分布式光新能源的负荷模型结构较好地弥补了现有负荷模型无法考虑配网有源电源动态特性的不足，其物理结构合理，可操作性强，可方便地模拟包括配电网、无功补偿系统和接入低压配网的分布式新能源的供电系统。然后提出了含分布式新能源的配网等值阻抗计算方法，接着提出了等效分布式新能源发电系统模型参数计算方法。仿真结果验证了本发明所提含分布式新能源的负荷模型建模方法的有效性。采用本发明所提出的含分布式新能源的负荷模型建模方法建立计及分布式新能源的负荷模型，能够准确表征分布式新能源成分加入后的负荷外特性，提高电网仿真计算的精准性，为电网决策提供更精确的仿真分析结果。

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。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种用于新能源配电网系统的等值建模求解方法，其特征在于，包括：

将包含分布式新能源的配电网系统作为原系统，获取所述原系统在负荷端点的有功功率和无功功率；

根据所述有功功率和无功功率的响应特性，构建原系统对应的等值系统的等值负荷模型，所述的等值负荷模型，由以下等值电路组成，包括：

配电网等值阻抗R_D+jX_D、恒定阻抗负荷Z、恒定功率负荷P、感应电动机M、同步发电机G、A类分布式光伏、B类分布式光伏和补偿电容器；

对所述等值负荷模型的参数进行求解，获取所述等值负荷模型的各个参数的值，包括：

使用配网等值计算方法对所述等值负荷模型的参数进行求解，具体包括：

新能源低电压穿越期间，有功电流控制方式为指定电流控制模式时，有功电流控制参数计算方法为：

式中，K1_Ip_LV为有功电流计算系数1；K2_Ip_LV为有功电流计算系数2；Ipset_LV为有功电流计算系数3；Vt为机端电压标幺值；Ip0为发电机初始有功电流标幺值；

新能源低电压穿越期间，无功电流控制方式为指定电流控制模式时，无功电流控制参数计算方法为：

式中，K1_Iq_LV为无功电流计算系数1；K2_Iq_LV为无功电流计算系数2；Iqset_LV为无功电流计算系数3；Iq0为初始无功电流；Vt为端电压幅值；VLin为进入低电压穿越阈值；

若原系统中的发电机穿越恢复起点控制方式包括多种控制方式，则其中等值发电机穿越恢复起点有功控制采用按初始有功电流百分比控制方式，具体公式如下：

式中，K_IpLVREC0为有功电流计算系数1；为有功电流计算系数2；Ip0为发电机初始有功电流标幺值；

获取原系统中知个发电机i的初始有功电流值I′_p0i和穿越恢复起点时刻有功电流值分别根据下式计算等值系统的初始有功电流值I′_p0EQ和穿越恢复起点时刻有功电流值/>

将设为0，则由所述初始有功电流百分比控制方式的具体公式可得，

等值发电机穿越恢复起点无功控制采用按初始无功电流百分比控制方式，具体公式如下：

获取原系统中各个发电机i的穿越恢复起点时刻无功电流值根据下式计算等值系统的穿越恢复起点时刻无功电流值/>

将K_IqLVREC0设为0，由所述初始有功电流百分比控制方式的具体公式可得，

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略为定斜率恢复控制模式，则低压穿越恢复控制参数的计算方法为，

式中，为有功电流计算系数1，t₀为电压穿越恢复起始时刻，t为仿真计算时刻，为新能源发电机的有功额定电流标幺值，/>为穿越恢复起点有功电流标幺值；

则第i个光伏发电机从恢复起点恢复到故障前的有功电流初始值I_p0i需要的恢复时间Δt_i为：

为保证等值系统恢复的保守性，将等值发电机的恢复时间ΔT与原系统里恢复时间最长的发电机所需的恢复时间相等，即

ΔT＝max(Δt₁,…,Δt_i)，i＝1,…,m

则由低压穿越恢复控制参数的计算方法可得等值发电机的恢复斜率为，

式中：

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略为按惯性曲线恢复控制模式，则选取惯性时间常数最大值为等值发电机的惯性时间常数，具体为：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获取所述等值负荷模型的各个参数的值的步骤之后，还包括：

对原系统和等值负荷模型进行仿真计算；

根据所述各个参数的值获取所述等值负荷模型的有功功率和无功功率响应曲线，与原系统的有功功率和无功功率响应曲线一致，确定所述等值负荷模型的有效性。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据有功功率和无功功率的响应特性，构建原系统对应的等值系统的等值负荷模型，包括：

根据所述等值负荷模型在负荷端点的有功功率和无功功率，与原系统在负荷端点的有功功率和无功功率的响应曲线一致性，构建对应的等值负荷模型。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，配电网等值阻抗RD+jXD，具体计算方法包括：

根据原系统阻抗消耗功率与配电网各变压器、各配电线路消耗功率之和相等，计算配电网等值阻抗值R_D+jX_D为

式中，R_D和X_D分别表示原系统等值电阻和电抗；P_j和Q_j分别表示第j个变压器/配电线路送端有功功率和无功功率，U_j表示第j个变压器/配电线路送端母线电压幅值，表示第j个变压器/配电线路阻抗；I_Li表示第i个负荷电流，l为配电线路或变压器母线数量，k为负荷支路数量。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其特征在于，还包括：

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略包括定斜率恢复控制模式和按惯性曲线恢复控制模式，则等值发电机采用按斜率恢复模式；低压穿越恢复控制参数的计算方法具体为：

按惯性曲线恢复模式的发电机转换成按斜率恢复模式，定斜率恢复模式的控制参数计算方法如下：

读取有功电流Ip曲线里有功电流开始恢复的时刻t5，以及该时刻的有功电流值I′_p,t5，有功电流Ip曲线里有功电流恢复到故障前的时刻t6；则该新能源发电机从恢复起点恢复到故障前的有功电流初始值I′_p0需要的恢复时间Δt为：

Δt＝t₆-t₅

有功电流恢复斜率为：

6.一种用于包含分布式新能源的配电网系统的等值建模及求解装置，其特征在于，包括：

功率获取单元，用于将包含分布式新能源的配电网系统作为原系统，获取所述原系统在负荷端点的有功功率和无功功率；

模型构建单元，用于根据所述有功功率和无功功率的响应特性，构建原系统对应的等值系统的等值负荷模型，所述的等值负荷模型，由以下等值电路组成，包括：

配电网等值阻抗R_D+jX_D、恒定阻抗负荷Z、恒定功率负荷P、感应电动机M、同步发电机G、A类分布式光伏、B类分布式光伏和补偿电容器；

求解单元，用于对所述等值负荷模型的参数进行求解，获取所述等值负荷模型的各个参数的值，包括：

使用配网等值计算方法对所述等值负荷模型的参数进行求解，具体包括：

新能源低电压穿越期间，有功电流控制方式为指定电流控制模式时，有功电流控制参数计算方法为：

式中，K1_Ip_LV为有功电流计算系数1；K2_Ip_LV为有功电流计算系数2；Ipset_LV为有功电流计算系数3；Vt为机端电压标幺值；Ip0为发电机初始有功电流标幺值；

新能源低电压穿越期间，无功电流控制方式为指定电流控制模式时，无功电流控制参数计算方法为：

式中，K1_Iq_LV为无功电流计算系数1；K2_Iq_LV为无功电流计算系数2；Iqset_LV为无功电流计算系数3；Iq0为初始无功电流；Vt为端电压幅值；VLin为进入低电压穿越阈值；

若原系统中的发电机穿越恢复起点控制方式包括多种控制方式，则其中等值发电机穿越恢复起点有功控制采用按初始有功电流百分比控制方式，具体公式如下：

式中，K_IpLVREC0为有功电流计算系数1；为有功电流计算系数2；Ip0为发电机初始有功电流标幺值；

获取原系统中知个发电机i的初始有功电流值I′_p0i和穿越恢复起点时刻有功电流值分别根据下式计算等值系统的初始有功电流值I′_p0EQ和穿越恢复起点时刻有功电流值/>

将设为0，则由所述初始有功电流百分比控制方式的具体公式可得，

等值发电机穿越恢复起点无功控制采用按初始无功电流百分比控制方式，具体公式如下：

获取原系统中各个发电机i的穿越恢复起点时刻无功电流值根据下式计算等值系统的穿越恢复起点时刻无功电流值/>

将K_IqLVREC0设为0，由所述初始有功电流百分比控制方式的具体公式可得，

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略为定斜率恢复控制模式，则低压穿越恢复控制参数的计算方法为，

式中，为有功电流计算系数1，t₀为电压穿越恢复起始时刻，t为仿真计算时刻，为新能源发电机的有功额定电流标幺值，/>为穿越恢复起点有功电流标幺值；

则第i个光伏发电机从恢复起点恢复到故障前的有功电流初始值I_p0i需要的恢复时间Δt_i为：

为保证等值系统恢复的保守性，将等值发电机的恢复时间ΔT与原系统里恢复时间最长的发电机所需的恢复时间相等，即

ΔT＝max(Δt₁,…,Δt_i)，i＝1,…,m

则由低压穿越恢复控制参数的计算方法可得等值发电机的恢复斜率为，

式中：

若原系统中的发电机有功电流穿越控制策略为按惯性曲线恢复控制模式，则选取惯性时间常数最大值为等值发电机的惯性时间常数，具体为：