【技术实现步骤摘要】
功角摇摆引发新能源暂时工频过电压的影响因素分析方法
[0001]本专利技术涉及大电网稳定分析与控制应用
，并且更具体地，涉及一种功角摇摆引发新能源暂时工频过电压的影响因素分析方法及系统
。
技术介绍
[0002]我国北部多个省区已形成复合能源基地经交直流外送系统格局，而复合能源基地经交直流外送系统受限于能源基地的电网条件，通常具有网架薄弱
、
短路容量不足等特点而面临严峻的暂态电压安全风险
。
[0003]已有研究推导了负荷波动引起节点电压变化的全微分灵敏度公式，阐明了风电场
、
风电机组的协调配合以及风机高电压穿越要求是解决高压脱网问题的必要措施，研究了直流闭锁故障下暂态过电压计算方法，分析了直流控制系统动作过程并提出了优化控制策略
。
另有学者分析了故障穿越参数对暂态过电压的敏感性，提出了控制策略和模型参数的优化建议，推导了故障后换流站和风机暂态电压幅值的理论计算公式，阐述了考虑风机动态特性的大扰动暂态过电压机理
。
[0004]目前已有研究大多忽略了同步电源功角摇摆引发新能源暂时工频过电压问题，而该问题已成为大规模新能源安全可靠送出的重要制约因素
。
因此，亟需提出一种同步电源功角摇摆引发新能源暂时工频过电压的影响因素分析方法
。
技术实现思路
[0005]根据本专利技术，提供了一种功角摇摆引发新能源暂时工频过电压的影响因素分析方法及系统，以解决目前已有研究大多忽略了同步电源功角...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种功角摇摆引发新能源暂时工频过电压的影响因素分析方法，其特征在于，包括：将复合能源基地经交流外送系统简化为两机等值系统，获取两机等值系统参数；确定新能源接入系统后其机端母线的戴维南等值电路，结合两机等值系统参数，计算戴维南等值电势和阻抗
Z
eq
，并对新能源机端电压幅值进行数值解析；基于新能源机端电压幅值的解析表达式，确定影响新能源机端暂时工频过电压的影响因素，并解析机端电压影响因素的极限值；利用机端电压影响因素的极限值，给出新能源机端暂时工频过电压的改善措施
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定新能源接入系统后其机端母线的戴维南等值电路，结合两机等值系统参数，计算戴维南等值电势和阻抗
Z
eq
，包括：确定新能源接入系统后其机端母线的戴维南等值电路，结合两机等值系统参数，计算戴维南等值电势和阻抗
Z
eq
；；幅值
U
o
大小仅与功角
δ
有关；当
δ
+
θ
sn
＝
θ
ms
，即
δ
＝
θ
ms
‑
θ
sn
时，式
(1)
分子中两向量相位相同，向量之和的幅值最大，
U
o
取得最大值
U
omax
为式
(3)
；当
δ
增大趋近
δ
max
时，两向量相位差随之增大，向量之和的幅值随之减小，
U
o
在
δ
＝
δ
max
时取得最小值
U
omin
为式
(4)
：：其中，
E
M
、E
N
分别为送
、
受端等值机组的内电势幅值，
δ
为送端等值机组功角，
Z
ms
、Z
sn
、Z
sc
分别为内电势
E
M
至并网点阻抗
、
并网点至内电势
E
N
阻抗
、
并网点至汇集站阻抗，
θ
ms
、
θ
sn
为
Z
ms
、Z
sn
的阻抗角，
Z
c
为汇集站内无功补偿的等值电抗
。3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，结合新能源接入系统后其机端母线的戴维南等值电路以及所述等值电势和阻抗
Z
eq
，对新能源机端电压幅值进行数值分析，包括：结合等值电路及式
(1)、(2)
确定新能源机端电压的电压向量，
θ
'
分别表示等值电势至新能源机端阻抗之压降如式
(5)
及阻抗角如式
(6)
：
θ
′
＝
arg(Z
eq
+Z
cr
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
其中，
Z
cr
为新能源机端至汇集站阻抗；当内电势幅值
、
网络拓扑及容性补偿电抗确定时，
θ
'
即可确定，已知向量三角形满足正弦定理，根据式
(7)
，机端电压
U
r
最大值
U
rmax
、
最小值
U
rmin
的求解方式因
θ
'
的取值不同而不
同：
①0°
<
θ
'<90
°
当且仅当
α
＝
90
°
时，
β
＝
90
°‑
θ
'
，
U
r
可取得最大值
U
rmax
根据式
(8)
，取值条件等价于
I
d
满足式
(9)
：：当且仅当
β
＝
90
°
时，
α
＝
90
°‑
θ
'
，
U
r
可取得最小值
U
rmin
为
(10)
，取值条件等价于
I
d
满足式
(11)
：
U
rmin
＝
U
o
cot
θ
′ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
②
θ
'
＝
90
°
U
r
随
I
d
趋近零值而单调增大，当且仅当
I
d
＝0时，
Δ
U
＝0，
U
r
可取得最大值
U
rmax
＝
U
o
；当
I
d
＝
I
dmax
时，
β
＝
arcsin(I
dmax
·
|Z
eq
+Z
cr
|
·
sin
θ
'/U
o
)
，
U
r
可取得最小值
U
rmin
＝
U
o
·
sin(180
‑
θ
'
‑
β
)/sin
θ
'。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于新能源机端电压幅值的解析表达式，确定影响新能源机端暂时工频过电压的影响因素，并解析机端电压影响因素的极限值，包括：在系统内电势幅值及网络拓扑确定时，确定影响新能源机端暂时工频过电压的因素为容性补偿电抗
Z
c
、
最小回摆功角
δ
min
及新能源有功电流
I
d
；
①
容性补偿电抗
Z
c
为考察
Z
c
对机端电压最大峰值的影响，令
δ
min
＝
θ
ms
‑
θ
sn
，
I
d
满足式
(9)
即
α
＝
90
°
，此时电压峰值
U
rmax
‑
zc
与
Z
c
的解析关系为式
(12)
，式中分子和分母均含有变量
Z
c
：
U
rmax
‑
zc
与基准电压下无功补偿容量
1/|Z
c
|
的解析关系可知，增大汇集站无功补偿容量以提升新能源接纳能力的同时，也将提高新能源机端电压的最大峰值，过电压脱网风险随之增加，因此，有必要求解极限补偿容量以规避风险；极限补偿容量利用工程简化条件估算，即忽略线路电阻影响，此时
θ
'
＝
90
°
，
U
rmax
‑
zc
与
X
c
的估算关系式
(13)
，将预设最大峰值代入式
(13)
求解
X
c
‑
cri
，进而获得极限补偿容量
|1/X
c
‑
cri
|
；
U
rmax
‑
zc
与
|1/X
c
|
的估算关系曲线，相比于解析关系，估算关系对应的极限补偿容量更为激进，但此误差较小且在工程允许误差范围之内；
式中
k1＝
(X
ms
X
sn
+X
ms
X
sc
+X
sn
X
sc
)/(E
M
X
sn
+E
N
X
ms
)
，
k2＝
(X
ms
+X
sn
)/(E
M
X
sn
+E
N
X
ms
)
；
②
最小回摆功角
δ
min
在
Z
c
确定的情况下，为考察
δ
min
对机端电压最大峰值的影响，令
α
＝
90
°
，此时电压峰值
U
rmax
‑
δ
min
与
δ
min
的解析关系为式
(14)
，式中仅有分子为含有变量
δ
min
的分式：
U
rmax
‑
δ
min
与
δ
min
的解析关系曲线可知，
U
rmax
‑
δ
min
随
δ
min
趋近
θ
ms
‑
θ
sn
而增大，在
δ
min
＝
θ
ms
‑
θ
sn
取得最大峰值
U
omax
/sin
θ
'
，实际上当
δ
min
<
θ
ms
‑
θ
sn
时，
δ
在摇摆过程中趋近
δ
min
时必将途经
θ
ms
‑
θ
sn
这一点，此时将获得最大峰值同上，故对解析关系曲线进行修正，预设最大峰值对应的极限最小回摆功角
δ
min
‑
cri
是规避过电压风险的重要指标，其求解过程如下：假设预设机端电压最大峰值为
U
rmax
‑
set
，将其代入式
(14)
后化简可得式
(15)
：令等号左侧等于常数
k
，该值可看作等号右侧两向量之和的模值，进而应用余弦定理可得式
(16)
：式中
θ1为两向量夹角之补角；由此可得两向量夹角
θ2为式
(17)
：结合式
(15)
等号右侧向量角度信息求得极限最小回摆功角
δ
min
‑
cri
为式
(18):
δ
min
‑
cri
＝
θ2+
θ
ms
‑
θ
sn
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
③
新能源有功电流
I
d
在
Z
c
确定的情况下，为考察
I
d
对机端电压最大峰值的影响，令
δ
min
＝
θ
ms
‑
θ
sn
，此时电压峰值
U
rmax
‑
Id
与
I
d
的解析关系为
(19)
，式中
β
隐含有变量
I
d
，即
β
＝
arcsin((I
d
·
|Z
eq
+Z
cr
|sin
θ
')/U
omax
)。
基于
U
rmax
‑
Id
与
I
d
的解析关系曲线，
U
rmax
‑
Id
随
I
d
趋近
S
sys
·
U
omax
·
cot
θ
'/(S
new
·
|Z
eq
+Z
cr
|)
而增大，其中
S
sys
为系统基准容量，
S
new
为新能源机组额定容量；当
I
d
＝
S
sys
·
U
omax
·
cot
θ
'/(S
new
·
|Z
eq
+Z
cr
|)
时取得最大峰值
U
omax
/sin
θ
'
，此时对应
α
＝
90
°
，预设最大峰值对应的极限有功电流
I
d
‑
cri
为新能源控制参数优化提供参考，其求解过程如下：假设预设机端电压最大峰值为
U
rmax
‑
set
，将其代入式
(19)
后化简可得式
(20)
；
令等号左侧等于常数
k
，式
(20)
代入
β
＝
arcsin((I
d
·
|Z
eq
+Z
cr
|sin
θ
')/U
omax
)
后可得式
(21)
：化简后求得极限有功电流
I
d
‑
cri
式
(22)
：极限值解析计算的保守性：
1)
当容性无功补偿被控制在极限补偿容量以内时，极限最小回摆功角和极限有功电流不存在；
2)
极限补偿容量约束最大电压峰值的同时，也限制了汇集站电压支撑能力及新能源接纳能力
。5.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用机端电压影响因素的极限值，给出新能源机端暂时工频过电压的改善措施，包括：在系统侧选择控制最小回摆功角
δ
min
大于极限最小回摆功角
δ
min
‑
cri
，维持无功补偿容量和新能源机端稳态电压不变为前提，通过降低常规机组出力并适量增发新能源以提升最小回摆功角
δ
min
数值，降低过电压水平；在系统侧选择在暂态过程最小回摆功角
δ
min
出现时刻前切除新能源场站
/
汇集站内的部分无功补偿装置，降低过电压水平，但须在功角后续摇摆过程中及时投入以保障故障后新能源机端的稳态电压水平；在场站侧选择控制新能源有功电流
I
d
大于极限有功电流
I
d
‑
cri
，通过改变控制策略或优化控制参数改善低穿结束后新能源有功电流
I
d
的振荡幅度，提升最小回摆功角
δ
min
出现时刻的新能源有功电流
I
d<...
【专利技术属性】
技术研发人员：李宗翰，徐式蕴，山允婧，丁浩天，高雪峰，李军，孙华东，高嵩，赵兵，程奕，彭龙，李保罗，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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