CN113642195B - 一种新能源场站级建模实用化等值方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源场站级建模实用化等值方法，包括：确定新能源场站的等值结构的组成；根据所述等值结构中的阻抗分布和功率分布，确定新能源场站的等值模型中的等值机组数量；根据所述等值机组数量，构建包含静止无功补偿装置和所述等值机组的新能源场站的等值模型。在保证电网仿真规模和速度的前提下，更加精准化和真实地体现新能源场站的响应特性。解决仿真分析对新能源场站等值模型的需求问题。

Description

一种新能源场站级建模实用化等值方法和装置

技术领域

本申请涉及电力***领域，具体涉及一种新能源场站级建模实用化等值方法和装置。

背景技术

新能源电站一般包含机组众多，模型阶数高，非线性特性严重，因此建立风/光伏电站的详细模型进行分析会导致稳定计算不收敛问题，故需要将新能源电站的复杂结构简化为单机或多机模型，将各运行参数进行等值计算。

在新能源并网问题研究中，对于新能源场站等值建模方法主要有两大类：一是详细模型，即由各发电机组模型和场站内输电线路和变压器等组成的全仿真模型。二是聚合模型，即在电力***研究中用单台发电机组来等效整个场站，使其外特性一致。目前在大电网或区域电网仿真计算当中，机电和电磁暂态仿真一般都采用后者即单机倍乘的方法以提升仿真效率和收敛性，但这样忽略了新能源场站内的集电线路参数和风速的影响，会产生一定的误差。

在特高压直流近区的风电场和光伏电站，受直流换相失败闭锁后的暂态过电压约束，在仿真中会出现风电场或光伏电站因为高电压穿越失败脱网，这也成为新能源跨区消纳的主要制约因素之一，但目前仿真中采用的都是单机倍乘模型，没有考虑到风电场或光伏电站内部集电线路参数和功率的差异性，在考虑到新能源场站内部集电线路的差异性后风电或光伏机端的暂态压升会降低，更贴近实际，因此，如何在既兼顾大电网仿真的快速性和收敛性的前提下，更加真实的体现出风电场/光伏电站内部的真实响应过程，提出易于工程实施应用，便于工程实际操作人员理解等值模型是目前亟需解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供一种新能源场站级建模实用化等值方法，包括：

确定新能源场站的等值机组的组成结构；

根据所述组成结构中的阻抗分布特性和功率分布特性，确定新能源场站的等值模型中的等值机组数量；

根据所述等值机组数量，构建包含静止无功补偿装置和所述等值机组的新能源场站等值模型。

优选的，新能源场站的等值机组的组成结构，包括：

等值新能源机组、等值箱式变压器、集电线路等值阻抗、主变压器和场站协调控制单元。

优选的，根据所述组成结构中的阻抗分布特性和功率分布特性，确定新能源场站的等值模型中的等值机组数量，包括：

确定只考虑所述等值结构中的阻抗分布特性的等值机组数量n，n为正整数；

确定只考虑所述等值结构中的功率分布特性的等值机组数量m，m为正整数；

根据所述阻抗分布特性的等值机组数量n和所述功率分布特性的等值机组数量m，确定同时考虑所述组成结构中的阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量为N，N具体为，

N=n*m。

优选的，还包括：

所述阻抗分布特性的等值机组数量n和所述功率分布特性的等值机组数量m的取值分别为，n∈{1，2}，m∈{1，2};

根据n和m的取值，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N的取值为，N∈{1，2，4}。

优选的，根据n和m的取值，确定阻抗分布和功率分布特性的等值机组数量N的取值为，N∈{1，2，4}，包括：

当n和m分别取值为1时，则通过考虑功率分布特性的等值机组1机*考虑阻抗分布的等值机组1机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为1；

当n取值为2，m取值为1时，则通过考虑功率分布特性的等值机组2机*考虑阻抗分布特性的等值机组1机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为2；

当n取值为1，m取值为2时，则通过考虑功率分布特性的等值机组1机*考虑阻抗分布特性的等值机组2机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为2；

当n和m分别取值为2时，则通过考虑功率分布特性的等值机组2机*考虑阻抗分布特性的等值机组2机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为4。

优选的，还包括：确定所述等值机组的控制方式，所述控制方式与实际新能源机组的控制方式相同。

基于同一发明构思，本申请同时提供一种新能源场站级建模实用化等值装置，包括：

等值机组确定单元，用于确定新能源场站的等值机组的组成结构；

等值机组数量确定单元，根据所述等值组成结构中的阻抗分布特性和功率分布特性，确定新能源场站的等值模型中的等值机组数量；

等值模型构建单元，用于根据所述等值机组数量，构建包含静止无功补偿装置和所述等值机组的新能源场站等值模型。

优选的，新能源场站的等值机组的组成结构，包括：

等值新能源机组、等值箱式变压器、集电线路等值阻抗、静止无功补偿器、主变压器和场站协调控制单元。

优选的，等值机组数量确定单元，包括：

等值机组数量n确定子单元，用于确定只考虑所述等值结构中的阻抗分布特性的等值机组数量n，n为正整数；

等值机组数量m确定子单元，用于确定只考虑所述等值结构中的功率分布特性的等值机组数量m，m为正整数；

等值机组数量为N确定子单元，用于根据所述阻抗分布特性的等值机组数量n和所述功率分布特性的等值机组数量m，确定同时考虑所述等值结构中的阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量为N，N具体为，

N=n*m。

优选的，还包括：控制方式确定单元，用于确定所述等值机组的控制方式，所述控制方式与实际新能源机组的控制方式相同。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种新能源场站级建模实用化等值方法的流程示意图；

图2是本申请实施例涉及的基于阻抗和功率分布的新能源场站级建模结构等值示意图；

图3是本申请实施例涉及的新能源场站协调有功控制示意图；

图4是本申请实施例涉及的新能源场站协调无功控制示意图；

图5是本申请实施例涉及的新能源场模型（2*2）接线图；

图6是本申请实施例涉及的三种模型交流线N-1故障风机机端（690V电压对比曲线(p.u.)；

图7是本申请实施例涉及的三种模型交流线N-1故障场站35kV母线电压曲线(p.u.)；

图8是本申请实施例涉及的三种模型交流线N-1故障风场外送220kV母线电压曲线(p.u.)；

图9是本申请实施例涉及的三种模型交流线N-1故障场站外送有功功率曲线；

图10是本申请实施例涉及的三种模型交流线N-1故障场站外送无功功率曲线；

图11是本申请实施例提供的一种新能源场站级建模实用化等值装置示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

图1是本申请实施例提供的一种新能源场站级建模实用化等值方法的流程示意图，下面结合图1对本申请第提供的方法进行详细说明。

步骤S101，确定新能源场站的等值机组组成结构。

图2是本申请实施例涉及的基于阻抗和功率分布的新能源场站级建模结构等值示意图，共有五部分组成，分别为等值新能源机组、等值箱式变压器、集电线路等值阻抗、主变压器和场站协调控制。其中，TM为主变压器，ST为旁路开关，T_SVG为降压式SVG的降压变压器，Q_refSVG为场站协调控制给SVG下的无功调节指令，V为并网点电压，f为并网点频率，W1为等值新能源机组1，W2为等值新能源机组2，WN为等值新能源机组N，Z1为等值新能源机组1与主变相连的等值阻抗，Z2为等值新能源机组2与主变相连的等值阻抗，ZN为等值新能源机组N与主变相连的等值阻抗，T1为等值新能源机组1与主变之间的等值升压变压器，T2为等值新能源机组2与主变之间的等值升压变压器，TN为等值新能源机组N与主变之间的等值升压变压器，P_ref1为场站协调控制给新能源机组1下的有功功率指令，Q_ref1为场站协调控制给新能源机组1下的无功功率指令，P_ref2为场站协调控制给新能源机组2下的有功功率指令，Q_ref2为场站协调控制给新能源机组2下的无功功率指令，P_refN为场站协调控制给新能源机组N下的有功功率指令，Q_refN为场站协调控制给新能源机组N下的无功功率指令。

步骤S102，根据所述组成结构中的阻抗分布特性和功率分布特性，确定新能源场站的等值模型中的等值机组数量。

确定只考虑所述等值结构中的阻抗分布特性的等值机组数量n，n为正整数；

确定只考虑所述等值结构中的功率分布特性的等值机组数量m，m为正整数；

根据所述阻抗分布特性的等值机组数量n和所述功率分布特性的等值机组数量m，确定同时考虑所述等值结构中的阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量为N，N具体为，

N=n*m。

所述阻抗分布特性的等值机组数量n和所述功率分布特性的等值机组数量m的取值分别为，n∈{1，2}，m∈{1，2};根据n和m的取值，确定阻抗分布和功率分布的等值机组数量N的取值为，N∈{1，2，4}。

当n和m分别取值为1时，则通过考虑功率分布特性的等值机组1机*考虑阻抗分布特性的等值机组1机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为1；

当n取值为2，m取值为1时，则通过考虑功率分布特性的等值机组2机*考虑阻抗分布特性的等值机组1机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为2；

当n取值为1，m取值为2时，则通过考虑功率分布特性的等值机组1机*考虑阻抗分布特性的等值机组2机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为2；

当n和m分别取值为2时，则通过考虑功率分布特性的等值机组2机*考虑阻抗分布特性的等值机组2机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为4。

具体的，考虑到实际工程计算的便捷性以及可操作性，在满足工程精度需求的前提下，这里取n∈{1，2}，m∈{1，2}，即等值建模机组数量N∈{1，2，4}，一共四种情况，单机等值模型、考虑功率2机*考虑阻抗1机的2等值模型、考虑功率1机*考虑阻抗2机的2等值模型，考虑功率2机*考虑阻抗2机的4等值模型。

N∈{1，2，4}

其中，考虑到目前光伏电站的联接结构及并网方式，光伏电站主要为单机等值模型；平原风电场由于线路阻抗影响较小，主要为考虑功率2机*考虑阻抗1机的2机等值模型结果；山区风电场、大型风电场由于各风机之间距离远线路阻抗差异较大，依据其工况运行特点，考虑其为功率1机*考虑阻抗2机的2机等值模型，或考虑功率2机*考虑阻抗2机的四机等值模型。

步骤S103，根据所述等值机组数量，构建包含静止无功补偿装置和所述等值机组的新能源场站等值模型。

在确定等值模型中的等值机组数量后，根据等值机数量构建包含静止无功补偿装置的新能源场站等值模型。静止无功补偿装置是指用不同的静止断路器投切电容器或电抗器,使其具有吸收和发出无功电流的能力,为了提高电网的功率因数,稳定电网电压,抑制***振荡等，所以，通过静止无功补偿装置和所述等值机组构建新能源场站的等值模型。同时需确定新能源场站中的SVG与电网连接类型、接入变压等级以及控制母线等情况，SVG与电网连接类型、接入变压等级以及控制母线等情况与实际情况相同。确定所述等值机组的控制方式，所述控制方式与实际新能源机组的控制方式相同。

同时，还需确定场站协调控制的控制方法，以及给每台新能源机组下发的有功功率指令和无功功率指令，以及给SVG下发的无功功率调节指令，场站级协调控制的输入信号为新能源场站并网点的电网频率和母线电压，通过控制手段将频率和电压信号转到新能源机组和SVG进行调节，以实现并网点频率和电压稳定，其中场站协调有功控制如图3所示，其中Pplant为新能源场站输出的有功功率，Plant_ref为给定新能源场站有功功率参考值，freq为电网频率，freq_ref为给定频率参考值，fdb1为频率偏差死区负值，fdb2为频率偏差死区正值，Dup为频率上调下垂控制因子，Ddn为频率下调下垂控制因子，Dup_Pmax为增出力限制，Ddn_Pmin为降出力限制，Perrmax为下垂控制功率偏差上限，Perrmin为下垂控制功率偏差下限，PPOImax为厂站级有功 PI 控制输出上限，PPOImin为厂站级有功 PI 控制输出下限，Tlag为厂站级有功指令滞后时间常数，Trp为功率采样的时间常数，Trf为频率采样的时间常数，Pplant_flag为场站级频率调节开环、闭环控制置位信号，Freq_flag为频率调节置位信号，Pord为场站协调有功控制输出指令。

对于场站协调有功控制而言，可以依照***需求选取不同的控制方案。当Freq_flag为0时，无论Pplant_flag为1还是2，此时场站协调有功控制模式为定有功控制，即按照***有功指令输出有功；当Freq_flag为1，Pplant_flag为1时，此时场站协调有功控制模式为开环频率调节控制，基于***实际频率和给定频率参考值对***有功指令调整，输出有功。当Freq_flag为1，Pplant_flag为2时，此时场站协调有功控制模式为闭环频率调节控制，基于***实际频率和给定频率参考值对***有功指令调整，并通过场站实际输出有功反馈，输出有功。

场站协调无功控制如图4所示，其中Verg为新能源场站并网点电压，Vplant_ref为新能源场站并网点电压参考值，Qplant为新能源场站输出的无功功率，Qplant_ref为给定新能源场站无功功率参考值，PFplant为给定功率因数，Kc为无功下垂因子，Vpdb1为偏差死区负值，Vpdb2为偏差死区正值，Verrmax为偏差上限，Verrmin为偏差下限，Qpdb1为偏差死区负值，Qpdb2为偏差死区正值，Qerrmax为偏差上限，Qerrmin为偏差下限，QPOImax为无功PI控制输出上限，QPOImin为无功PI控制输出下限，Tft为时间常数，Tfv为时间常数，Trp为功率采样的时间常数,PFplant_flag为给定功率因数控制置位信号，Vcmp_flag为下垂控制置位信号，Qplant_flag为给定无功功率控制置位信号，Pord为场站协调有功控制输出指令。

对于场站协调无功控制而言，可以依照***需求选取不同的控制方案。当PFplant_flag为1，Qplant_flag为1，无论Vcmp_flag为1还是2，此时场站协调无功控制模式为定无功控制，即依照***无功指令输出无功；当PFplant_flag为2，Qplant_flag为1，无论Vcmp_flag为1还是2，此时场站协调无功控制模式为定功率因数控制模式，即依照给定的功率因数控制无功功率的输出；当Qplant_flag为2，Vcmp_flag为1，无论PFplant_flag为1还是2，此时场站协调无功控制模式为定电压控制，即依照给定的并网点电压参考值控制无功功率的输出；当Qplant_flag为2，Vcmp_flag为2，无论PFplant_flag为1还是2，此时场站协调无功控制模式为无功电压下垂控制，即依照给定的下垂因子与并网点电压参考值，控制无功功率的输出。

具体应用实施例如下：

依据某风电场实际收资情况，在PSASP程序中搭建了其详细拓扑结构，该场站共有66台风机，通过机电仿真模拟外送线路N-1故障，可以得到场站内单机及场站响应特性。

分别应用本申请提出的新能源场站级模型，与现有新能源场站单机倍乘模型及新能源场站详细模型进行仿真，对比分析三种模型结构的响应特性，结果表明本发明提出的新能源场站级模型在故障恢复阶段与详细拓扑模型的响应特性更贴近，误差更小。

综合考虑阻抗分布和功率分布的影响，将该场站详细模型等效为4机，如图5所示。

1.阻抗分群参数：

表5-1 阻抗分群参数

2.箱变系数：

箱变的电抗：共66台机，等效4机，则箱变R=0.299/66/4=0.01812p.u.,X=2.97/66/4=0.18p.u.。

3.初始功率分布：

共66台2MW机组，单元机组均满发功率平均分布，对比以下三种场站等值模型的仿真效果。

（1）单机倍乘132MW（66*2MW）

（2）详细模型132MW（66*2MW）

（3）场站模型132MW（33*2MW+33*2MW）

4.故障仿真分析

设置风电场外送交流35kV线路N-1故障扰动。

对比该风电场在详细模型、单机倍乘、场站模型三种情况下，将机端690V母线电压、场站外送35kV、220kV母线电压及送出有功功率、无功功率曲线对比如图6 至图10所示。

表5-2 三种模型交流线N-1故障风机机端暂态电压仿真结果

表5-3 三种模型交流线N-1故障场站35kV母线暂态过电压仿真结果

表5-4 三种模型交流线N-1故障风场外送220kV母线暂态过电压仿真结果

可以看出，本申请提出的新能源场站等值模型( 4机)仿真的结果与详细建模的结果更接近，精度比单机倍乘模型高，能够更准确地反映出新能源场站特性。在保证电网仿真规模和速度的前提下，更加精准化和真实地体现新能源场站的响应特性。解决仿真分析对新能源场站等值模型的需求问题。

基于同一发明构思，一种新能源场站级建模实用化等值装置1100，如图10，包括：

等值结构的组成确定单元1110，用于确定新能源场站的等值结构的组成；

等值机组数量确定单元1120，根据所述等值结构中的阻抗分布和功率分布，确定新能源场站的等值模型中的等值机组数量；

等值模型构建单元1130，用于根据所述等值机组数量，构建包含静止无功补偿装置和所述等值机组的新能源场站的等值模型。

优选的，新能源场站的等值结构的组成，包括：

等值新能源机组、等值箱式变压器、集电线路等值阻抗、主变压器和场站协调控制。

优选的，等值机组数量确定单元，包括：

等值机组数量n确定子单元，用于确定只考虑所述等值结构中的阻抗分布的等值机组数量n，n为正整数；

等值机组数量m确定子单元，用于确定只考虑所述等值结构中的功率分布的等值机组数量m，m为正整数；

等值机组数量为N确定子单元，用于根据所述阻抗分布的等值机组数量n和所述功率分布的等值机组数量m，确定同时考虑所述等值结构中的阻抗分布和功率分布的等值机组数量为N，N具体为，

N=n*m。

优选的，还包括：控制方式确定单元，用于确定所述等值机组的控制方式，所述控制方式与实际新能源机组的控制方式相同。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种新能源场站级建模实用化等值方法，其特征在于，包括：

确定新能源场站的等值机组的组成结构；

根据所述组成结构中的阻抗分布特性和功率分布特性，确定新能源场站的等值模型中的等值机组数量，包括：确定只考虑所述组成结构中的阻抗分布特性的等值机组数量n，n为正整数；确定只考虑所述组成结构中的功率分布特性的等值机组数量m，m为正整数；根据所述阻抗分布特性的等值机组数量n和所述功率分布特性的等值机组数量m，确定同时考虑所述组成结构中的阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量为N，N具体为，N=n*m；

根据所述等值机组数量，构建包含静止无功补偿装置和所述等值机组的新能源场站等值模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，新能源场站的等值机组的组成结构，包括：

等值新能源机组、等值箱式变压器、集电线路等值阻抗、主变压器和场站协调控制单元。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

所述阻抗分布特性的等值机组数量n和所述功率分布特性的等值机组数量m的取值分别为，n∈{1，2}，m∈{1，2};

根据n和m的取值，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N的取值为，N∈{1，2，4}。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据n和m的取值，确定阻抗分布和功率分布特性的等值机组数量N的取值为，N∈{1，2，4}，包括：

当n和m分别取值为1时，则通过考虑功率分布特性的等值机组1机*考虑阻抗分布的等值机组1机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为1；

当n取值为2，m取值为1时，则通过考虑功率分布特性的等值机组2机*考虑阻抗分布特性的等值机组1机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为2；

当n取值为1，m取值为2时，则通过考虑功率分布特性的等值机组1机*考虑阻抗分布特性的等值机组2机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为2；

当n和m分别取值为2时，则通过考虑功率分布特性的等值机组2机*考虑阻抗分布特性的等值机组2机，确定阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量N为4。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：确定所述等值机组的控制方式，所述控制方式与实际新能源机组的控制方式相同。

6.一种新能源场站级建模实用化等值装置，其特征在于，包括：

等值机组确定单元，用于确定新能源场站的等值机组的组成结构；

等值机组数量确定单元，根据所述组成结构中的阻抗分布特性和功率分布特性，确定新能源场站的等值模型中的等值机组数量，包括：等值机组数量n确定子单元，用于确定只考虑所述组成结构中的阻抗分布特性的等值机组数量n，n为正整数；等值机组数量m确定子单元，用于确定只考虑所述组成结构中的功率分布特性的等值机组数量m，m为正整数；等值机组数量为N确定子单元，用于根据所述阻抗分布特性的等值机组数量n和所述功率分布特性的等值机组数量m，确定同时考虑所述组成结构中的阻抗分布特性和功率分布特性的等值机组数量为N，N具体为，N=n*m ；

等值模型构建单元，用于根据所述等值机组数量，构建包含静止无功补偿装置和所述等值机组的新能源场站等值模型。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，新能源场站的等值机组的组成结构，包括：

等值新能源机组、等值箱式变压器、集电线路等值阻抗、静止无功补偿器、主变压器和场站协调控制单元。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：控制方式确定单元，用于确定所述等值机组的控制方式，所述控制方式与实际新能源机组的控制方式相同。

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