考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法技术方案

本发明专利技术涉及一种考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法，采用基于灵敏度因子的NLI指标确定与柔性直流电网研究相关的关键节点和重要支路，将机电‑电磁暂态仿真的接口位置延伸到交流系统内部实现主网划分，既能够限制交直流混联系统电磁暂态仿真规模，又能反映外网常规发电机出力、负荷变化及故障工况等对内网的影响，同时可以利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正；即通过联络线或边界节点的解耦线性分布因子，经规格化后将这些分布因子与设定的阈值进行对比，超出阈值的负荷节点或电源节点对内部系统影响较大，需保留在主网中用详细模型表示。本发明专利技术将为大规模交直流混联系统机电‑电磁暂态混合仿真的分网策略制定提供依据。

【技术实现步骤摘要】
考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法
本专利技术涉及交直流混联系统分析领域，特别涉及一种考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法。
技术介绍
对于大规模交直流电力系统的分析，采用全电磁暂态仿真是不现实的。一种可行的方法是将大系统中与直流输电系统密切相关的部分用电磁暂态仿真方法进行仿真，而系统中的其余大部分仍用机电暂态仿真。为了合理利用资源、提高经济效益和电网可调度能力，电力系统己经逐渐发展成为规模庞大的互联大电网。同时，由于负荷的不断增长、特高压远距离输电、高压直流输电的大力发展等因素，互联电网中各子网之间联系越来越紧密，在对互联电网中某一特定子网(即内网)进行分析决策时必须对与其互联的外部网络进行有效考虑。在现有的大规模交直流混联电网中，全面考虑整个网络一体化的交直流混联系统电磁暂态仿真是最精确的分析方法，但在很多情况下这种分析计算却难以实现的。主要原因是实际互联大电网规模庞大，计算量和存储量巨大，系统分析成本很高，有时甚至不能收敛；另一方面，随着电力改革的不断推进，运营实体越来越多样化，由于技术或涉及行业机密等原因，部分互联子网之间不能进行完备的数据交换，无法满足全网电磁暂态仿真计算需求。因此在分析计算中需要一种能有效简化网络、减小计算数据量并保护商业机密的主网划分方法。当大规模风电通过柔性直流电网外送时，由于风电具有的特殊性、复杂性、运行方式的多变性，需要提炼更为详细的仿真边界条件。如风电具有强随机性、波动性，且具有转动惯量低、易脱网等特点，风电并网将对系统的电压特性、频率特性、功角特性等产生影响；同时，风电机组的动态控制模式、接入方式、主网的网架结构以及故障穿越等工况各异，主网划分的边界条件也将产生变化。本专利技术将考虑大规模风电接入对系统的影响，为实际工程中的风电柔性直流外送研究奠定基础。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑风电接入的考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法，解决了现有技术存在的上述问题。为了既限制电磁暂态仿真规模，又能反映外网发电机出力、充分考虑风力发电机组的功率波动、风电机组的控制模式、负荷变化及故障工况对内网的影响，可将机电-电磁暂态仿真的接口位置延伸到交流系统内部即本专利技术所研究的主网划分问题。不管是采用响应特性模型还是详细模型，由于机电暂态仿真程序的交流网络部分采用的是正序、基波相量模型，直流系统部分采用的是基于平均值的稳态模型，两者都无法对不对称工况和波形畸变进行模拟。显然，能够在任何工况下准确模拟直流输电系统及其控制器行为的仿真方法只有电磁暂态仿真，而对于大规模交直流电力系统的稳定性分析，采用电磁暂态仿真是不现实的。本专利技术的意义在于将机电暂态仿真和电磁暂态仿真结合起来，将大系统中与直流输电系统密切相关的部分用电磁暂态仿真方法进行仿真，而系统中的其余极大部分仍用机电暂态仿真，即采用所谓的混合仿真方法，可较有效地分析大规模交直流电力系统的稳定问题，而电磁暂态仿真部分所确定的主网将依赖于本专利技术中所提出的主网划分策略。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现：一种考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法。该方法采用基于灵敏度因子的NLI(NormalizedLevel-of-Impact)指标确定与柔性直流电网研究相关的关键节点和重要支路，同时提出利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正；该方法将为大规模交直流混联系统机电-电磁暂态混合仿真的分网策略制定提供依据，所述方法包括下述步骤：步骤(1)确定待研究交直流混联系统的内网节点；步骤(2)建立完整的有功类和无功类灵敏度因子数学模型，并分析不同潮流算法、支路参数和平衡节点选择对灵敏度分析的影响；步骤(3)提出关于内网节点的NLI指标的计算及排序方法；步骤(4)提出利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正；步骤(5)针对步骤(4)将小于规定阈值的节点并入原内网节点系统构成主网，即进行扩展建模，并利用在线匹配算法确定新并入节点的当前状态；步骤(6)通过外网线路开断的分布因子，即线路导纳灵敏度，对排序结果进行校验；步骤(7)通过对比主网和外网最严重的故障下的功角曲线验证主网划分的有效性。其中，步骤(1)所述的确定待研究交直流混联系统的内网节点，具体过程如下：步骤(1.1)将内网节点选为直流电网的换流母线节点，即PCC(PointofCommonCoupling，PCC)点；步骤(1.2)给出主网划分的依据和策略，以及精度分析方法；分析待化简的外部系统中哪些节点或支路对研究系统有关联，并且对研究系统的稳态和动态性能有影响，将其保留在主网等值模型中，防止因消去而导致与实际不符的情况。步骤(2)所述的建立完整的有功类和无功类灵敏度因子数学模型，并分析不同潮流算法、支路参数和平衡节点选择对灵敏度分析的影响，具体过程如下：步骤(2.1)计算第一类灵敏度因子—联络线有功潮流相对于外网发电机、负荷有功功率变化灵敏度因子；步骤(2.2)计算第二类灵敏度因子—边界节点电压幅值和联络线无功潮流相对于外网发电机端电压、外部母线无功负荷、变压器变比灵敏度因子；步骤(2.3)两类分布因子分别利用PQ分解法潮流中的有功、无功解耦线性化模型加以计算；步骤(2.4)在分析灵敏度因子时，考虑了潮流算法、支路参数及平衡机选择影响因素。步骤(3)所述的提出关于内网节点的NLI指标的计算及排序方法，具体过程如下：步骤(3.1)推导关于内网节点的NLI指标的解析表达式，分别编写相应程序；步骤(3.2)根据步骤(2)的灵敏度分析，确定联络线功率或边界节点电压相对于外网元件的解耦线性分布因子；步骤(3.3)经规格化后将这些分布因子与事先规定的某一阈值相比较，小于要求的阈值则并入原内网节点系统构成主网，超出此阈值的支路或发电机被认为是对内部系统影响大的外网元件。步骤(4)所述的提出利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正，具体过程如下：步骤(4.1)建立风力发电机节点间的耦合系数模型；步骤(4.2)对于风力发电场，考虑风功率波动、风电机组的控制模式、故障穿越等工况对相应的NLI指标的解析式进行修正；步骤(4.3)根据步骤(4.1)的耦合系数，将与现有主网中发电机组强耦合并符合步骤(4.2)中NLI指标要求的风电场纳入主网。本专利技术的有益效果在于：本专利技术既能够限制交直流混联系统电磁暂态仿真规模，又能反映外网发电机出力、风电功率波动、负荷变化及故障工况对内网的影响，即将机电-电磁暂态仿真的接口位置延伸到交流系统内部实现主网划分。基于灵敏度因子的NLI指标确定交直流混联系统主网划分方案。即根据灵敏度分析，确定联络线功率或边界节点电压相对于外网元件的解耦线性分布因子，经规格化后将这些分布因子与事先规定的某一阈值相比较，超出此阈值的支路或发电机被认为是对内部系统影响较大的外网元件，保留在主网中用详细模型表示。该方法考虑了在实际应用中外部参数最大波动值(调整)可能造成的影响。以及边界参数的电压等级(电压幅值)或容量(线路)因素。本专利技术提出采用基于灵敏度因子的NLI指标确定与柔性直流电网研究相关的关键节点和重要支路，将机电-电磁暂态仿真的接口位置延伸到交流系统内部实现主网划分，既能够限制交直流混联系统电磁暂态仿真规模，又能反映外网常规发电机出力、负荷变化及故本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法，其特征在于：采用基于灵敏度因子的NLI指标确定柔性直流电网研究的关键节点和重要支路，同时提出利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正；所述方法包括下述步骤：步骤（1）确定待研究交直流混联系统的内网节点；步骤（2）建立完整的有功类和无功类灵敏度因子数学模型，并分析不同潮流算法、支路参数和平衡节点选择对灵敏度分析的影响；步骤（3）提出关于内网节点的NLI指标的计算及排序方法；步骤（4）利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正；步骤（5）针对步骤（4）将小于规定阈值的节点并入原内网节点系统构成主网，即进行扩展建模，并利用在线匹配算法确定新并入节点的当前状态；步骤（6）通过外网线路开断的分布因子，即线路导纳灵敏度，对排序结果进行校验；步骤（7）通过对比主网节点和外网节点最严重的故障下的功角曲线验证主网划分的有效性。

【技术特征摘要】
1.一种考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法，其特征在于：采用基于灵敏度因子的NLI指标确定柔性直流电网研究的关键节点和重要支路，同时提出利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正；所述方法包括下述步骤：步骤（1）确定待研究交直流混联系统的内网节点；步骤（2）建立完整的有功类和无功类灵敏度因子数学模型，并分析不同潮流算法、支路参数和平衡节点选择对灵敏度分析的影响；步骤（3）提出关于内网节点的NLI指标的计算及排序方法；步骤（4）利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正；步骤（5）针对步骤（4）将小于规定阈值的节点并入原内网节点系统构成主网，即进行扩展建模，并利用在线匹配算法确定新并入节点的当前状态；步骤（6）通过外网线路开断的分布因子，即线路导纳灵敏度，对排序结果进行校验；步骤（7）通过对比主网节点和外网节点最严重的故障下的功角曲线验证主网划分的有效性。2.根据权利要求1所述的考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法，其特征在于：步骤（1）所述的确定待研究交直流混联系统的内网节点，具体过程如下：步骤（1.1）将内网节点选为柔性直流电网的换流母线节点，即PCC点；步骤（1.2）给出主网划分的依据和策略，以及精度分析方法；研究待等值的外部系统与待研究系统相关联的节点或支路，分析其对内网的稳态和动态性能的影响，将其保留在主网模型中，以防因消去而使模型失真。3.根据权利要求1所述的考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法，其特征在于：步骤（2）所述的建立完整的有功类和无功类灵敏度因子数学模型，并分析不同潮流算法、支路参数和平衡节点选择对灵敏度分析的影响...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙银锋，李国庆，王振浩，陈厚合，辛业春，姜涛，张嵩，王为超，熊欣，张力斌，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22