含风电电力系统的戴维南等值参数解析计算方法

摘要

本发明针对高比例风电接入对戴维南等值参数的作用机制问题，公开了含风电电力系统的戴维南等值参数解析计算方法。该方法首先根据风电的电力电子特性，将风电等值为一个注入电流源，建立了计算含风电电力系统的戴维南等值参数的解析数学模型，理论研究了风电电流源特性接入对戴维南等值参数的作用机制；接着通过对耦合项的处理方式分析了两种含风电电力系统的戴维南等值参数的解析计算方法，从而制定了含风电电力系统的戴维南等值参数的解析计算流程。采用本方法可以分析风电高比例接入后戴维南等值参数的动态变化规律，为适用于风电等电力电子型电源的电压稳定分析方法的研究奠定了基础。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，涉及戴维南等值参数计算方法，尤其涉及含风电电力系统的戴维南等值参数解析计算方法。

背景技术

随着风电、光伏等电力电子型电源的高比例接入，电力系统的运行特性变的愈加复杂，对系统的安全稳定运行提出了更高要求。基于戴维南等值理论的电压稳定分析方法，其本质上是将非线性的电力系统先进行线性等值，再根据最大功率传输原理判断等值负荷节点的临界阻抗和负荷阻抗的模值关系。目前的研究热点多集中在设计出更加精确的戴维南等值参数辨识方法。但是，新能源发电的动态特性完全不同于传统的同步发电机，在高比例新能源电力系统中，若直接以黑箱的形式将风电等电力电子型电源包含在等值网络中，不仅增加了时变、非线性电力系统的戴维南等值参数辨识的难度，而且也不能从理论上解析研究风电等电力电子电源的接入对戴维南等值参数的影响规律和作用机制。

发明内容

为了分析高比例风电接入后对戴维南等值参数的动态影响规律，考虑到风电的有功无功控制能力以及并网后不易出现并网点剧烈波动变化问题，可以将并网的风电等效为注入电流源，本专利提出了含风电电力系统的戴维南等值参数的解析计算方法，首先根据风电的电力电子特性，将风电等值为一个注入电流源，建立了计算含风电电力系统的戴维南等值参数的解析数学模型，理论研究了风电电流源特性接入对戴维南等值参数的作用机制；接着通过对耦合项的处理方式分析了两种含风电电力系统的戴维南等值参数的解析计算方法，从而制定了含风电电力系统的戴维南等值参数的解析计算流程。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

含风电电力系统的戴维南等值参数的解析计算方法，包括如下步骤：

步骤(1)：对于含风电的电力系统，利用SCADA系统得到含风电电力系统的节点导纳矩阵Y；

步骤(2)：对含风电的电力系统节点分成以下四类：负荷节点、风电节点、发电机节点和连接节点，按照节点类型对节点导纳矩阵Y进行分块；

步骤(3)：建立含风电电力系统的戴维南等值参数的解析数学模型，计算得到解析数学模型的重要参数：Z

步骤(4)：分别根据解析计算方法1和解析计算方法2得到含风电电力系统的戴维南等值参数Z

进一步的，所述步骤(2)的节点导纳矩阵Y分块方法为：基于节点电压方程I＝YU，按照四种节点类型展开可得：

式(1)中，I、U分别为所有节点的电流、电压矩阵，其中下标L、W、G、T分别代表负荷节点、风电节点、发电机节点和连接节点，则I

因此按照节点类型对节点导纳矩阵Y分块后可得分块导纳矩阵Y

进一步的，所述步骤(3)的含风电电力系统的戴维南等值参数的解析数学模型为：

U

其中解析数学模型的重要参数Z

其中导纳矩阵Y

进一步的，以负荷节点k为例，其中k＝1,2,…n，n为负荷节点的个数，根据式(2)得负荷节点k的戴维南等值参数的解析数学模型为：

式(7)的第一项E

进一步的，所述步骤(4)中，含风电电力系统的戴维南等值参数Z

Z

进一步的，所述步骤(4)中，含风电电力系统的戴维南等值参数Z

E

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：

采用本发明方法能够分析风电高比例接入后戴维南等值参数的动态变化规律，为适用于风电等电力电子型电源的电压稳定分析方法的研究奠定了基础。

附图说明

图1为本发明所提方法实现的流程图。

图2为验证本发明所提方法的仿真系统图。

图3为不同风电渗透率下Z

图4为不同风电渗透率下E

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图2为改进后的IEEE 9节点仿真系统，用来验证本发明所提方法。节点5、6、8为负荷节点，节点1、2、3为发电机节点，节点4、7、9为无源节点，在节点9处新增节点10以接入风电。

风电以电流源特性在节点10并网后，其并网容量等量替换节点2、3的常规电源容量，节点2、3的常规电源缩减容量按照初始的容量比进行缩减，从而可以不断增加并网的风电渗透率。负荷节点6为戴维南等值节点。

本发明提供含风电电力系统的戴维南等值参数解析计算方法，流程如图1所示，包括如下四步：

步骤(1)：对于含风电的电力系统，利用SCADA(Supervisory ControlAndDataAcquisition，SCADA)系统得到含风电电力系统的节点导纳矩阵Y；

步骤(2)：对于含风电的电力系统，其节点类型可以分为四类：负荷节点、风电节点、发电机节点和连接节点，按照节点类型对节点导纳矩阵Y进行分块；

对节点导纳矩阵Y分块方法为：基于节点电压方程I＝YU，按照四种节点类型展开可得：

式(1)中，I、U分别为所有节点的电流、电压矩阵，其中下标L、W、G、T分别代表负荷节点、风电节点、发电机节点和连接节点，则I

因此按照节点类型对节点导纳矩阵Y分块后可得分块导纳矩阵Y

步骤(3)：建立含风电电力系统的戴维南等值参数的解析数学模型，计算得到解析数学模型的重要参数：Z

本步骤中含风电电力系统的戴维南等值参数的解析数学模型为：

U

其中解析数学模型的重要参数Z

其中导纳矩阵Y

重要参数Z

若以负荷节点k(k＝1,2,…n，n为负荷节点的个数)为例，根据式(2)可得负荷节点k的戴维南等值参数的解析数学模型为：

式(7)的第一项E

步骤(4)：分别根据解析计算方法1和解析计算方法2得到含风电电力系统的戴维南等值参数Z

其中，解析计算方法1是将耦合项

Z

解析计算方法2是将耦合项

E

利用图1所示流程图，可以计算出不同风电渗透率下戴维南等值参数Z

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。