考慮風(fēng)電集群功率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電集群功率波動(dòng)對電力系統(tǒng)影響領(lǐng)域，提出了一種考慮風(fēng)電集群功 率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著能源和環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，風(fēng)力發(fā)電越來越受到世界各國的重視。由于風(fēng) 能具有隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性的特點(diǎn)，隨著風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量的增加和風(fēng)電場規(guī)模的不斷 擴(kuò)大，風(fēng)電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響愈加顯著。不同于歐洲國家小容量、分散式接入的 風(fēng)電發(fā)展模式，集群式并網(wǎng)、高電壓遠(yuǎn)距離輸送已經(jīng)成為我國風(fēng)電發(fā)展的鮮明特點(diǎn)，集群式 風(fēng)電接入對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行勢必會帶來更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。提取風(fēng)電集群功率波動(dòng)下系統(tǒng)關(guān)鍵 運(yùn)行變量，對于研宄集群式風(fēng)電功率波動(dòng)對電網(wǎng)的影響，把握功率波動(dòng)下系統(tǒng)的主導(dǎo)特性 具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價(jià)值。
[0003] 目前，關(guān)于風(fēng)電并網(wǎng)的影響研宄多涉及風(fēng)電機(jī)組或單個(gè)風(fēng)電場，較少涉及風(fēng)電集 群，并且風(fēng)功率波動(dòng)下系統(tǒng)關(guān)鍵變量的確定方法也鮮有報(bào)道?，F(xiàn)有的風(fēng)功率波動(dòng)下系統(tǒng)關(guān) 鍵變量提取方法中，有利用靈敏度分析方法確定對風(fēng)電場無功出力變化靈敏度較高的母線 電壓；也有利用PV分析法確定受風(fēng)電場有功出力影響較大的母線電壓。但上述研宄均針對 單個(gè)風(fēng)電場，沒有涉及風(fēng)電集群整體的影響，并且上述研宄確定的關(guān)鍵變量較為單一，不能 全面反映風(fēng)功率波動(dòng)下系統(tǒng)主導(dǎo)動(dòng)態(tài)特性?？偠灾?，目前并沒有形成一種完備的計(jì)及風(fēng) 電集群功率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法。
[0004] 本發(fā)明提出一種考慮風(fēng)電集群功率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法，該方法將靈敏 度分析、PV分析和動(dòng)態(tài)仿真相結(jié)合，確定能反映風(fēng)電集群功率波動(dòng)下系統(tǒng)主導(dǎo)動(dòng)態(tài)特性的 關(guān)鍵變量，進(jìn)而構(gòu)造多維空間上的系統(tǒng)關(guān)鍵變量集來表征風(fēng)功率波動(dòng)下系統(tǒng)的主導(dǎo)特性， 能夠較為全面地反映風(fēng)電集群功率波動(dòng)下系統(tǒng)主導(dǎo)變化趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提出一種考慮風(fēng)電集群功率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法，以彌 補(bǔ)現(xiàn)有研宄的不足，較為全面地表征風(fēng)電集群功率波動(dòng)下系統(tǒng)主導(dǎo)動(dòng)態(tài)特性。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 步驟一：采用靈敏度分析方法確定受風(fēng)電集群無功出力變化影響較大的母線電 壓。
[0008] Sl:建立系統(tǒng)的潮流方程
[0009] 對于含有n個(gè)節(jié)點(diǎn)（其中包括m-1個(gè)PQ節(jié)點(diǎn)、n-m個(gè)PV節(jié)點(diǎn)以及1個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)） 的系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)i功率方程在極坐標(biāo)下可以表示為
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮風(fēng)電集群功率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法，其特征在于所述方法包括w 下步驟： 步驟一：采用靈敏度分析方法確定受風(fēng)電集群無功出力變化影響較大的母線電壓； 步驟二：采用PV分析方法確定受風(fēng)電集群有功出力變化影響較大的母線電壓和支路 功率； 步驟采用動(dòng)態(tài)仿真方法確定風(fēng)電集群送出線路故障條件下系統(tǒng)失去穩(wěn)定的同步發(fā) 電機(jī)功角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮風(fēng)電集群功率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法，其特征在 于，所述步驟一的具體步驟是： S1 ;建立系統(tǒng)的潮流方程 對于含有n個(gè)節(jié)點(diǎn)（其中包括m-1個(gè)PQ節(jié)點(diǎn)、n-m個(gè)PV節(jié)點(diǎn)W及1個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)）的 系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)i功率方程在極坐標(biāo)下可W表示為
(1) 式中，Pi、Qi分別為節(jié)點(diǎn)i注入的有功、無功功率；V 為節(jié)點(diǎn)i、j的電壓幅值；0。為 節(jié)點(diǎn)i、j之間的相角差；G。為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間導(dǎo)納的實(shí)部；B。為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間 導(dǎo)納的虛部； 功率方程線性化后表示為
其中，A P為節(jié)點(diǎn)注入有功的微增列向量，有n-1個(gè)元素；A Q為節(jié)點(diǎn)注入無功的微增列 向量，有m-1個(gè)元素；A 0為節(jié)點(diǎn)電壓相角變化列向量，有n-1個(gè)元素；A V為節(jié)點(diǎn)電壓幅值 變化列向量，有m-1個(gè)元素
對極坐標(biāo)下的系統(tǒng)潮流方程雅可比矩陣； 通常認(rèn)為，電壓與無功功率是強(qiáng)禪合關(guān)系，而與有功功率是弱禪合關(guān)系，則得
定義5 = (Jy,. - I為系統(tǒng)的電壓無功靈敏度矩陣，其中的任意元素Sy為系 統(tǒng)母線i電壓對第j個(gè)PQ節(jié)點(diǎn)無功變化的靈敏度；

52 ;母線電壓對各風(fēng)電場無功功率靈敏度 含風(fēng)電場電力系統(tǒng)的潮流計(jì)算中，通常根據(jù)風(fēng)機(jī)類型及控制方式的不同對風(fēng)電場并網(wǎng) 點(diǎn)進(jìn)行不同的處理；采用恒功率因數(shù)控制方式的風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)一般處理為PQ節(jié)點(diǎn)，只有 具有足夠無功補(bǔ)償能力的風(fēng)電場，并采用恒電壓控制方式時(shí)，風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)才處理為PV節(jié) 點(diǎn)；目前具有該樣無功控制能力的風(fēng)電場很少，因此，所研究系統(tǒng)的風(fēng)電場均處理為PQ節(jié) 點(diǎn)；假設(shè)所研究系統(tǒng)包含一個(gè)由M個(gè)風(fēng)電場組成的風(fēng)電集群，風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)母線構(gòu)成集合 Ai，系統(tǒng)所有母線構(gòu)成集合A2,則4^4;由式（4)可得任意母線i電壓大小對風(fēng)電場j無功 功率變化量的靈敏度 AVij= SijAQj, (i G 4, j G Ai) 妨 53 ;母線電壓對風(fēng)電集群無功功率靈敏度 為考慮風(fēng)電集群整體功率波動(dòng)對母線電壓大小的影響，該里定義
(6) &為各風(fēng)電場無功功率波動(dòng)時(shí)母線i電壓變化量之和，化J最大值記為瓦"，當(dāng) 時(shí)，母線i確定為電壓受該風(fēng)電集群無功功率變化影響較大的母線；其中，ki為正 打max 實(shí)數(shù)，其取值與具體的研究系統(tǒng)有關(guān)屯取值大，則選取的受風(fēng)電集群無功功率波動(dòng)影響的 母線電壓越少。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮風(fēng)電集群功率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法，其特征在 于，所述步驟二的具體步驟是： 設(shè)系統(tǒng)初始運(yùn)行狀態(tài)下母線i的電壓為Vi。，支路1的有功功率為Pi。，風(fēng)電集群出力為 P。;系統(tǒng)臨界極限運(yùn)行狀態(tài)下母線i的電壓為V 1。，支路1的有功功率為Pi。，風(fēng)電集群出力為 Pc; 風(fēng)電集群出力從初始運(yùn)行狀態(tài)變化到臨界極限運(yùn)行狀態(tài)，母線i電壓變化率為 Ki= (Vie-Vi〇)/(Pe-P〇) (7) 支路1有功功率變化率為 Rl= (Plc-Pl〇)/(Pc-P〇) 巧） 則|Kj可W近似反映風(fēng)電集群出力變化時(shí)，節(jié)點(diǎn)i電壓的變化程度，即|Kj越大，該母 線電壓受風(fēng)電集群出力變化影響越大；{I Kj }的最大值記為IK L。,，對于母線i，當(dāng)^> *2 max 時(shí)，則母線電壓Vi為受該風(fēng)電集群有功出力變化影響較大的變量；其中k 2是可設(shè)定的正實(shí) 數(shù)，其取值與所研究的系統(tǒng)有關(guān)；k2值越大，則選取的母線電壓越少；同理，將風(fēng)電集群出力 變化時(shí)，支路有功功率變化率與最大支路有功功率變化率之比大于ks的支路功率確定為系 統(tǒng)關(guān)鍵支路功率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮風(fēng)電集群功率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法，其特征在 于，所述步驟=的具體步驟是： 風(fēng)電集群內(nèi)各風(fēng)電場滿發(fā)時(shí)，風(fēng)電集群送出線路發(fā)生=相短路故障，將系統(tǒng)中失去穩(wěn) 定的同步發(fā)電機(jī)功角確定為受風(fēng)電集群功率變化影響較大的關(guān)鍵功角變量。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種考慮風(fēng)電集群功率波動(dòng)的系統(tǒng)關(guān)鍵變量提取方法，該方法將靈敏度分析、PV分析和動(dòng)態(tài)仿真相結(jié)合，確定能反映風(fēng)電集群功率波動(dòng)下系統(tǒng)主導(dǎo)動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵變量，進(jìn)而構(gòu)造多維空間上的系統(tǒng)關(guān)鍵變量集來表征風(fēng)功率波動(dòng)下系統(tǒng)的主導(dǎo)特性。關(guān)鍵變量確定過程中充分考慮了風(fēng)電集群整體影響以及風(fēng)電場實(shí)際控制特點(diǎn)，提取受風(fēng)電集群功率波動(dòng)影響較大的母線電壓、支路功率以及風(fēng)電集群送出線路故障條件下系統(tǒng)失穩(wěn)的同步發(fā)電機(jī)功角作為系統(tǒng)關(guān)鍵變量，以表征風(fēng)電集群功率波動(dòng)下系統(tǒng)的主導(dǎo)特性。
【IPC分類】G06Q50-06, H02J3-38
【公開號】CN104600743
【申請?zhí)枴緾N201410829767
【發(fā)明人】王小海, 李丹, 萬江, 吳聰聰, 張紅光, 齊軍, 李凱, 周鵬, 鄒蘭青, 林俐
【申請人】內(nèi)蒙古電力(集團(tuán))有限責(zé)任公司, 華北電力大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年12月26日