基于电压稳定性分析的能源基地风火电占比确定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于电压稳定性分析的能源基地风火电占比确定方法。利用风电大规模并网后风电功率受风速、风力等影响极大，具有随机性、波动性、间歇性的特点，不像传统电源那样易于控制，会对电网中能源基地送端系统的转动惯量、短路容量等产生影响，采用了一种通过分析送端系统电压稳定性确定能源基地风火电占比的方法。本方法不仅能明确能源基地的风火电占比，使得送端尽可能大比例的接入风电，又能保证整个系统的安全稳定运行，对于今后更大规模的发展风电等可再生能源都是十分必要的。

【技术实现步骤摘要】
基于电压稳定性分析的能源基地风火电占比确定方法
本专利技术属于电网稳定运行检测与评估
，主要应用于能源基地风电和火电占比分配问题，具体涉及基于电压稳定性分析的能源基地风火电占比确定方法。
技术介绍
到目前为止，国内外对风火打捆高压直流外送系统送端能源基地的风火电占比问题的研究方法，大多从送端系统的稳定性分析入手。电力系统电压稳定性的研究方法大致可以归纳为最大传输功率法、灵敏度分析法、潮流多解法和雅可比矩阵奇异法(特征值分析法)四大类方法。具体介绍如下：1)最大传输功率法：以传输功率的极限状态作为静态电压稳定的极限状态，以有功或无功功率的最大值作为判据，这里的最大功率对应于P-V或Q-V曲线的顶点。2)灵敏度分析法：通过计算在某一干扰下系统变量对扰动的灵敏度来判断系统的稳定性。这一方法计算量小且概念明确，适于分析简单系统，因此在早期研究中得到了广泛应用，现在已不是电压静稳定性分析的主要手段，但是可用于确定系统的薄弱环节和无功补偿装置的安装位置等。3)潮流多解法：系统潮流方程是一组非线性二阶方程，解的个数和负荷水平有关，以一个稳定解和一个不稳定解的形式成对出现。随着负荷的加重，解的个数也成对减少，当系统接近极限时只剩下一对关于奇异点对称的解，它们会在极限点处融合为一个解。这样可以把解的存在性和个数与系统的电压稳定性和到极限点的距离相结合，以潮流方程研究静态稳定。但是因为缺乏有效的多解算法，实际应用不多。4)雅可比矩阵奇异法(特征值分析法)：物理意义上的最大传输功率点就是电压稳定临界点；在数学意义上，该点是潮流方程雅可比矩阵的奇异点。矩阵的奇异程度(系统到极限的距离)可以由最小奇异值来反映。特征值分析法中的特征向量和最小奇异值功能相同，两种方法可归为一类。
技术实现思路
本专利技术公开了一种基于电压稳定性分析的能源基地风火占比确定方法，利用风电大规模并网后风电功率受风速、风力等影响极大，具有随机性、波动性、间歇性的特点，不像传统电源那样易于控制，会对电网中能源基地送端系统的转动惯量、短路容量等产生影响，采用了一种通过分析送端系统电压稳定性确定能源基地风火电占比的方法。该方法的基本思想是考虑风电大规模接入后对系统的短路容量造成影响，选取电压评估指标有效短路比，推导出有效短路比与风电比例的关系式，考虑直流系统接入后对短路比提出的相关要求，求得满足此要求的风火电比例。所述方法主要包括以下几个步骤：(1)得出风电加入的有效短路比给出能源基地仅含火电同步机组时传统意义上的短路比表达式，当考虑风电机组加入后，利用有效短路比作为评估系统电压稳定性的指标，通过在原有短路比的定义式中加入风电场的短路容量和并联电容、同步调相机的无功修正项，得到有效短路比的定义式。(2)确定最小短路比值由于本方法研究的系统为风火打捆高压直流外送系统，当直流孤岛系统的接入，需要考虑维持直流孤岛送电规模、送端系统工频过电压、送端系统电压波动等三方面对短路比的要求。通过综合考虑三方面的要求，确定满足规定的最小短路比取值。(3)得出满足要求的风电比例根据定义的加入风电后有效短路比的计算式，并且结合直流系统接入时对短路比提出的相关要求，该有效短路比也必须满足，可得出满足此要求下的风火电比例表达式。(4)得出能源基地的风火电比例由步骤(3)得出的风火电比例表达式，将能源基地的实际参数代入，即可求得能源基地实际风电比例。由于满足了接入直流孤岛系统后对短路比提出的技术要求，并且考虑了电压稳定性等一系列问题，因此该风电比例即为此时能源基地最合适的风电比例，由于能源基地风火电总占比为1，进而得到能源基地火电比例。本专利技术的有益效果，本方法不仅能明确能源基地的风电火电占比，使得送端尽可能大比例的接入风电，又能保证整个系统的安全稳定运行，对于今后更大规模的发展风电等可再生能源都是十分必要的。附图说明图1是基于电压稳定性分析的能源基地风火电占比确定方法步骤图；图2是能源基地仅含火电机组的直流孤岛送出系统等值电路图；图3是风火打捆直流孤岛送出系统等值电路图；图4是风火打捆直流孤岛送出系统简化等值电路图；图5是能源基地风火电比例计算流程图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明。基于电压稳定性分析的能源基地风火电占比确定方法，具体步骤如图1所示。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。(1)考虑风电加入的有效短路比在传统的短路比定义式的基础上，考虑了风电的加入定义了有效短路比，由于直流系统的接入对短路比提出一系列技术要求，进而求得满足约束限制的最小短路比，在此最小短路比的限制下可求得满足要求的风电比例的表达式，通过将能源基地实际参数代入可求得最终合适的风电比例。对于如图2所示的能源基地仅含火电同步机组的直流外送系统来说，传统的短路比定义为：式中：Sac为交流短路容量；PdN为额定直流输送功率；UN为直流馈入点交流额定电压；X为交流系统等效电抗(忽略线路电阻)。由于本方法的研究对象是能源基地风电机组和火电同步机组同时投运的风火打捆高压直流外送系统，其具体等值电路见图3。由于风电的加入，能源基地出现了除火电机组外的其他新能源机组，定义整个风火打捆直流外送系统的有效短路比表达式如下：上式中SSCs为火电机组短路容量，Scon为调相机容量，Scap为并联电容器容量，PdN为直流传输功率，SSCw为风电机组等效短路容量。(2)直流系统接入对短路比提出要求由于直流孤岛系统的接入，需要考虑维持直流孤岛送电规模、送端系统工频过电压、送端系统电压波动等三方面对短路比的要求。考虑维持直流孤岛送电规模的情况如下：首先，要满足直流系统自身功率特性、交流系统的功率传输特性，在同时满足约束关系，直流接入的交流系统应具备承担直流功率的能力，交直流需要相互匹配，交流系统的静稳极限不应小于交直流系统之间的功率交换。在忽略线路损耗的情况下，有：式中，Qc为交流滤波器和电容器无功出力。当选取换流母线电压为基准电压、直流输送功率Pd为基准功率时，送端SCR可以表示为当送端系统取典型参数xr＝15％，α＝15°，μ＝30°，并且保证系统运行在正常状态，解得满足直流孤岛送电规模系统应具备的最小短路比为1.2，记为RSC1。考虑送端系统工频过电压的情况如下：当直流系统因故障等突变情况丢失部分或全部功率，且换流站交流滤波器及无功补偿装置未切除时，由于发电机及其电压调节器未动作，且发电机内部电势不突变，换流母线电压将大幅升高。当直流双极闭锁时，Pd和Qd迅速降为0，交、直流系统之间交换的有功功率P＝0；交换的无功功率Q则等于交流滤波器和电容器实际发出的无功功率，即为额定电压下交流滤波器和电容器无功出力大小。可得SCR与换流母线之间的关系若保守地取QC(0)为直流额定输电功率的0.6倍，当要求送端换流母线过电压不超过1.3pu时，可得送端系统最小短路比为2.6，记为RSC2。考虑送端系统电压波动的情况如下：由于输电线路的电阻R远远小于电抗X，则有功功率的波动对电压的影响微乎其微，当只考虑无功功率波动对电压影响而忽略有功功率时，换流母线无功变化ΔQ引起的母线电压变化ΔU如下：ΔU/U1＝ΔQ/SSC(6)进而可以得到若滤波器总补偿Qd取值为0.5，Pd取值为1.0，当电压波动最大取本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于电压稳定性分析的能源基地风火电占比确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)得出风电加入的有效短路比通过在原有火电同步机组短路比的定义式中加入风电场的短路容量和并联电容、同步调相机的无功修正项，得出有效短路比的定义式；(2)确定最小短路比值考虑维持直流孤岛送电规模、送端系统工频过电压、送端系统电压波动三方面对短路比的要求，确定满足规定的最小短路比取值；(3)得出满足要求的风电比例根据风电加入后有效短路比的计算式，结合直流系统接入时对短路比提出的相关要求，得出满足要求的风电比例；(4)得出能源基地的风火电比例由步骤(3)得出的风电比例，考虑电压稳定性问题，得到满足最小短路比要求的风电比例，代入能源基地相关实际参数后即为此时能源基地最合适的风电比例，根据风火电总占比为1，即可求得能源基地火电比例。

【技术特征摘要】
1.基于电压稳定性分析的能源基地风火电占比确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)得出风电加入的有效短路比通过在原有火电同步机组短路比的定义式中加入风电场的短路容量和并联电容、同步调相机的无功修正项，得出有效短路比的定义式；(2)确定最小短路比值考虑维持直流孤岛送电规模、送端系统工频过电压、送端系统电压波动三方面对短路比的要求，确定满足规定的最小短路比取值；(3)得出满足要求的风电比例根据风电加入后有效短路比的计算式，结合直流系统接入时对短路比提出的相关要求，得出满足要求的风电比例；(4)得出能源基地的风火电比例由步骤(3)得出的风电比例，考虑电压稳定性问题，得到满足最小短路比要求的风电比例，代入能源基地相关实际参数后即为此时能源基地最合适的风电比例，根据风火电总占比为1，即可求得能源基地火电比例。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述有效短路比通过以下公式计算：式中SSCs为火电机组短路容量，Scon为调相机容量，Scap为并联电容器容量，PdN为直流传输功率，SSCw为风电机组等效短路容量。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述最小短路比值的计算包括以下子步骤：子步骤21：考虑维持直流孤岛送电规模...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海波，张琳雅，魏一汀，
申请(专利权)人：华北电力大学，国网新疆电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11