一種含風電場交直流系統電壓靜態穩定域切平面求取方法與流程
2023-05-11 11:23:31
本發明屬於電力系統安全穩定運行領域，考慮含風電場以及直流控制的電力系統靜態電壓穩定域的切平面求取方法。
背景技術：
隨著人們對新能源發展的需求，風電作為一種清潔的可再生能源受到重視。當前電力系統中風電裝機容總量的不斷攀升，對風電的使用也在持續跟進。風電出力的多重不確定性對電網的影響也日趨明顯，考慮風電出力對電網靜態安全的影響，對維持電力系統的安全穩定及提高對風電的利用十分重要。
風力發電作為一種區別於常規發電的特殊的發電形式，具有異於傳統發電形式的特點，隨著可再生能源發展的鼓勵政策的深入以及世界範圍內的環保壓力，風力發電正逐步走向產業化和規模化，風電特性對電網的影響愈加顯著，大規模風力發電已影響到接入地區電網的安全性、穩定性、電能質量以及協調調度等諸多方面，甚至造成了某些嚴重的負面影響，某種程度變成制約大規模風電發展的障礙。
面對蓬勃興起的世界風電產業和中國風電產業，迫切需要解決大規模風電併網運行的關鍵技術問題，尤其是風電場併網後對電網電壓穩定性的影響，對於提高電網電壓質量，保證系統安全、可靠以及經濟運行都具有非常重要的意義，為風電場的規劃設計、風電發展的政策制定和生產運行提供技術依據，具有重要的實用價值和理論意義。
為了能更好地將電力系統的特點與發展清潔可再生能源的理念相結合，研究含風電有功隨機模糊注入的電力系統靜態安全域的特徵，對含風電隨機模糊注入電力系統的電壓崩潰點的特徵研究十分必要。可以作為調度人員充分利用風電資源又保證系統運行安全的重要參考，對逐步提高系統風電的利用率有著重要意義。
技術實現要素：
針對大規模風電機接入電力系統，其出力的不確定性給系統安全穩定運行造成隱患，有必要對風電機組接入電力系統的系統安全穩定域的影響展開研究。傳統觀點認為基於固定系統出力模式下電力系統靜態安全域是確定的，明顯不能適用於風電出力的實時不確定的情形。本發明在考慮風電隨機模糊不確定出力情況下，求取含風電場交直流電力系統靜態電壓穩定域切平面，用穩定域切平面可近似來描述穩定域邊界分布情況，將含dfig風電場電力系統含參潮流模型進行改進，構建含dfig風電場電力系統靜態電壓穩定域切平面近似擬合。
為實現上述目的，本發明採取以下技術方案：
1、一種含風電場交直流系統電壓靜態穩定域切平面求取方法，其特徵在於：
(1)考慮風電接入的隨機性，構建電力系統含參潮流方程；
(2)加入直流控制方式；
(3)風電場電力系統靜態電壓穩定域切平面建模。
2、考慮風電接入的隨機性，構建電力系統含參潮流方程。首先對風電場隨機輸出的功率進行建模，然後將隨機性功率代入交流直流連續潮流方程中去，從而求出臨界點負荷裕度期望與電壓水平期望。
3、加入直流控制方式，系統電壓靜態穩定性仍受到交流輸電系統功率傳輸極限的影響，採用連續潮流可以精確地求出系統pv曲線和臨界運行點。
4、首先通過連續潮流求得電壓崩潰點(即snb點)，而後求解含風電場交直流系統電壓靜態穩定域切平面。
附圖說明
圖1是交直流系統pv特性曲線；
圖2是直流輸電線路。
具體實施方式
本發明包括以下步驟：
1、考慮風電接入的隨機性，構建電力系統含參潮流方程
含風電場交直流電力系統含參潮流方程組：
式中：pi0、qi0分別代表節點i初始注入的有功功率及無功功率；pwi、qwi分別代表風電場發出的有功功率和無功功率，節點未連接風電機組時該值為零；vi、θ分別表示i的節點電壓和相角；為各負荷的功率因數角；αi表示各個發電機出力增長方向；βi表示各個負荷功率增長方向。λ為系統的負荷變化參數；n為pv節點與pq節點個數之和，m為pq節點個數之和；k＝1,2,...,nc，nc為換流器個數；vdk，idk分別為直流電壓及直流電流，節點不連接直流線路時vdk，idk均為零；為換流器功率因數角；θk為換流器控制角。
2、考慮風電接入的隨機性，構建電力系統含參潮流方程
(1)直流系統換流器基本方程：
δd1k＝vdk-ktkvn+kcosθdk+xckidk＝0(2)
式中，xck為換流器等值電抗；ktk為換流變壓器變比；kγ為換相係數一般取0.995。
(2)直流網絡方程：
式中：gdkj為直流網絡導納。
(3)換流器控制方程：
換流器控制需確定，每個換流器需確定兩個控制變量，對應下式5個方方程中的兩個方程組成的方程組：
3、連續潮流求得電壓崩潰點
計算含有風電場交直流電力系統穩定域的切平面時，首先通過連續潮流求得電壓崩潰點(即snb點)，在snb點對公式f(x,α,β,pw,c1ds,c2ds,λ)＝0線性化即可得到穩定域邊界在該snb點的線性近似方程：
fx|*δx+fα|*δα+fβ|*δβ+fw|*δpw+fc1d|*δc1d+
fc2d|*δc2d+fλ|*δλ＝0(7)
式中.|*表示對應的係數來自系統穩定域邊界snb點，即該點滿足方程式(3.1)；fx|*為系統在該snb點交直流電力系統雅克比矩陣；fα|*，fβ|*，fλ|*，fc1d|*，fc2d|*分別表示該snb點處，潮流方程對其下標的偏導數。將3.2式左乘fx的零特徵值對應的左特徵向量ω，並將3.1式代入可得到穩定域邊界在snb點的切平面方程為:
ωfw|*δpw+ωfα|*δα+ωfβ|*δβ+ωfc1d|*δc1d+
ωfc2d|*δc2d+ωfλ|*δλ＝0(8)
(8)式也可表達為：
式中：
為了將式(9)表示的系統靜態電壓穩定域切平面在功率注入空間和直流控制值空間上，根據α,β和λ與發電機的出力和負荷大小之間的關係，如下：
將式(11)代入式(9)消去α,β和λ，可得到：
在給定的snb點對(12)式線性化可得：
2、取含風電場交直流電力系統靜態電壓穩定域切平面
將式(13)化簡可得到，功率注入空間切平面方程為：
apg+bpl+mc1d+nc2d+zpw+y＝0(14)
式中a,b,m,n,z均為行向量，y為實數，其值見式(15)：
(15)式中e為與kα列數相同的單位行向量。式(14)就是在功率注入空間和直流控制值空間上的含風電場交直流電力系統靜態電壓穩定域切平面的表達式。
以上實施方案僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的保護範疇。