CN116402412B - 一种含新能源的电网强度评估方法及系统 - Google Patents

一种含新能源的电网强度评估方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种含新能源的电网强度评估方法及系统，该方法包括：分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，求解新能源电网的电压稳定边界条件，基于电压稳定边界条件计算新能源汇集点处的修正短路比，根据新能源汇集点处的修正短路比及新能源汇集点之外的节点短路比判定各节点处电网强度，分析电网薄弱处。本发明充分考虑了新能源场站间电气距离对系统电压稳定性的影响，更准确地评估电网各新能源汇集点处的电网强度。

Description

一种含新能源的电网强度评估方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统技术领域，特别是涉及一种含高比例新能源的电网强度评估方法及系统。
背景技术
新能源占比不断提高对电力系统规划者和运营商保持系统可靠性带来严峻的挑战。当大量的新能源连接到一个较弱的电力系统时，可能会出现潜在的电力系统稳定性问题，特别是那些与电压稳定性相关的问题，可能会暴露出来，导致严重的电力系统故障。通过计算电网各节点处短路比（SCR）可以对电力系统的强度进行分析，然而现有的系统强度评估方法忽略了新能源场站间交互作用，无法反映多个新能源场站之间的相互作用对电网强度的影响。本发明提出了计及新能源场站间交互作用的修正短路比计算方法，从而更准确地评估电网各新能源汇集点处的电网强度。
发明内容
基于现有技术的不足，为了解释多个新能源场站间交互作用，通过分析系统强度和电压稳定性之间的关系，本发明提供了一种含高比例新能源的电网强度评估方法，采用计及新能源场站间交互作用的修正短路比，以更准确地评估电网各新能源汇集点处的电网强度。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种含高比例新能源的电网强度评估方法，包括：分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，求解新能源电网的电压稳定边界条件，基于电压稳定边界条件计算新能源汇集点处的修正短路比，根据新能源汇集点处的修正短路比及新能源汇集点之外的节点短路比判定各节点处电网强度，分析电网薄弱处。
进一步优选，新能源汇集点处的修正短路比通过下式进行计算：
，
式中，为新能源汇集点i处的修正短路比，/>为与新能源场站汇集点i直接连接的新能源机组的功率注入，/>为与新能源场站汇集点j直接连接的新能源机组的功率注入，/>为新能源汇集点i的电压，/>为新能源汇集点j的电压，/>为新能源汇集点i接入电网的新能源场站等效阻抗；/>为新能源汇集点i与新能源汇集点j之间的拓扑阻抗，/>为新能源汇集点集合，/>表示新能源汇集点i与新能源汇集点j电压比值的共轭复数。
进一步优选，求解新能源电网的电压稳定边界条件的过程是：在新能源电网中新能源汇集点i处的电压稳定边界条件表示为：
，
，
其中，为新能源汇集点i的新能源机端电压，/>为新能源机端电压与新能源汇集点i电压的相角差，/>为新能源汇集点i的短路容量，/>为新能源汇集点i的等效复功率的共轭复数，/>为与新能源汇集点i直接连接的新能源机组的功率注入的共轭复数，为与新能源汇集点j直接连接的新能源机组的功率注入的共轭复数；/>为电压稳定性边界条件量化系数；
其中，新能源汇集点i的电压：
，
其中：为同步发电机接入节点k处注入的电流，/>为新能源汇集点j处注入的电流，/>为新能源汇集点i与同步发电机接入节点k之间的阻抗，/>表示同步发电机接入节点集合；
，
其中：，
式中，为新能源汇集点i的等效功率，/>为与新能源汇集点i直接连接的新能源机组的功率注入，/>为与新能源汇集点j直接连接的新能源机组的功率注入，/>表示新能源汇集点i的等效功率与电压比值的共轭复数，/>为新能源汇集点i注入电网的等效电流，/>为新能源汇集点i的等效电流的共轭复数，/>为新能源汇集点i处注入的电流，/>为新能源汇集点i处注入的电流的共轭复数，/>为新能源汇集点j接入电网的新能源场站等效阻抗共轭复数，/>为新能源汇集点i接入电网的新能源场站等效阻抗的共轭复数，/>为新能源汇集点j处注入的电流，/>为新能源汇集点j处注入的电流的共轭复数。进一步优选，当/>时，新能源汇集点i的电压临界稳定；当/>时，新能源汇集点i的电压稳定；当/>时，新能源汇集点i的电压不稳定。
进一步优选，通过潮流方程分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，潮流方程为：
，
其中：为同步发电机接入节点处注入的电流向量，/>为新能源汇集点处注入的电流向量，/>为同步发电机接入节点的电压向量，/>为新能源汇集点的电压向量，/>为利用同步发电机组的内部阻抗推出的阻抗矩阵，/>为同步发电机接入节点与新能源汇集点之间的阻抗矩阵，/>为新能源汇集点到同步发电机接入节点之间的阻抗矩阵，/>为新能源等效阻抗矩阵。
进一步优选，对于新能源汇集点i处，大于3，则认为在此新能源汇集点处电网强度较强；如果/>在2到3之间，则认为在此新能源汇集点处电网强度较弱；如果小于2，则认为在此新能源汇集点处电网强度非常弱；当/>等于1时，新能源汇集点i处的电压处于崩溃点；当/>小于1时，新能源电网电压不稳定；新能源汇集点处的修正短路比与新能源汇集点之外的节点短路比直接进行比较，修正短路比和短路比中最小值所在节点即新能源电网最薄弱节点。
本发明还提供一种含高比例新能源的电网强度评估系统，包括数据获取模块、潮流计算模块、电压稳定边界条件求解模块、短路比计算模块和电网强度评估模块；数据获取模块获取各新能源汇集点和同步发电机接入节点的电流和电压，潮流计算模块分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，电压稳定边界条件求解模块求解新能源电网的电压稳定边界条件，基于电压稳定边界条件计算电网中各节点修正短路比，短路比计算模块计算新能源汇集点处的修正短路比和新能源汇集点之外的节点短路比，电网强度评估模块根据新能源汇集点处的修正短路比和新能源汇集点之外的节点短路比判定各节点处电网强度，分析电网薄弱处。
本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意实施例中的含高比例新能源的电网强度评估方法。
本发明还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述实施例的含高比例新能源的电网强度评估方法。
本发明还提供一种电子设备，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，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行含高比例新能源的电网强度评估方法。
本发明的有益效果：相较于传统电网强度评估方法中对新能源场站间交互作用的忽略，本发明充分考虑了新能源场站间电气距离对系统电压稳定性的影响，从而将新能源场站间的交互作用纳入电网强度评估体系，从而更准确地评估电网各新能源汇集点处的电网强度。
附图说明
图1为在新能源汇集点上含高比例新能源的交流系统的等价性示意图。
图2为本发明的含高比例新能源的电网强度评估方法的流程图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，一种含高比例新能源的电网强度评估方法，包括：分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，求解新能源电网的电压稳定边界条件，基于电压稳定边界条件计算新能源汇集点处的修正短路比，根据新能源汇集点处的修正短路比及新能源汇集点之外的节点短路比判定各节点处电网强度，分析电网薄弱处。
通过潮流方程分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，潮流方程为：
(1)；
其中：为同步发电机接入节点处注入的电流向量，/>为新能源汇集点处注入的电流向量，/>为同步发电机接入节点的电压向量，/>为新能源汇集点的电压向量，/>为利用同步发电机组的内部阻抗推出的阻抗矩阵，/>为同步发电机接入节点与新能源汇集点之间的阻抗矩阵，/>为新能源汇集点到同步发电机接入节点之间的阻抗矩阵，/>为新能源等效阻抗矩阵。
求解新能源电网的电压稳定边界条件的过程是：在新能源电网中新能源汇集点i处的电压稳定边界条件可表示为：
(2)；
(3)；
其中，上标“”表示共轭值，/>为新能源汇集点i的电压（为包括电压幅值与相角的复数），/>为新能源汇集点j的电压，/>为新能源汇集点i接入电网的新能源场站等效阻抗；/>为新能源汇集点i与新能源汇集点j之间的拓扑阻抗，/>为新能源汇集点i的新能源机端电压，/>为新能源机端电压与新能源汇集点i电压的相角差，/>为新能源汇集点i的短路容量，/>为新能源汇集点i的等效复功率的共轭复数，/>为与新能源汇集点i直接连接的新能源机组的功率注入的共轭复数，/>为新能源汇集点集合，/>为与新能源汇集点j直接连接的新能源机组的功率注入的共轭复数；/>为电压稳定性边界条件量化系数，当/>时，新能源汇集点i的电压临界稳定；当/>时，新能源汇集点i的电压稳定；当时，新能源汇集点i的电压不稳定。
式(2)-(3)可通过如下过程进行推导；假设新能源电网中有同步发电机接入节点集合为和新能源汇集点集合为/>，首先考虑新能源汇集点i的电压：
(4)；
其中：为同步发电机接入节点k处注入的电流，/>为新能源汇集点j处注入的电流，/>为新能源汇集点i与同步发电机接入节点k之间的阻抗，/>表示同步发电机接入节点集合；
(5)；
其中：，式中，为新能源汇集点i的等效功率，/>为与新能源汇集点i直接连接的新能源机组的功率注入，/>为与新能源汇集点j直接连接的新能源机组的功率注入，/>表示新能源汇集点i的等效功率与电压比值的共轭复数，/>为新能源汇集点i注入电网的等效电流，/>为新能源汇集点i的等效电流的共轭复数，/>为新能源汇集点i处注入的电流，/>为新能源汇集点i处注入的电流的共轭复数，/>为新能源汇集点j接入电网的新能源场站等效阻抗共轭复数，/>为新能源汇集点i接入电网的新能源场站等效阻抗的共轭复数，/>为新能源汇集点j处注入的电流，/>为新能源汇集点j处注入的电流的共轭复数，整合上述方程组，即可得到新能源电网各新能源汇集点的电压稳定边界条件。
基于电压稳定边界条件计算新能源电网中各新能源汇集点处的修正短路比可通过下式进行计算：
(6)；
式中，为新能源汇集点i处的修正短路比，/>为与新能源场站汇集点i直接连接的新能源机组的功率注入，/>为与新能源场站汇集点j直接连接的新能源机组的功率注入，/>表示新能源汇集点i与新能源汇集点j电压比值的共轭复数。
相较于传统的短路比计算方法，修正短路比考虑了新能源场站间交互作用对电网强度的影响。如果新能源电网中有且仅有一个在新能源场站，则中/>均为0，修正短路比与传统短路比相同；根据上式可知：新能源汇集点j与新能源汇集点i电气距离越接近，交互作用越大，对应地，对/>影响越大。
如果对于新能源汇集点i处，RSCR i 大于3，则认为在此新能源汇集点处电网强度较强；如果RSCR i 在2到3之间，则认为在此新能源汇集点处电网强度较弱；如果RSCR i 小于2，则认为在此新能源汇集点处电网强度非常弱；当RSCR i 等于1时，新能源汇集点i处的电压处于崩溃点；当RSCR i 小于1时，新能源电网电压不稳定。因此，可用修正短路比分析新能源汇集点处电网强度，通过传统短路比（SCR）衡量新能源汇集点之外的节点处电网强度，新能源汇集点处的修正短路比与新能源汇集点之外的节点短路比可直接进行比较，修正短路比和短路比中最小值所在节点即新能源电网最薄弱节点。
本实施例还提供一种含高比例新能源的电网强度评估系统，包括数据获取模块、潮流计算模块、电压稳定边界条件求解模块、短路比计算模块和电网强度评估模块；数据获取模块获取各新能源汇集点和同步发电机接入节点的电流和电压，潮流计算模块分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，电压稳定边界条件求解模块求解新能源电网的电压稳定边界条件，基于电压稳定边界条件计算电网中各节点修正短路比，短路比计算模块计算新能源汇集点处的修正短路比和新能源汇集点之外的节点短路比，电网强度评估模块根据新能源汇集点处的修正短路比和新能源汇集点之外的节点短路比判定各节点处电网强度，分析电网薄弱处。
在另一实施例中，提供了一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行上述任意实施例中的含高比例新能源的电网强度评估方法。
本实施例还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，使计算机执行上述实施例的含高比例新能源的电网强度评估方法。
本实施例提供一种电子设备，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，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行含高比例新能源的电网强度评估方法。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该本发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种含新能源的电网强度评估方法，其特征在于，包括：分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，求解新能源电网的电压稳定边界条件，基于电压稳定边界条件计算新能源汇集点处的修正短路比，根据新能源汇集点处的修正短路比及新能源汇集点之外的节点短路比判定各节点处电网强度，分析电网薄弱处；
通过潮流方程分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，潮流方程为：
，
其中：为同步发电机接入节点处注入的电流向量，/>为新能源汇集点处注入的电流向量，/>为同步发电机接入节点的电压向量，/>为新能源汇集点的电压向量，/>为利用同步发电机组的内部阻抗推出的阻抗矩阵，/>为同步发电机接入节点与新能源汇集点之间的阻抗矩阵，/>为新能源汇集点到同步发电机接入节点之间的阻抗矩阵，/>为新能源等效阻抗矩阵;
求解新能源电网的电压稳定边界条件的过程是：在新能源电网中新能源汇集点i处的电压稳定边界条件表示为：
，
，
其中，为新能源汇集点i的新能源机端电压，/>为新能源机端电压与新能源汇集点i电压的相角差，/>为新能源汇集点i的短路容量，/>为新能源汇集点i的等效复功率的共轭复数，/>为与新能源汇集点i直接连接的新能源机组的功率注入的共轭复数，/>为与新能源汇集点j直接连接的新能源机组的功率注入的共轭复数；/>为电压稳定性边界条件量化系数；
当时，新能源汇集点i的电压临界稳定；当/>时，新能源汇集点i的电压稳定；当/>时，新能源汇集点i的电压不稳定；
其中，新能源汇集点i的电压：
；
其中：为同步发电机接入节点k处注入的电流，/>为新能源汇集点j处注入的电流，/>为新能源汇集点i与同步发电机接入节点k之间的阻抗，/>表示同步发电机接入节点集合；
，
其中：，
式中，为新能源汇集点i的等效功率，/>为与新能源汇集点i直接连接的新能源机组的功率注入，/>为与新能源汇集点j直接连接的新能源机组的功率注入，/>表示新能源汇集点i的等效功率与电压比值的共轭复数，/>为新能源汇集点i注入电网的等效电流，/>为新能源汇集点i的等效电流的共轭复数，/>为新能源汇集点i处注入的电流，为新能源汇集点i处注入的电流的共轭复数，/>为新能源汇集点j接入电网的新能源场站等效阻抗共轭复数，/>为新能源汇集点i接入电网的新能源场站等效阻抗的共轭复数，/>为新能源汇集点j处注入的电流，/>为新能源汇集点j处注入的电流的共轭复数；
新能源汇集点处的修正短路比通过下式进行计算：
，
式中，为新能源汇集点i处的修正短路比，/>为与新能源场站汇集点i直接连接的新能源机组的功率注入，/>为与新能源场站汇集点j直接连接的新能源机组的功率注入，/>为新能源汇集点i的电压，/>为新能源汇集点j的电压，/>为新能源汇集点i接入电网的新能源场站等效阻抗；/>为新能源汇集点i与新能源汇集点j之间的拓扑阻抗，/>为新能源汇集点集合，/>表示新能源汇集点i与新能源汇集点j电压比值的共轭复数；
对于新能源汇集点i处，大于3，则认为在此新能源汇集点处电网强度较强；如果/>在2到3之间，则认为在此新能源汇集点处电网强度较弱；如果/>小于2，则认为在此新能源汇集点处电网强度非常弱；当/>等于1时，新能源汇集点i处的电压处于崩溃点；当/>小于1时，新能源电网电压不稳定；新能源汇集点处的修正短路比与新能源汇集点之外的节点短路比直接进行比较，修正短路比和短路比中最小值所在节点即新能源电网最薄弱节点。
2.一种含新能源的电网强度评估系统，其特征在于，实现权利要求1所述含新能源的电网强度评估方法的功能模块包括数据获取模块、潮流计算模块、电压稳定边界条件求解模块、短路比计算模块和电网强度评估模块；数据获取模块获取各新能源汇集点和同步发电机接入节点的电流和电压，潮流计算模块分析计及多个新能源场站注入功率的新能源电网潮流，电压稳定边界条件求解模块求解新能源电网的电压稳定边界条件，基于电压稳定边界条件计算电网中各节点修正短路比，短路比计算模块计算新能源汇集点处的修正短路比和新能源汇集点之外的节点短路比，电网强度评估模块根据新能源汇集点处的修正短路比和新能源汇集点之外的节点短路比判定各节点处电网强度，分析电网薄弱处。
3.一种非易失性计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，其特征在于，该计算机可执行指令可执行权利要求1所述含新能源的电网强度评估方法。
4.一种电子设备，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，其特征在于，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1所述含新能源的电网强度评估方法。
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