高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法，当区域自治电网发生无功负荷扰动时，I

【技术实现步骤摘要】
高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法


[0001]本专利技术涉及电网控制
，具体涉及一种高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法。

技术介绍

[0002]新能源的快速发展为电力系统主要带来了两个方面的问题，一个是电网的安全稳定运行控制问题。因为随着风电、光伏等新能源大量并网，直流远距离输电规模持续增长，送受端常规机组被大量替代，电网形态及运行特性发生显著变化，系统电力电子化特征凸显，主要体现在如下几个方面：一是电网调节能力严重下降，二是电网抗扰动能力不足，三是电网稳定形态更加复杂，四是连锁故障风险增加，系统安全稳定运行面临更大压力。在此情境下，高比例新能源发电将对电网安全稳定运行带来较为显著的影响。
[0003]风电、光伏等新能源与常规机组不同，出力呈现较强的随机性、波动性，发电机组等效转动惯量很小，缺乏相关频率调节功能，电压调节能力有限，相较于传统同步发电机，对电力系统的频率和电压支撑作用较弱。随着风电、光伏等新能源发电技术的发展，电力电子接口的逆变型电源越来越多，可能在未来电网中占据主导地位，甚至在局部地区占比达到100％，形成区域性的100％逆变电网，称之为区域自治电网。
[0004]在高比例新能源电网中，同步机和逆变电源是混合存在的，这使得系统机理复杂且控制时间尺度混叠。对于区域自治电网的研究，目前可借鉴的主要是孤岛微电网，其控制策略主要包括集中控制、主从控制和对等控制。集中控制和主从控制只适用于小规模电网，无法应用于较大规模的区域自治电网；而对等控制中最常用的P
>‑
f/Q
‑
V下垂控制则是在同步机主导的有功
‑
频率/无功
‑
电压的系统关系中建立的，当区域自治电网中没有同步机时，频率物理意义发生根本变化，上述控制逻辑不再成立，其有效性受到挑战。
[0005]对于区域自治电网控制可能的技术路线包括电压源控制和定频控制。电压源控制引入转子运动方程，维系有功
‑
频率、无功
‑
电压控制逻辑，但是引入转子运动方程的同时引入了其固有振荡特性，振荡问题凸显。定频控制利用GPS或BDS使得所有逆变电源发出固定频率的电压、电流信号，彻底解决了电网的频率稳定性问题，且对于电网规模没有限制，能够用于区域自治电网。
[0006]新能源的快速发展为电力系统主要带来的另一个方面的问题是新能源的消纳问题。与常规电源不同，风电和光伏发电是典型的随机间歇性电源，输出功率具有波动性。在执行调度计划时，新能源场站难以充分利用调度端下达的最优发电计划曲线，造成发电计划偏差，既降低了自身的经济收益也对系统的经济运行产生了不利影响。进一步，若新能源场站的有功功率控制策略设置不当，可能错误地限制了部分发电单元的输出功率，从而造成发电空间的浪费；也可能因为对部分发电单元输出功率约束不足导致总有功功率大于新能源场站的发电计划，从而影响系统的运行安全。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种具有区域自治电网无功自治平衡控制的高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法。
[0008]根据本专利技术实施例提出的一种高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法，所述区域自治电网包括输电网和配电网，所述输电网的逆变电源处和负荷处装设第一无功补偿装置，所述配电网的配电变电站处装设第二无功补偿装置，所述第一无功补偿装置的约束条件为功率因数约束，所述第二无功补偿装置的约束条件为电压约束，当所述区域自治电网发生无功负荷扰动时，所述方法包括：
[0009]控制短时间尺度的I
‑
U电流源下垂控制策略进行响应，并确定补偿电压的转折点；
[0010]控制安装在逆变电源处的所述第一无功补偿装置提供输电线路无功损耗；
[0011]控制安装在负荷处的所述第一无功补偿装置对无功负荷近似全补偿；
[0012]控制安装在配电变电站处的所述第二无功补偿装置将母线电压动态控制与参考值一致；
[0013]在监测主变压器侧的功率因数补偿至所述转折点对应的功率因数时，调整所述第二无功补偿装置的控制模式由电压控制转换为功率控制，并保持其输出无功功率不变。
[0014]进一步地，所述I
‑
U电流源下的无功补偿特性随着I
‑
U电流源的下垂系数|k|的增大逐渐靠近恒定电压源，所述I
‑
U电流源下的无功补偿特性随着I
‑
U下垂系数|k|的减小逐渐靠近恒定电流源。
[0015]进一步地，所述补偿电压的转折点为功率因数为1.0时的运行点。
[0016]进一步地，所述I
‑
U电流源下垂控制策略包括同步定相电流控制，公式表示为：
[0017][0018]式中：U
o
为空载电压；k为下垂系数；I
max
及I
min
分别为允许负荷电流的最大值及最小值；U为母线电压；为指令电流。
[0019]进一步地，所述I
‑
U电流源下垂控制策略包括同步定频电流控制，控制过程包括：
[0020]获取GPS或BDS卫星授时信号，并将所述授时信号转换为电流信息和相位信息；
[0021]基于所述相位信息，通过相位控制器调节电压相位使各逆变器输出电流相位一致，抑制电源间环流；
[0022]利用U
‑
I下垂控制器，基于所述电流信息调节电压幅值；
[0023]逆变器控制内环基于电流相位和电压幅值，控制使所有逆变电源产生频率固定、相位相同的输出电流相量。
[0024]进一步地，所述方法还包括：
[0025]确定新能源消纳能力的评估指标，所述评估指标包括风险指标，
[0026]将所述新能源消纳能力的评估指标与运行决策结合，组成优化目标函数为：
[0027][0028][0029]式中：F(
·
)表示常规机组的发电成本；表示节点电压的偏移罚项，表示新能源消纳的罚项；G表示常规机组的数量；x
gt
表示常规机组开机的标志；p
gt
表示常规机组的有功出力；a
gt
表示t时刻的不确定性出力；K1与K2分别表示节点电压与新能源消纳风险的罚系数；是节点电压的偏移参考值；u
it
表示节点电压；与分别表示因高出新能源可接纳上界而引起的弃新能源风险与因低于新能源可接纳下界而引起的切负荷风险；M表示新能源种类；N表示节点数量；U
i
，分别表示节点电压的上界与下界；
[0030]在约束条件下对所述优化目标函数进行求解，确定新能源可接纳域。
[0031]进一步地，所述约束条件包括储能装置的调节约束、新能源发电约束、常规机组约束、电网潮流约束、常规机组运行状态约束以及运行风险约束，其中：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法，所述区域自治电网包括输电网和配电网，其特征在于，所述输电网的逆变电源处和负荷处装设第一无功补偿装置，所述配电网的配电变电站处装设第二无功补偿装置，所述第一无功补偿装置的约束条件为功率因数约束，所述第二无功补偿装置的约束条件为电压约束，当所述区域自治电网发生无功负荷扰动时，所述方法包括：控制短时间尺度的I
‑
U电流源下垂控制策略进行响应，并确定补偿电压的转折点；控制安装在逆变电源处的所述第一无功补偿装置提供输电线路无功损耗；控制安装在负荷处的所述第一无功补偿装置对无功负荷近似全补偿；控制安装在配电变电站处的所述第二无功补偿装置将母线电压动态控制与参考值一致；在监测主变压器侧的功率因数补偿至所述转折点对应的功率因数时，调整所述第二无功补偿装置的控制模式由电压控制转换为功率控制，并保持其输出无功功率不变。2.如权利要求1所述的高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法，其特征在于，所述I
‑
U电流源下的无功补偿特性随着I
‑
U电流源的下垂系数|k|的增大逐渐靠近恒定电压源，所述I
‑
U电流源下的无功补偿特性随着I
‑
U下垂系数|k|的减小逐渐靠近恒定电流源。3.如权利要求1所述的高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法，其特征在于，所述补偿电压的转折点为功率因数为1.0时的运行点。4.如权利要求1所述的高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法，其特征在于，所述I
‑
U电流源下垂控制策略包括同步定相电流控制，公式表示为：式中：U
o
为空载电压；k为下垂系数；I
max
及I
min
分别为允许负荷电流的最大值及最小值；U为母线电压；为指令电流。5.如权利要求1所述的高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法，其特征在于，所述I
‑
U电流源下垂控制策略包括同步定频电流控制，控制过程包括：获取GPS或BDS卫星授时信号，并将所述授时信号转换为电流信息和相位信息；基于所述相位信息，通过相位控制器调节电压相位使各逆变器输出电流相位一致，抑制电源间环流；利用U
‑
I下垂控制器，基于所述电流信息调节电压幅值；逆变器控制内环基于电流相位和电压幅值，控制使所有逆变电源产生频率固定、相位相同的输出电流相量。6.如权利要求1所述的高比例新能源接入电力系统的区域自治电网控制方法，其特征在于，所述方法还包括：确定新能源消纳能力的评估指标，所述评估指标包括风险指标，将所述新能源消纳能力的评估指标与运行决策结合，组成优化目标函数为：
式中：F(
·
)表示常规机组的发电成本；表示节点电压的偏移罚项，表示新能源消纳的罚项；G表示常规机组的数量；x
gt
表示常规机组开机的标志；p
gt
表示常规机组的有功出力；a
gt
表示t时刻的不确定性出力；K1与K2分别表示节点电压与新能源消纳风险的罚系数；是节点电压的偏移参考值；u
it
表示节点电压；与分别表示因高出新能源可接纳上界而引起的弃新能源风险与因低于新能源可接纳下界而引起的切负荷风险；M表示新能源种类；N表示节点数量；U<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱刘柱，孟晓星，葛成，宋文丽，聂元弘，崔宏，刘俊峰，余传高，谢爽，谢雪，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：