基于分布式潮流计算的风电汇集区域两级分布式仿真方法技术

本发明专利技术涉及一种基于分布式潮流计算的风电汇集区域两级分布式仿真方法，属于电力系统风场汇集区域仿真领域。本方法提取前一时刻最后一步仿真计算得到的主干网络数据，作为本时刻第一步主干网络潮流计算初始值；提取本时刻第I-1步风场内子网络仿真计算得到的数据，修改主干网络中风场接入节点注入量；根据获得的数据进行第I步主干网络潮流计算，第I步计算得到的风电场接入点电压向量；将第I步计算得到的风电场接入点电压向量与前步计算的风电场接入点电压向量标幺化后做差值后求无穷范数，若满足最大容忍偏差或计算步数抵达上限时，则完成本时刻主网络和风场子网络仿真。本发明专利技术能够近似降低计算负担，提升仿真速度，并适宜于模拟较长时间内风电汇集区域的动态特性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，属于电力系统风场汇集区域仿真领域。本方法提取前一时刻最后一步仿真计算得到的主干网络数据，作为本时刻第一步主干网络潮流计算初始值；提取本时刻第I-1步风场内子网络仿真计算得到的数据，修改主干网络中风场接入节点注入量；根据获得的数据进行第I步主干网络潮流计算，第I步计算得到的风电场接入点电压向量；将第I步计算得到的风电场接入点电压向量与前步计算的风电场接入点电压向量标幺化后做差值后求无穷范数，若满足最大容忍偏差或计算步数抵达上限时，则完成本时刻主网络和风场子网络仿真。本专利技术能够近似降低计算负担，提升仿真速度，并适宜于模拟较长时间内风电汇集区域的动态特性。【专利说明】
本专利技术属于电力系统风场汇集区域仿真
。
技术介绍
近年来风电汇集区域发生数次电压诱导型多风场连锁脱网事故，对该区域电网进行时序准稳态仿真被认为是分析系统电压安全状态以及事故扩散机理的有效方法。风电汇集区域时序仿真，即是通过建立风电场内的风机，静态无功补偿装置，静态无功发生器等设备的准稳态模型，结合风电场内部网络及汇集区域网络静态模型，通过计算模型来完成对风电汇集区域电压、功率等物理量变化过程的仿真。但不同于传统水火电厂接入区域，风电汇集区域在仿真时包含多个风电场子网络，不仅需要完成汇集区域主干网络潮流计算，还要进行各风场内网络潮流计算及风场内设备相关物理量变动的计算，并使主干网络、风场内子网络、风场内设备间的计算结果匹配。并且由于目前我国大部分风机的机端电压安全运行范围为额定电压，其他设备亦有相关安全运行要求，因此需要模拟紧急状况下设备退出运行的情形。 但现有时序仿真系统，往往建立于整体网络的集中式模型，各类设备拥有暂态模型。鉴于风电汇集区域主干网络与风场子网络模型天然分离，且对风场中数量庞大的风机进行暂态仿真计算将给计算机带来沉重负担，现有时序仿真方法并不适宜风电汇集区域进行相对较长时间的仿真计算。 在本专利技术所述计算方法中，涉及电力系统潮流计算的概念，潮流计算是要求解一组由潮流方程描述的非线性代数方程组，具体方法公开在张伯明、陈寿孙、严正在的《高等电力网络分析》中（清华大学出版社2007年9月，第二版，pp. 172-187)。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服已有技术的不足之处，提出一种基于分布式潮流计算的风场汇集区域两级分布式仿真方法，本专利技术能够利用并行计算和准稳态近似降低计算负担，提升仿真速度，并适宜于模拟较长时间内风电汇集区域的动态特性。以适应目前风电汇集区域准稳态仿真计算需求。 本专利技术提出的一种，其特征在于，每一时刻的仿真计算包括主干网络仿真和风场内子网络仿真两个部分，两个部分并行计算，仿真时刻间隔设置为十毫秒量级；其中，所述主干网络仿真具体包括以下步骤： I. I)提取前一时刻最后一步仿真计算得到的主干网络数据，作为本时刻第一步主干网络潮流计算初始值，之后转步骤I. 3);该数据包括PV节点发电机有功和电压幅值、PQ节点发电机有功和无功、负荷有功和无功、平衡节点电压幅值和相角； I. 2)提取本时刻第I-I步风场内子网络仿真计算得到的数据，包括各风场出口有功和无功功率统一用Sh表示，修改主干网络中风场接入节点注入量； I. 3)根据步骤I. I)或步骤I. 2)获得的数据进行第I步主干网络潮流计算，第I步计算得到的风电场接入点电压向量仏； 1.4)将第I步计算得到的风电场接入点电压向量仏与前步计算的风电场接入点电压向量Uh标么化后做差值后求无穷范数，设置最大容忍偏差ε ;若满足 IUi-UhI I ( ε，或计算步数I抵达上限Imax时，则完成本时刻主网络和风场子网络仿真，将本时刻主网络和风场子网络仿真计算中第I步计算结果作为仿真结果输出，转步骤I. I)进行下一时刻主干网络仿真，同时转步骤2. I)进行下一时刻风场子网仿真；否则，转步骤 I.2)进行第1+1步主干网络仿真，同时转步骤2. 2)进行第1+1步风场子网仿真； 所述风场内子网络仿真具体包括以下步骤： 2. I)提取前一时刻最后一步仿真计算风场子网络数据，作为本时刻第一步风场内各类设备准稳态计算模型初始值，之后转步骤2. 3)，风场子网络数据包括风机和静止无功补偿装置的机端电压幅值； 2. 2)提取本时刻第I-I步仿真风场子网络数据，包括风机和静止无功补偿装置的机端电压幅值，修改场内各类设备准稳态计算模型中的电压输入量I^1 ；向量I^1表示第 I-I步风场子网络计算所得场内设备机端电压向量； 2. 3)预先设定场内各类设备的准稳态计算模型中的参考值，具体为风机有功参考值PWTC，、风机无功参考值qWTC，raf、静止无功补偿装置电压参考值uSVS Mf或无功参考值qsvs，Mf，进行设备准稳态计算，获取场内设备功率输出，第I步风场子网络计算中设备准稳态计算结果用向量S1表示；第I步风场子网络计算中设备准稳态计算包括正常状态下风机、静止无功补偿装置的准稳态计算，以及保护动作时的准稳态计算； 2.4)用第I-I步主干网络仿真计算所得风电场接入点电压向量Uh，修改风场子网络中外网等值平衡节点电压幅值和相角； 2. 5)进行第I步风场子网络潮流计算，获得风电场总功率输出向量S1，之后转步骤 I. 4)。 本专利技术的特点和效果是： 本专利技术方法中建立了风电汇集区域主干网络计算和各风场子网络计算相分离的架构，从而使风电汇集区域仿真计算能够兼顾多风场间电气耦合关系、各风场自身精细网络结构以及风场内多种设备自身准稳态过程的特性。相比于传统的集中式暂态仿真方法，能够利用并行计算和准稳态近似降低计算负担，提升仿真速度，并适宜于模拟较长时间内风电汇集区域的动态特性。 【具体实施方式】 本专利技术提出的结合实施例详细说明如下： 本专利技术提出的，其特征在于，每一时刻的仿真计算包括主干网络仿真和风场内子网络仿真两个部分，两个部分并行计算，仿真时刻间隔At设置为十毫秒量级（一般取值范围为50Hz工频对应半周期至各类保护动作时延之间，实施例中取IOms);其中，所述主干网络仿真具体包括以下步骤： I. I)提取前一时刻最后一步仿真计算得到的主干网络数据，作为本时刻第一步主干网络潮流计算初始值，之后转步骤I. 3);该数据包括PV节点发电机有功和电压幅值、PQ节点发电机有功和无功、负荷有功和无功、平衡节点电压幅值和相角； I. 2)提取本时刻第I-I步风场内子网络仿真计算得到的数据，包括各风场出口有功和无功功率统一用Sh表示，修改主干网络中风场接入节点注入量（有功和无功功率总加）； I. 3)根据步骤I. I)或步骤I. 2)获得的数据进行第I步主干网络潮流计算，第I步计算得到的风电场接入点电压向量仏（包括幅值相角）； I. 4)将第I步计算得到的风电场接入点电压向量U1与前步计算的风电场接入点电压向量Uh标么化后做差值后求无穷范数（向量最大分量值），设置最大容忍偏差ε (本实施例取值为le-4?le-5);若满足| !U1-Uf11 | ( ε，或计算步数I抵达上限Imax时（本实施例取值为100)，则认为完成本时刻主网络和风场子网络仿真，将本时刻主网络和风场子网络仿真计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式潮流计算的风电汇集区域两级分布式仿真方法，其特征在于，每一时刻的仿真计算包括主干网络仿真和风场内子网络仿真两个部分，两个部分并行计算，仿真时刻间隔Δt设置为十毫秒量级；其中，所述主干网络仿真具体包括以下步骤：1.1)提取前一时刻最后一步仿真计算得到的主干网络数据，作为本时刻第一步主干网络潮流计算初始值，之后转步骤1.3)；该数据包括PV节点发电机有功和电压幅值、PQ节点发电机有功和无功、负荷有功和无功、平衡节点电压幅值和相角；1.2)提取本时刻第I‑1步风场内子网络仿真计算得到的数据，包括各风场出口有功和无功功率统一用SI‑1表示，修改主干网络中风场接入节点注入量；1.3)根据步骤1.1)或步骤1.2)获得的数据进行第I步主干网络潮流计算，第I步计算得到的风电场接入点电压向量UI；1.4)将第I步计算得到的风电场接入点电压向量UI与前步计算的风电场接入点电压向量UI‑1标幺化后做差值后求无穷范数，设置最大容忍偏差ε；若满足||UI‑UI‑1||≤ε，或计算步数I抵达上限Imax时，则完成本时刻主网络和风场子网络仿真，将本时刻主网络和风场子网络仿真计算中第I步计算结果作为仿真结果输出，转步骤1.1)进行下一时刻主干网络仿真，同时转步骤2.1)进行下一时刻风场子网仿真；否则，转步骤1.2)进行第I+1步主干网络仿真，同时转步骤2.2)进行第I+1步风场子网仿真；所述风场内子网络仿真具体包括以下步骤：2.1)提取前一时刻最后一步仿真计算风场子网络数据，作为本时刻第一步风场内各类设备准稳态计算模型初始值，之后转步骤2.3)，风场子网络数据包括风机和静止无功补偿装置的机端电压幅值；2.2)提取本时刻第I‑1步仿真风场子网络数据，包括风机和静止无功补偿装置的机端电压幅值，修改场内各类设备准稳态计算模型中的电压输入量uI‑1；向量uI‑1表示第I‑1步风场子网络计算所得场内设备机端电压向量；2.3)预先设定场内各类设备的准稳态计算模型中的参考值，具体为风机有功参考值pWTG,ref、风机无功参考值qWTG,ref、静止无功补偿装置电压参考值uSVS,ref或无功参考值qSVS,ref，进行设备准稳态计算，获取场内设备功率输出，第I步风场子网络计算中设备准稳态计算结果用向量sI表示；第I步风场子网络计算中设备准稳态计算包括正常状态下风机、静止无功补偿装置的准稳态计算，以及保护动作时的准稳态计算；2.4)用第I‑1步主干网络仿真计算所得风电场接入点电压向量UI‑1，修改风场子网络中外网等值平衡节点电压幅值和相角；2.5)进行第I步风场子网络潮流计算，获得风电场总功率输出向量SI，之后转步骤1.4)。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆来，蓝海波，孙宏斌，刘海涛，王彬，王哲，张伯明，吴文传，徐峰达，
申请(专利权)人：清华大学，国家电网公司，国网冀北电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11