一种光热最小装机容量配置方法、系统、设备及介质技术方案

本发明专利技术属于配电网规划技术领域，具体公开了一种光热最小装机容量配置方法、系统、设备及介质，本发明专利技术获取各项参数，设定预期的短路故障后的极限切除时间、故障类型及故障点，计算故障前、故障中及故障后风机的等效负阻抗及功角特性方程，将多机系统等值为含风电接入的单机无穷大系统，计算故障极限切除角极限切除时间，判断极限切除时间与预期的短路故障后的极限切除时间大小关系，计算最小装机容量；解决了含高比例风电的送端系统配置多少装机容量的光热能够支撑系统稳定性问题，从电网暂态稳定性出发考虑满足稳定性需求的光热发电最小装机容量，为含高比例风电系统光热最小装机容量配置提供参考。容量配置提供参考。容量配置提供参考。

【技术实现步骤摘要】
一种光热最小装机容量配置方法、系统、设备及介质


[0001]本专利技术属于配电网规划
，具体涉及一种光热最小装机容量配置方法、系统、设备及介质。

技术介绍

[0002]电网风电渗透率的逐年提高，常规火电机组不断减少。又由于以双馈式风力发电机为代表的风机近乎零的低转动惯量特性，将会导致整个系统的转动惯量在能源结构变化的过程中大幅度降低，进而引起送端电网的同步稳定性问题，给含高比例风电系统送端电网安全稳定运行带来极大挑战；另一方面，太阳能光热发电作为可再生能源发电的一种新形式，具有优异的转动惯量支撑特性，可有效支撑送端电网同步稳定性，成为能够代替火电机组支撑电网稳定性的重要电源。而对于仅含风电及光热的送端系统，配置多少容量的光热机组装机能够充分满足送端电网稳定性对于转动惯量的需求是需要探究的关键问题。
[0003]在光热机组最小装机容量配置过程中既要满足送端电网稳定性对于转动惯量的需求又要满足经济性约束。若最小装机容量不足导致系统转动惯量缺乏则不能起到支持电网暂态稳定性的作用，造成暂态失稳的恶劣情况发生。若大量配置光热机组装机容量则不满足经济性要求，因此，如何确定一个最优的光热机组最小装机容量以满足电网稳定性对于转动惯量的需求具有十分重要的意义。
[0004]目前并未有研究开展关于系统的光热最小装机容量配置方法，现有研究多集中于以新能源利用率最大为目标配置光热发电容量，未有从电网暂态稳定性出发考虑满足稳定性需求的光热发电最小装机容量问题，可能造成暂态失稳的恶劣故障发生。

技术实现思路

>[0005]为了克服现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种光热最小装机容量配置方法、系统、设备及介质，以解决现有技术中未有从电网暂态稳定性出发考虑满足稳定性需求的光热发电最小装机容量，可能造成暂态失稳的恶劣故障发生的问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供一种光热最小装机容量配置方法，包括：S1：获取多组光热机组参数，按容量从大到小依次排列，设定预期的短路故障后的极限切除时间；S2：获取多机系统网络参数及状态参数，设定故障类型及故障点；S3：计算故障前、故障中及故障后风机等效负阻抗；S4：将多机系统等值为含风电接入的单机无穷大系统；S5：计算光热发电机故障前、故障中及故障后功角特性方程；S6：利用扩展等面积定则计算故障极限切除角及极限切除时间；S7：判断极限切除时间是否大于预期的短路故障后的极限切除时间T，若小于T则重新获取下一组光热机组容量，重复步骤S1至步骤S6，若大于T则进行下一步骤；
计算光热机组惯量及最小装机容量。
[0007]进一步的，所述步骤S1具体包括：S11：获取多组光热机组参数，包括额定容量、额定电压，对应的惯性时间常数、功率因数、暂态电抗、负序电抗；S12：将每一组光热数据记为[，，，，，]，并按容量从大到小排列；S13：设定预期的短路故障后的极限切除时间T；所述步骤S2具体包括：S21：获取系统网络参数及状态参数，具体包括：网络各元件阻抗、各节点电压、故障瞬间风电出力；S22：依据电网安全稳定需求设定故障类型为三相短路模式，故障点为风电机组并网母线；故障起始时间记为。
[0008]进一步的，所述步骤S3具体包括：计算故障前、故障中及故障后风机等效负阻抗，计算公式为：计算故障前、故障中及故障后风机等效负阻抗，计算公式为：其中：为暂态期间风电等效电阻；为暂态期间风电等效电抗；r与x分别表明电阻和电抗，分别构成阻抗中的实部与虚部（为电路定义）；为风力发电机内电势与端电压间的等效暂态电抗；为双馈风电机机端电压；为双馈风电机等效内电势；为转差率；为双馈风电机等效功角；为双馈风电机输出有功功率；为双馈风电机输出无功功率；、为故障前风机等效负阻抗，、为故障后风机等效负阻抗，、为故障中风机等效负阻抗，均采用上式计算方法。
[0009]进一步的，所述步骤S4具体包括：S41：定义受扰严重机群为S机群，余下集群为A机群；S42：将多机系统等值为含风电接入的单机无穷大系统，等效转子运动方程计算公式为：式为：式为：式为：
其中：为发电机惯性时间常数；为总发电机惯性时间常数；为A机群发电机惯性时间常数；为S机群发电机惯性时间常数；为风机转子角速度；为单机无穷大系统等值转子角；为S机群发电机等值转子角；为A机群发电机等值转子角；为单机无穷大系统等值机械功率；为单机无穷大系统等值电磁功率；为单机无穷大系统等值转子角的二阶导；为S机群发电机等值转子角的二阶导；为A机群发电机等值转子角的二阶导；为第i台机组的机械功率；为第j台机组的机械功率；为第i台机组的电磁功率；为第k台机组的电磁功率；S43：绘制含风电接入的单机无穷大系统等值电路图。
[0010]进一步的，所述步骤S5具体包括：S51：计算单机无穷大系统等值电路图中相应等值电抗和；S52：计算光热发电机短路故障前及故障切除较长时间后的功角特性方程，计算公式为：式为：式为：式为：式为：其中：为光热接入点到短路点的等值电抗；为短路点到无穷大节点的等值电抗；为光热发电机内电势；为无穷大母线侧电压；为光热发电机转子角；为光热发电机输入阻抗；为光热发电机与无穷大母线间的转移阻抗；为输入阻抗阻抗角的余角；为转移阻抗阻抗角的余角；S53：计算光热发电机短路故障期间及故障切除后较短时间内的功角特性方程，计算公式为：算公式为：算公式为：算公式为：算公式为：
其中：为短路故障下的附加电抗。
[0011]进一步的，所述步骤S6具体包括：S61：利用等面积定则计算故障极限切除角，计算公式为：其中：为短路发生t=0s时刻的功角大小；为极限切除角；为光热发电机机械功率；为短路后的发电机电磁功率；为故障切除后的发电机电磁功率；S62：利用改进欧拉法求各时刻对应的转子角，首先设置迭代步长，当大于极限切除角时停止计算；包括预估迭代环节与校正环节，计算公式为：初值：初值：预估迭代：校正：其中：n为迭代次数，表示t时刻的转子角，为时刻的第n+1次迭代下的转子角，表示t时刻的转子角速度与同步速之差，为时刻第n+1次迭代下的转子角速度与同步速之差对时间的导数，为t时刻转子角对时间的导数，为时刻第n+1次迭代下转子角对时间的导数，为t时刻转子角速度与同步速之差对时间的导数，为时刻第n+1次迭代下转子角速度与同步速之差对时间的导数；S63：基于以上数据，利用线性插值法计算故障极限切除角对应的极限切除时间。
[0012]进一步的，所述步骤S7具体包括：判断极限切除时间是否大于预期的短路故障后的极限切除时间T，若小于T则重新获取下一组光热机组容量，重复步骤S1至步骤S6，若大于T则进行下一步骤；计算光热机组惯量及最小装机容量，计算公式为：计算光热机组惯量及最小装机容量，计算公式为：其中：为光热发电机转动惯量；为光热机组额定容量；为惯性时间常数；为额定转速；为最小装机容量。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种光热最小装机容量配置系统，包括：光热机组参数获取模块，用于获取多组光热机组参数，按容量从大到小依次排列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热最小装机容量配置方法，其特征在于，包括：S1：获取多组光热机组参数，按容量从大到小依次排列，设定预期的短路故障后的极限切除时间；S2：获取多机系统网络参数及状态参数，设定故障类型及故障点；S3：计算故障前、故障中及故障后风机等效负阻抗；S4：将多机系统等值为含风电接入的单机无穷大系统；S5：计算光热发电机故障前、故障中及故障后功角特性方程；S6：利用扩展等面积定则计算故障极限切除角及极限切除时间；S7：判断极限切除时间是否大于预期的短路故障后的极限切除时间T，若小于T则重新获取下一组光热机组容量，重复步骤S1至步骤S6，若大于T则进行下一步骤；计算光热机组惯量及最小装机容量。2.根据权利要求1所述的一种光热最小装机容量配置方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：S11：获取多组光热机组参数，包括额定容量、额定电压，对应的惯性时间常数、功率因数、暂态电抗、负序电抗；S12：将每一组光热数据记为[，，，，，]，并按容量从大到小排列；S13：设定预期的短路故障后的极限切除时间T；所述步骤S2具体包括：S21：获取系统网络参数及状态参数，具体包括：网络各元件阻抗、各节点电压、故障瞬间风电出力；S22：依据电网安全稳定需求设定故障类型为三相短路模式，故障点为风电机组并网母线；故障起始时间记为。3.根据权利要求2所述的一种光热最小装机容量配置方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：计算故障前、故障中及故障后风机等效负阻抗，计算公式为：计算故障前、故障中及故障后风机等效负阻抗，计算公式为：其中：为暂态期间风电等效电阻；为暂态期间风电等效电抗；为风力发电机内电势与端电压间的等效暂态电抗；为双馈风电机机端电压；为双馈风电机等效内电势；为转差率；为双馈风电机等效功角；为双馈风电机输出有功功率；为双馈风电机输出无功功率；、为故障前风机等效负阻抗，、为故障后风机等效负阻抗，、为故障中风机等效负阻抗，均采用上式计算方法。
4.根据权利要求3所述的一种光热最小装机容量配置方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：S41：定义受扰严重机群为S机群，余下集群为A机群；S42：将多机系统等值为含风电接入的单机无穷大系统，等效转子运动方程计算公式为：为：为：为：其中：为发电机惯性时间常数；为总发电机惯性时间常数；为A机群发电机惯性时间常数；为S机群发电机惯性时间常数；为风机转子角速度；为单机无穷大系统等值转子角；为S机群发电机等值转子角；为A机群发电机等值转子角；为单机无穷大系统等值机械功率；为单机无穷大系统等值电磁功率；为单机无穷大系统等值转子角的二阶导；为S机群发电机等值转子角的二阶导；为A机群发电机等值转子角的二阶导；为第i台机组的机械功率；为第j台机组的机械功率；为第i台机组的电磁功率；为第k台机组的电磁功率；S43：绘制含风电接入的单机无穷大系统等值电路图。5.根据权利要求4所述的一种光热最小装机容量配置方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：S51：计算单机无穷大系统等值电路图中相应等值电抗和；S52：计算光热发电机短路故障前及故障切除较长时间后的功角特性方程，计算公式为：
其中：为光热接入点到短路点的等值电抗；为短路点到无穷大节点的等值电抗；为光热发电机内电势；为无穷大母线侧电压；为光热...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱卫国，杨璇，牛聪，王飞航，王辉，王特，刘涛，姜生，韩薇，徐文悦，朱岫柠，
申请(专利权)人：国网北京市电力公司，
类型：发明
国别省市：