风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法及规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法，包括获取目标风电高渗透电网系统的系统参数；将系统中的各风电场与最近的同步机组等值为一个等效发电机节点并构建风电并网后的系统模型；对目标系统的弱连接线路进行筛选确定得到最终的弱连接线路。本发明专利技术还公开了一种包括所述风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法的规划方法。本发明专利技术通过将风电场与邻近同步机节点联合分析，考虑风电场出力变化对节点导纳矩阵的影响，创新的提出了一种计及风电场影响的筛选系统弱连接线路方法，能够有效筛选处系统的弱连接线路；而本发明专利技术的规划方法则在考虑了电网弱连接系数的基础上进行了电网的规划；因此本发明专利技术可靠性高、准确性好且客观科学。准确性好且客观科学。准确性好且客观科学。

【技术实现步骤摘要】
风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法及规划方法


[0001]本专利技术属于电气自动化领域，具体涉及一种风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法及规划方法。

技术介绍

[0002]随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。
[0003]电网系统的弱连接线路是电网系统的薄弱环节之一，因此准确科学的对电网系统的弱连接线路进行筛选和确认，就显得尤为重要。
[0004]目前，针对电网系统的弱连接线路的筛选确认方法，针对的传统的供电电网系统；但是，随着现今环境问题的日益突出，风力发电系统开始广泛并入电网系统，这使得当前传统的供电电网系统的弱连接线路的筛选确认方法，已经不再适用于当前的风电高渗透电网系统。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于一种可靠性高、准确性好且客观科学的风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法。
[0006]本专利技术的目的之二在于提供一种包括了所述风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法的规划方法。
[0007]本专利技术提供的这种风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法，包括如下步骤：
[0008]S1.获取目标风电高渗透电网系统的系统参数；
[0009]S2.根据步骤S1获取的系统参数，将系统中的各个风电场与各自最近的同步机组等值为一个等效发电机节点，构建风电并网后的系统模型；
[0010]S3.根据步骤S2得到的系统模型，基于慢同调理论，对目标系统的弱连接线路进行筛选确定，得到最终的风电高渗透电网系统的弱连接线路。
[0011]步骤S2所述的根据步骤S1获取的系统参数，将系统中的各个风电场与各自最近的同步机组等值为一个等效发电机节点，构建风电并网后的系统模型，具体包括如下步骤：
[0012]采用如下算式作为目标风电高渗透电网系统的潮流方程：
[0013][0014]式中z
i
为数据点x
i
的密度，d
ij
为数据点x
i
和数据点x
j
之间的距离，且d
i
为数据点x
i
到聚类中心的距离，d
j
为数据点x
j
到聚类中心的距离，d
ij
≤e，e为设定的点密度阈值；1≤i≤n，1≤j≤n，n为数据点的个数；
[0015]设定已经找到一个初始聚类中心，采用如下算式作为初始聚类中心的评价函数F(i)：
[0016][0017]式中z
i
为数据点x
i
的密度，d
ij
为数据点x
i
和数据点x
j
之间的距离；
[0018]将系统中的各个风电场与各自最近的同步机组，采用如下步骤等值为一个等效发电机节点：
[0019]计算风电场W与各个同步机组的距离，根据得到的距离值，选择距离最近的同步机组A进行合并；合并后，系统的节点网络表示为其中Y
WW
为风电场W的自导纳，Y
WA
为风电场W与同步机组A间的线路导纳，Y
AW
为同步机组A与风电场W间的线路导纳，Y
AA
为同步机组A的自导纳，Y
AB
为同步机组A与同步机组B间的线路导纳，Y
BA
为同步机组B与同步机组A间的线路导纳，Y
BB
为同步机组B的自导纳，为风电场W的节点电压向量，为同步机组A的节点电压向量，为同步机组B的节点电压向量，为风电场W的节点注入电流向量，为同步机组A的节点注入电流向量，为同步机组B的节点注入电流向量，为节点导纳矩阵，为节点电压向量矩阵，为节点注入电流向量矩阵；
[0020]考虑风电并网对系统的影响，将风机注入功率以电流形式加在距离最近的同步机A上，进行双机等值得到其中Y
A
'
A
为等值后的节点A的自导纳，为风电场W的功率的等值电流；
[0021]计算得到风电场W的功率的等值电流为
[0022]根据注入电流的计算公式，将风电场W的注入电流折算为发同步机组A的节点
增加的自导纳，得到：
[0023][0024][0025]式中为风电场W的功率向量；S
W
为风电场W的视在功率；P
W
为风电场W的有功功率；U
W
为风电场端电压；*为共轭复数；α为功率因数角，且为风电场端电压；*为共轭复数；α为功率因数角，且为风电场W的相角，为同步机组A的相角；
[0026]风电并网后的节点收缩导纳矩阵Y'表示为
[0027]将风电场W与最近距离的同步机A等效为一个虚拟发电机节点V，得到虚拟发电机节点V的等效功率因数角δ
V
为其中P
V
为虚拟发电机节点V的有功功率，P
A
为同步机组A的有功功率，δ
A
为同步机组A的功率因数角。
[0028]步骤S3所述的根据步骤S2得到的系统模型，基于慢同调理论，对目标系统的弱连接线路进行筛选确定，得到最终的风电高渗透电网系统的弱连接线路，具体包括如下步骤：
[0029]采用忽略凸极效应和励磁绕组暂态作用的二阶同步发电机模型，在稳态值处线性化，得到其中x为系统频率，为x的二阶导数，Ω为额定频率，H为发电机的惯性时间常数；K为状态矩阵，且其中的元素满足E
i
为第i台发电机的电势向量幅值，E
j
为第j台发电机的电势向量幅值，B
ij
为在发电机节点处收缩负荷阻抗和发电机暂态电抗后形成的收缩节点导纳矩阵的虚部；δ
i
为第i台发电机的功率因数角；δ
j
为第j台发电机的功率因数角；
[0030]若风电场W在同步机组A处并网，则风电场W接入后的状态矩阵中元素K
ij
的计算式为其中B
i
'
j
为风电并网后的节点收缩导纳矩阵Y'的虚部；
[0031]得到状态矩阵R后，计算得到状态矩阵R的所有特征值，每一个特征值代表系统的一个模式状态；将特征值的绝对值从小到大进行排序，得到排序后的特征值为λ1,λ2,...,
λ
n
；根据慢同调理论，λ
m
/λ
m+1
的值越小则系统分区的区域特征越明显，则确定慢模式最优分区数目的个数为m，慢模式特征值组μ
m
为μ
m
＝{λ1,λ2,...,λ
m
}，且
[0032]采用基于k
‑
way余弦相似度因子分群方法，通过计算各慢模式特征值的特征向量[v1,v2,...,v
m
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法，包括如下步骤：S1.获取目标风电高渗透电网系统的系统参数；S2.根据步骤S1获取的系统参数，将系统中的各个风电场与各自最近的同步机组等值为一个等效发电机节点，构建风电并网后的系统模型；S3.根据步骤S2得到的系统模型，基于慢同调理论，对目标系统的弱连接线路进行筛选确定，得到最终的风电高渗透电网系统的弱连接线路。2.根据权利要求1所述的风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法，其特征在于步骤S2所述的根据步骤S1获取的系统参数，将系统中的各个风电场与各自最近的同步机组等值为一个等效发电机节点，构建风电并网后的系统模型，具体包括如下步骤：采用如下算式作为目标风电高渗透电网系统的潮流方程：式中z
i
为数据点x
i
的密度，d
ij
为数据点x
i
和数据点x
j
之间的距离，且d
i
为数据点x
i
到聚类中心的距离，d
j
为数据点x
j
到聚类中心的距离，d
ij
≤e，e为设定的点密度阈值；1≤i≤n，1≤j≤n，n为数据点的个数；设定已经找到一个初始聚类中心，采用如下算式作为初始聚类中心的评价函数F(i)：式中z
i
为数据点x
i
的密度，d
ij
为数据点x
i
和数据点x
j
之间的距离；将系统中的各个风电场与各自最近的同步机组，采用如下步骤等值为一个等效发电机节点：计算风电场W与各个同步机组的距离，根据得到的距离值，选择距离最近的同步机组A进行合并；合并后，系统的节点网络表示为其中Y
WW
为风电场W的自导纳，Y
WA
为风电场W与同步机组A间的线路导纳，Y
AW
为同步机组A与风电场W间的线路导纳，Y
AA
为同步机组A的自导纳，Y
AB
为同步机组A与同步机组B间的线路导纳，Y
BA
为同步机组B与同步机组A间的线路导纳，Y
BB
为同步机组B的自导纳，为风电场W的节点电压向量，为同步机组A的节点电压向量，为同步机组B的节点电压向量，为风电场W的节点注入电流向量，为同步机组A的节点注入电流向量，为同步机组B的节点注入电
流向量，为节点导纳矩阵，为节点电压向量矩阵，为节点注入电流向量矩阵；考虑风电并网对系统的影响，将风机注入功率以电流形式加在距离最近的同步机A上，进行双机等值得到其中Y
A
'
A
为等值后的节点A的自导纳，为风电场W的功率的等值电流；计算得到风电场W的功率的等值电流为根据注入电流的计算公式，将风电场W的注入电流折算为发同步机组A的节点增加的自导纳，得到：自导纳，得到：式中为风电场W的功率向量；S
W
为风电场W的功率；U
W
为风电场端电压；*为共轭复数；α为功率因数角，且P
W
为风电场W的有功功率；为风电场W的相角，为同步机组A的相角；风电并网后的节点收缩导纳矩阵Y'表示为将风电场W与最近距离的同步机A等效为一个虚拟发电机节点V，得到虚拟发电机节点V的等效功率因数角δ
V
为其中P
V
为虚拟发电机节点V的有功功率，P
A
为同步机组A的有功功率，δ
A
为同步机组A的功率因数角。3.根据权利要求2所述的风电高渗透电网系统的弱连接线路确定方法，其特征在于步骤S3所述的根据步骤S2得到的系统模型，基于慢同调理论，对目标系统的弱连接线路进行
筛选确定，得到最终的风电高渗透电网系统的弱连接线路，具体包括如下步骤：采用忽略凸极效应和励磁绕组暂态作用的二阶同步发电机模型，在稳态值处线性化，得到其中x为系统频率，为x的二阶导数，Ω为额定频率，H为发电机的惯性时间常数；K为状态矩阵，且其中的元素满足E
i
为第i台发电机的电势向量幅值，E
j
为第j台发电机的电势向量幅值，B
ij
为在发电机节点处收缩负荷阻抗和发电机暂态电抗后形成的收缩节点导纳矩阵的虚部；δ
i
为第i台发电机的功率因数角；δ
j
为第j台发电机的功率因数角；若风电场W在同步机组A处并网，则风电场W接入后的状态矩阵中元素K
ij
的计算式为其中B
′
ij
为风电并网后的节点收缩导纳矩阵Y'的虚部；得到状态矩阵R后，计算得到状态矩阵R的所有特征值，每一个特征值代表系统的一个模式状态；将特征值的绝对值从小到大进行排序，得到排序后的特征值为λ1,λ2,...,λ
n
；根据慢同调理论，λ
m
/λ
m+1
的值越小则系统分区的区域特征越明显，...

【专利技术属性】
技术研发人员：周年光，蒋诗谣，禹海峰，王璐，贺思婧，李梦骄，朱思睿，苏筱凡，秦旷，
申请(专利权)人：国网湖南省电力有限公司经济技术研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：