CN116031898B - 一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法及***，基于有功电流冲击指标APCI对大规模风电进入低电压穿越导致的有功冲击的量化评价作用，提出的调相机优化配置策略方法简单，易于实现，可以显著减小风电进入低电压穿越的规模，提升了新能源接入后的电压支撑强度的同时提升了频率稳定性，保证了电网的高效安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于电网调制相关技术领域，尤其涉及一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法及***。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
构建以新能源为主体的新型电力***是实现这一战略目标的重要途径。目前，我国新能源发展方兴未艾，截至2020年全国全口径非化石能源发电装机容量合计9.8亿kW，占总发电装机容量的比重为44.8％，预计2030年风力、光伏发电的装机容量将达到13亿千瓦，新能源的渗透率将超过100％，随着高比例新能源的接入，电网的结构和稳定性发生了深刻的变化。
新能源场站通过电力电子设备并网，具有控制灵活、响应速度快的特征，但其耐压过流能力较弱。在***出现交直流故障时，电网的电压跌落会直接反应在风机定子端电压上，进而感生出较大的转子电流和转子电动势，导致转子电路的电压电流大幅上升。
虽然低电压穿越的控制策略保证了风机能够不脱网运行，但进入低电压穿越的风电机组会切换到无功功率优先的模式，在此模式下，风电机组能够输出的有功功率会大幅度降低，从而导致电网的功率不平衡，对电网产生较为严重的功率冲击。随着新能源的广泛大规模接入以及电网之间电气距离的不断缩短，低穿的影响范围将会越来越大。
关于大规模风电低穿对电网频率稳定性能的影响，文献“电网故障导致大面积风电低电压穿越对电网频率的影响分析及措施[J].电网技术,2021,45(09):3505-3514”揭示了未来电网单一故障造成的大面积风电机组低电压穿越对电网频率的影响，分析了风电低穿后频率不同阶段的特点及各主要影响因素，并探讨了降低大面积风电低电压穿越对电网频率的影响措施。文献“Study i ng the Max imum I nstantaneous Non-SynchronousGenerat i on i n an I s l and System—Frequency Stab i l ity Cha l l enges inI re l and,"i n I EEE Transact ions on Power Systems,vo l.29,no.6,pp.2943-2951,Nov.2014”研究指出若低穿导致的低频触发风机频率变化率保护，会导致低频减载等一系列的问题。文献“风光涉网性能对宁夏电网第三道防线的影响[J].电测与仪表,2016,53(18):63-68,92.”分析了无功补偿装置SVG对低穿导致的功率缺额的影响，分析指出SVG可提供电压支撑，从而避免后续的频率问题。
针对大规模风电低穿短时功率冲击的应对方法，文献“电网故障导致大面积风电低电压穿越对电网频率的影响分析及措施[J].电网技术,2021,45(09):3505-3514.”指出保障电网的惯量水平、开展新能源虚拟惯量改造等方法可以降低功率冲击。但提出的措施仅依靠仿真结果，并没有提出具体的控制策略。从低电压穿越的过程来看，可以通过调整低穿期间的有功功率下降量和低穿恢复期间的有功恢复速率来减小功率冲击对频率造成的影响。文献“Impact of vo ltage d ip i nduced de l ayed act i ve power recoveryon wi nd i ntegrated power systems[J].Contro lEngi neer i ng Pract i ce,2017,61(APR.):124-133.”和“Impact of K-factor and act i ve current reduct i on duri ng fau lt-r ide-through of generat i ng un its connected v ia vo ltage-sourced converters on power system stab i l ity[J].I ET renewab l e powergenerat ion,2015,9(1):25-36.”对风电机组的有功恢复特性进行了研究，并指出风电机组的有功恢复速率会受到机械载荷限制，如有功恢复过慢会严重影响***的频率稳定性。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法及***，基于有功电流冲击指标APCI对大规模风电进入低电压穿越导致的有功冲击的量化评价作用，提出的调相机优化配置策略方法简单，易于实现，可以显著减小风电进入低电压穿越的规模，提升了新能源接入后的电压支撑强度的同时提升了频率稳定性，保证了电网的高效安全稳定运行。
为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法，包括：
将调相机接入含有风电机组的电网节点；
以最大化调相机的节点电压支撑效果以及使风电机组进入低电压穿越导致的有功冲击量APC I最小为优化目标，对调相机接入电网节点的位置进行优化配置。
本发明的第二个方面提供一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置***，包括：
接入模块：将调相机接入含有风电机组的电网节点；
优化配置模块：以最大化调相机的节点电压支撑效果以及使风电机组进入低电压穿越导致的有功冲击量APCI最小为优化目标，对调相机接入电网节点的位置进行优化配置。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述第一方面中所述的一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如上述第一方面中所述的一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法的步骤。
以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
本发明基于有功电流冲击指标APCI对大规模风电进入低电压穿越导致的有功冲击的量化评价作用，提出的调相机优化配置策略方法简单，易于实现，可以显著减小风电进入低电压穿越的规模，提升了新能源接入后的电压支撑强度的同时提升了频率稳定性，保证了电网的高效安全稳定运行。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一中机组的电压源-次暂态电抗等效模型；
图2为本发明实施例一中调相机接入对***的影响；
图3为本发明实施例一中调相机配置流程图；
图4为本发明实施例一中仿真***结构示意图；
图5为本发明实施例一中调相机接入前后WF1并网点电压变化；
图6为本发明实施例一中调相机接入前后***频率变化；
图7为本发明实施例一中调相机接入前后APCI变化。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例一
本实施例公开了一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法，包括：
将调相机接入含有风电机组的电网节点；
以最大化调相机的节点电压支撑以及使风电机组进入低电压穿越导致的有功冲击量APCI最小为优化目标，对调相机接入电网节点的位置进行优化配置。
电力***电压稳定指电力***受到小的或大的扰动后，***电压能够保持或恢复到允许的范围内，不发生电压崩溃的能力。在研究大规模风电进入低电压穿越的场景下，由于电压变化的时间尺度较小，此时电网中的慢速控制如自动电压调节装置、静态无功补偿设备、励磁过励限制、负荷频率控制未来得及动作，暂态电压稳定与***的故障类型与位置和动态无功支撑能力紧密相关。为简化分析，将***中的所有电源等效为电压源串联等效直轴次暂态电抗的***模型，如图1所示，同步机的直轴次暂态电抗较小，提供短路电流的能力强；新能源机组的等效直轴次暂态电抗较大，提供短路电流能力弱。
对于同步机而言，其直轴次暂态电抗Xd”作为其机组自身的参数，一般的汽轮发电机取值为0.12-0.25，水轮发电机取值为0.15-0.35，根据故障机电暂态时间尺度下的电压响应特性，可以得出直轴次暂态电抗与过流能力的关系：
其中，Imax为机组提供的最大短路电流，E为机组的内电势，在此处取为1p.u.。
根据公式(1)可以得出，由于同步机自身Xd”较小，所以其提供短路电流的能力较强，即过电流能力较强，可以提供较高的无功支撑。
而对于电力电子设备器件并网的新能源机组，为防止电力电子设备器件的损坏，目前设计上仅允许其具有1.2或1.5倍额定电流的过电流能力，即：
Imax＝(1.2-1.5)IN (2)
其中IN为新能源机组的额定电流，此处也取为1p.u.。则新能源机组的等效直轴次暂态电抗的大小可以表征为：
由式(3)可以得出新能源机组提供短路电流的能力相较于同步机有较大的下降，新能源机组不再具备常规同步发电机组的电压支撑能力，故新能源广泛接入电网之后电压稳定性有所降低。
电压跌落在在电网中的传递机理：假设在调相机接入电网之前，电网已经形成，电网的线路参数及网络拓扑已经给定，电网具有n个节点，发电机组均采用上述提及的等效直轴次暂态电抗模型，则可以根据给定条件生成n阶节点阻抗矩阵Z0:
根据生成的节点阻抗矩阵，任意节点i处故障导致的电压跌落ΔUi引起的其他节点j处的电压跌落ΔUj均可以通过节点阻抗矩阵中的自阻抗Zii和互阻Zij量化表示：
式中ΔUi为节点i处的电压跌落量，ΔUj为节点j处的电压跌落量，Zii为节点i的自阻抗，Zij和Zji为节点i和j之间的互阻抗，由于节点阻抗矩阵为对称阵，故Zij＝Zji，i＝1,2,……n；j＝1,2,……n。
当故障发生位置不在母线上而在线路上时，接地故障点相当于在电网中增加了一个虚拟节点，即电网变为n+1节点，假设若母线M、N之间发生了单相接地故障，此时应对原有的节点阻抗矩阵Z0进行增广：
修改后的节点阻抗矩阵Z前n行、n列元素与故障之前的节点阻抗矩阵Z0中的元素相同，新添加的元素为：
其中，Z(:,r1)、Z(r1,:)为原有节点与虚拟节点r1之间的互阻抗向量；Zr1r1为虚拟节点r1的自阻抗，，B(:,1)、C(:,1)、B(1,:)、C(1,:)、A11_0、A11_1、A11_2为由电力***网络参数确定的常数向量或常数，x为故障点距母线M的距离与母线M、N之间距离的比值。
综上所述，当单相接地短路故障发生在线路上时，电压跌落在电网中的传递公式变为：
其中Zr1j为虚拟节点r1和电网中其他节点j的互阻抗，j＝1,2,……n，ΔUr1为虚拟节点r1故障导致的电压跌落量。
在本实施例中，为了避免故障时电力电子器件的损坏和新能源机组的脱网，新能源机组换流器普遍具有低电压穿越的能力。为确保本文所提调相机优化配置策略具有普适性，选取以下三种风电机组的低电压穿越策略：
(1)低电压穿越策略1：风电机组在低电压穿越期间有功出力为0。
我国要求风电机组在并网点电压高于0.9p.u.时能够正常运行，在电压低于0.9p.u.时进入低电压穿越模式，能够不脱网运行。目前大部分风机采用低穿期间不输出有功功率的控制策略，该低穿策略对***造成的有功冲击是最大的。
定义选择函数hi：
其中Ui为采用该控制策略的风机的并网点电压。
则该控制策略下风机能够输出的有功电流IP为：
IP＝hi·I'P (10)
式中hi为选择函数，I’P为正常工况下风机输出的有功电流，IP为低电压穿越工况下风机输出的有功电流。
(2)低电压穿越策略2：风电机组在低穿期间有功出力与端电压呈线性关系。
本实施例设置了一种新的风电机组在低电压穿越期间的有功出力策略，即低穿期间风电机组的有功电流出力与其并网点的端电压成比例，则该控制策略在低穿期间的有功出力为：
其中IP为风电机组在低电压穿越期间的有功出力，Ki为比例常数，根据风机运行的具体情况进行设定，UN为风机并网点处的额定电压，此处取为1p.u.，Ui为风机并网点电压。
(3)低电压穿越策略3：风电机组在低穿期间有功出力与端电压呈非线性关系。
风电机组低电压穿越期间在满足电压跌落时的无功电流需求的同时充分利用自身的过流能力提供有功电流来支撑电网中的有功和无功的控制策略目前也已经得到了广泛应用。其提供的有功电流可以表示为：
其中IP为有功电流，Imax为风机的最大过电流，IQ为无功电流。
我国要求风电和光伏***在电压每跌落1％至少提供1.5％的额定无功电流。则当风电机组并网点电压处于0.2p.u.-0.9p.u.的范围时，风电机组网侧变流器的无功输出电流参考值为：
IQ＝1.5(0.9-Ui)IN (13)
其中Ui为故障区间内第i台风电机组并网点电压的标幺值，IN为风电机组的额定电流。
综上所述故障时的有功电流可以表征为：
式中Ui为风机并网点电压。
在本实施例中，为了衡量电网中某个节点发生故障导致大规模风电进入低电压穿越造成的短时有功冲击的大小，提出了一种新的评价有功冲击大小的指标——有功电流冲击指标APCI(Active Power Current Impulse，APCI)。设定故障前全网电压均为1p.u.，假设电网中的第i个节点处发生故障导致了ΔUi的压降，则该故障造成的有功冲击APCI计算方法为：
定义节点电压识别函数Dj：
则采用控制策略1的风机低穿期间对电网造成的有功冲击APCII可以表示为：
式中k为电网中采用控制策略1的风机总台数，其并网节点为1,2,……k，I’P.x为该k台风机在正常情况下输出的有功电流。
采用控制策略2的风机低穿期间对电网造成的有功冲击APCIII可以表示为：
式中l为电网中采用控制策略2的风机总台数，其并网节点为k+1,k+2,……k+l，I’P.y为该l台风机在正常情况下输出的有功电流。
采用控制策略3的风机低穿期间对电网造成的有功冲击APCIIII可以表示为：
式中s为电网中采用控制策略3的风机总台数，其并网节点为k+l+1,k+l+2,……k+l+s，I’P.z为该s台风机在正常情况下输出的有功电流，Imax.z为该s台风机的最大过电流。
综上所述，若某电力***的风机采用了上述三种控制策略，则该电力***中第i个节点发生故障造成的有功冲击APCI为：
APCIi＝APCII+APCIII+APCIIII (19)
在本实施例中，当调相机接入位置处的母线电压发生突变时，调相机会进行无功响应来抑制母线电压的变化，其无功响应可以分为两个部分：一部分是基于调相机物理特性的自发无功响应。在电网电压变化的瞬间自然产生，基本不需要响应时间，该自发响应随时间衰减；另一部分是基于调相机励磁控制的无功响应。由于励磁***动作需要时间，这部分无功无法立刻产生，需要一定的响应时间。其中，电机的自发无功响应对电压控制起到直接作用，由电机自身的瞬态特性反应提供：
其中：id为调相机直轴电流；Xd为直轴稳态电抗；Xd’为直轴暂态电抗；Xd”为直轴次暂态电抗；Eq0’为暂态内电势；Eq0为空载电势；U0-为突变前机端电压；U0+为突变后机端电压；Td’为直轴暂态短路时间常数；Td”为直轴次暂态短路时间常数；Ta为定子绕组暂态时间常数，对应于abc***中定子非周期电流分量衰减时间常数；ω为同步角速度；δ0为短路前机组初相角。
由式(20)可见，故障后的瞬时无功出力大小主要由电压变化幅度与次暂态电抗确定，电压变化幅度越大，次暂态电抗越小，瞬时无功出力越大。
如图2所示，在原有的n节点电力***的节点i处接入调相机后，则可以认为电网中追加了对地并联的链支zio。
则其接入后对***的节点阻抗矩阵的影响为：
其中Zi＝[Z1i…Zii…Zni]，为节点阻抗矩阵Z的第i行，ZiT为Zi的转置矩阵。将矩阵展开，则Z’的任意元素可以表示为：
其中p＝1,2,…,n；q＝1,2,…,n。
由上式可知当电网中加入并联调相机支路后，节点阻抗矩阵所有元素都会减小，其中Zii减小最多。
则调相机接入后，式(5)更改为：
由式(19)易知：
即电力***遭受的短时有功冲击的大小与风机并网点处的电压跌落量呈正相关。
综上所述，调相机通过抑制电压跌落在电力***中的传递进而抑制有功冲击APCI的大小。
在本实施中，通过在电网中配置调相机，发挥其动态无功支撑性能，可以有效改善故障发生时风机并网点处的电压跌落，提升电网电压支撑能力。优化配置同步调相机的目标是最大化调相机的节点电压支撑效果的同时使风电机组进入低电压穿越导致的有功冲击量APCI最小，减小风电机组进入低电压穿越对***频率的冲击。因此可以得到调相机优化配置目标为：
minS＝minAPCI (25)
其中，S为调相机总配置容量，APCI为风机进入低电压穿越导致的有功冲击总和。
在电力***发生的所有短路故障类型中，单相接地短路故障占比为65％。因此选用母线单相接地短路与线路单相接地短路故障作为预想事故集。
以预想事故集及电网的参数和拓扑等数据为基础，提出的调相机配置策略流程图如图3所示，具体配置策略为：
步骤1：对***的节点进行重新编号，采用控制策略1的风机并网点编号为1,2,……k，采用控制策略2的风机并网点编号为k+1,k+2,……k+l，采用控制策略3的风机并网点编号为k+l+1,k+l+2,……k+l+s；
步骤2：根据给定的电网参数及网络拓扑生成电网的节点导纳矩阵Y，并对节点导纳矩阵求解逆矩阵生成节点阻抗矩阵Z；
步骤3：根据故障集设定母线故障，计算各条母线故障导致的有功电流冲击APCIi；
其中，k为电网中采用控制策略1的风机总台数，其并网节点为1,2,……k，I’P.x为该k台风机在正常情况下输出的有功电流；l为电网中采用控制策略2的风机总台数，其并网节点为k+1,k+2,……k+l，I’P.y为该l台风机在正常情况下输出的有功电流，Ziy为故障点i与第y台风机并网母线之间的互阻抗，Zii为故障点i所在节点的自阻抗，ΔUi为故障点i处的电压跌落；s为电网中采用控制策略3的风机总台数，其并网节点为k+l+1,k+l+2,……k+l+s，I’P.z为该s台风机在正常情况下输出的有功电流，Imax.z为该s台风机的最大过电流，Ziz为故障点i与第z台风机并网母线之间的互阻抗，Zii为故障点i所在节点的自阻抗，ΔUi为故障点i处的电压跌落。
步骤4：根据故障集设定线路故障，同时根据线路故障接地的虚拟节点对节点阻抗矩阵Z进行增广处理，计算各线路故障导致的有功电流冲击APCIj；
其中，Zr1y为虚拟节点r1与第y台风机并网母线之间的互阻抗，Zr1r1为虚拟节点r1的自阻抗，ΔUr1为虚拟节点r1处的电压跌落，Zr1z为虚拟节点r1与第z台风机并网母线之间的互阻抗。
步骤5：比较各母线故障与各线路故障导致的有功电流冲击APCI的大小，选取APCI最大的故障点为故障冲击节点；
步骤6：设定故障冲击节点处发生故障，计算全网各母线分别配置容量为300MVar的调相机后的有功电流冲击APCI，APCI最小的节点即为调相机配置灵敏性最高的节点，即为配置调相机最优的节点。
其中，Z’iy为调相机接入后故障点i与第y台风机并网母线之间的互阻抗，Z’ii为调相机接入后故障点i所在节点的自阻抗，ΔUi为故障点i处的电压跌落，Z’iz为调相机接入后故障点i与第z台风机并网母线之间的互阻抗。
步骤7：根据调相机接入后电力***发生预想事故后的频率跌落是否满足电力***低频防线的需求，若达到了需求则停止调相机的配置，否则继续步骤1筛选第2台调相机的配置位置，直至满足电网的需求。
为验证本实施所提出的调相机优化配置策略对故障引起的大规模风电短时功率冲击的抑制效果，选取多个风电场接入的新英格兰10机39节点***，其结构如图4所示。***中共包含5个风电场，分别通过节点8、10、21、23、29接入***，将其编号为WF1～WF5。每个风电场内均含有40台容量为5MW的风机。其中WF1的风机采用控制策略1；WF2、WF3的风机采用控制策略2，选定K2＝0.8，K3＝0.7；WF4、WF5的风机采用控制策略3。
在新能源大发工况下，单相接地短路故障会导致全网风电机组进入低电压穿越。选取39节点***所有母线与线路处分别发生持续时间为0.1s的a相接地短路故障为预想事故集，在此集合内求解有功冲击指标，并采用DIgSILENT/PowerFactory仿真软件进行验证。
基于上文提及的配置流程与仿真模型，对本实施所提的调相机配置策略进行算例分析，计算结果如下所示：
表1调相机配置前后的APCI
对全网的故障集进行计算可得，节点16发生故障导致的有功冲击最大，为67.44，选取节点16为故障冲击节点。设定节点16发生故障，对调相机配置节点进行计算，可以得到在节点10处配置调相机对有功冲击的抑制作用最强，即调相机配置的灵敏性最高，此时节点16发生故障对全网造成的有功冲击APCI为34.30，可以看到采用本实施例的调相机配置策略后，故障造成的有功冲击减少至原来的一半左右。
如图5所示，为节点16发生故障时风电场WF1并网点在调相机接入前后的电压响应波形，在调相机接入前风电场并网点电压因短路故障跌落至0.828p.u.，导致WF1的全部风电机组进入低电压穿越，对全网造成了相当于整个风电场脱网的有功冲击，恶化了***的频率响应，如图6所示，风电低电压穿越造成的有功冲击甚至可能触及电力***的低频防线，严重时可能导致***崩溃；调相机接入后，WF1并网点电压因调相机的动态电压支撑性能抬升至0.9p.u.以上，避免了WF1的风电机组进入低电压穿越，抑制了短时功率冲击，提升了因风电机组低电压穿越引发的频率最低点，如图6所示，防止了***因为功率缺额触发低频减载，同时，调相机的接入抑制了故障切除后风机并网母线电压的波动，使母线电压更平稳。
为确保本实施例提出的策略不仅仅能够支持节点16故障时的***电压，本实施例对其他***节点故障时的APCI进行分析，如图7所示，可以看出在本实施例的调相机配置策略下，***中各节点发生故障导致的有功冲击APCI均有所下降，由于调相机配置在节点10，节点10发生故障屏蔽了调相机的动态电压支撑性能，因此节点10的APCI不变。
综上所述，在本实施例算例选取的故障集中，调相机均能够发挥其动态电压支撑作用，抑制风电机组进入低电压穿越的面积，在提升电网电压支撑强度的同时避免了***的频率问题。
本实施例基于有功电流冲击指标APCI对大规模风电进入低电压穿越导致的有功冲击的量化评价作用，所提出的调相机优化配置策略方法简单，易于实现，可以显著减小风电进入低电压穿越的规模，提升了新能源接入后的电压支撑强度的同时提升了频率稳定性，保证了电网的高效安全稳定运行。
实施例二
本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述方法的步骤。
实施例三
本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述方法的步骤。
实施例四
本实施例的目的是提供一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置***，包括：
接入模块：将调相机接入含有风电机组的电网节点；
优化配置模块：以最大化调相机的节点电压支撑效果以及使风电机组进入低电压穿越导致的有功冲击量APCI最小为优化目标，对调相机接入电网节点的位置进行优化配置。
以上实施例二、三和四的装置中涉及的各步骤与方法实施例一相对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本发明中的任一方法。
本领域技术人员应该明白，上述本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (8)
1.一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法，其特征在于，包括：
将调相机接入含有风电机组的电网节点；
以最大化调相机的节点电压支撑效果以及使风电机组进入低电压穿越导致的有功电流冲击量APCI最小为优化目标，对调相机接入电网节点的位置进行优化配置；
风电机组所采用的低压穿越策略具体为：控制策略1：风电机组在低电压穿越期间有功出力为0；控制策略2：风电机组在低穿期间有功出力与端电压呈线性关系；控制策略3：风电机组在低穿期间有功出力与端电压呈非线性关系；
对调相机接入电网节点的位置进行优化配置，具体包括：
步骤1：根据给定的电网参数以及网络拓扑生成电网的节点导纳矩阵，并对节点导纳矩阵求解逆矩阵生成节点阻抗矩阵；
步骤2：根据故障集设定母线故障，计算各条母线故障导致的有功电流冲击量APCIi；
步骤3：根据故障集设定线路故障，同时根据线路故障接地的虚拟节点对节点阻抗矩阵进行增广处理，计算各线路故障导致的有功电流冲击量APCIj；
步骤4：比较各母线故障与各线路故障导致的有功电流冲击量APCI的大小，选取APCI最大的故障点为故障冲击节点；
步骤5：设定故障冲击节点处发生故障，计算全网各母线分别配置调相机后的有功电流冲击量APCI，APCI最小的节点即为调相机配置灵敏性最高的节点，即为配置调相机最优的节点；
步骤6：根据调相机接入后电力***发生预想事故后的频率跌落是否满足电力***低频防线的需求，若达到了需求则停止调相机的配置，否则继续步骤1筛选第2台调相机的配置位置，直至满足电网的需求。
2.如权利要求1所述的一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法，其特征在于，在步骤2中，各条母线故障导致的有功电流冲击量APCIi的计算公式为：
APCIi＝APCII+APCIII+APCIIII
采用控制策略1的风机低穿期间对电网造成的有功电流冲击量APCII可以表示为：
采用控制策略2的风机低穿期间对电网造成的有功电流冲击量APCIII可以表示为：
其中，Ziy为故障点i与第y台风机并网母线之间的互阻抗，Zii为故障点i所在节点的自阻抗，ΔUi为故障点i处的电压跌落；
采用控制策略3的风机低穿期间对电网造成的有功电流冲击量APCIIII可以表示为：
其中，k为电网中采用控制策略1的风机总台数，I’P.x为该k台风机在正常情况下输出的有功电流；l为电网中采用控制策略2的风机总台数，I’P.y为该l台风机在正常情况下输出的有功电流；s为电网中采用控制策略3的风机总台数，I’P.z为该s台风机在正常情况下输出的有功电流，Imax.z为该s台风机的最大过电流；Ziz为故障点i与第z台风机并网母线之间的互阻抗。
3.如权利要求2所述的一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法，其特征在于，在步骤3中，各线路故障导致的有功电流冲击量APCIj的计算为：
其中，Zr1y为虚拟节点r1与第y台风机并网母线之间的互阻抗，Zr1r1为虚拟节点r1的自阻抗，ΔUr1为虚拟节点r1处的电压跌落，Zr1z为虚拟节点r1与第z台风机并网母线之间的互阻抗。
4.如权利要求3所述的一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法，其特征在于，在步骤5中，全网各母线分别配置调相机后的有功电流冲击量APCI’的计算为：
其中，Z’iy为调相机接入后故障点i与第y台风机并网母线之间的互阻抗，Z’ii为调相机接入后故障点i所在节点的自阻抗，ΔUi为故障点i处的电压跌落，Z’iz为调相机接入后故障点i与第z台风机并网母线之间的互阻抗。
5.一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置***，其特征在于，包括：
接入模块：将调相机接入含有风电机组的电网节点；
优化配置模块：以最大化调相机的节点电压支撑效果以及使风电机组进入低电压穿越导致的有功电流冲击量APCI最小为优化目标，对调相机接入电网节点的位置进行优化配置；
风电机组所采用的低压穿越策略具体为：控制策略1：风电机组在低电压穿越期间有功出力为0；控制策略2：风电机组在低穿期间有功出力与端电压呈线性关系；控制策略3：风电机组在低穿期间有功出力与端电压呈非线性关系；
对调相机接入电网节点的位置进行优化配置，具体包括：
步骤1：根据给定的电网参数以及网络拓扑生成电网的节点导纳矩阵，并对节点导纳矩阵求解逆矩阵生成节点阻抗矩阵；
步骤2：根据故障集设定母线故障，计算各条母线故障导致的有功电流冲击量APCIi；
步骤3：根据故障集设定线路故障，同时根据线路故障接地的虚拟节点对节点阻抗矩阵进行增广处理，计算各线路故障导致的有功电流冲击量APCIj；
步骤4：比较各母线故障与各线路故障导致的有功电流冲击量APCI的大小，选取APCI最大的故障点为故障冲击节点；
步骤5：设定故障冲击节点处发生故障，计算全网各母线分别配置调相机后的有功电流冲击量APCI，APCI最小的节点即为调相机配置灵敏性最高的节点，即为配置调相机最优的节点；
步骤6：根据调相机接入后电力***发生预想事故后的频率跌落是否满足电力***低频防线的需求，若达到了需求则停止调相机的配置，否则继续步骤1筛选第2台调相机的配置位置，直至满足电网的需求。
6.如权利要求5所述的一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置***，其特征在于，在所述优化配置模块中，对调相机接入电网节点的位置进行优化配置，具体包括：
步骤1：根据给定的电网参数以及网络拓扑生成电网的节点导纳矩阵，并对节点导纳矩阵求解逆矩阵生成节点阻抗矩阵；
步骤2：根据故障集设定母线故障，计算各条母线故障导致的有功电流冲击量APCIi；
步骤3：根据故障集设定线路故障，同时根据线路故障接地的虚拟节点对节点阻抗矩阵进行增广处理，计算各线路故障导致的有功电流冲击量APCIj；
步骤4：比较各母线故障与各线路故障导致的有功电流冲击量APCI的大小，选取APCI最大的故障点为故障冲击节点；
步骤5：设定故障冲击节点处发生故障，计算全网各母线分别配置调相机后的有功电流冲击量APCI，APCI最小的节点即为调相机配置灵敏性最高的节点，即为配置调相机最优的节点；
步骤6：根据调相机接入后电力***发生预想事故后的频率跌落是否满足电力***低频防线的需求，若达到了需求则停止调相机的配置，否则继续步骤1筛选第2台调相机的配置位置，直至满足电网的需求。
7.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至4任一项所述的一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至4任一项所述的一种抑制短时有功冲击的调相机优化配置方法的步骤。
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|---|---|
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Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102664427A (zh) * | 2012-05-25 | 2012-09-12 | 华北电力大学（保定） | 永磁直驱风电机组低电压穿越时有功和无功协调控制方法 |
| WO2014079278A1 (zh) * | 2012-11-22 | 2014-05-30 | 国家电网公司 | 一种大规模风电外送***的无功补偿设备配置方法 |
| CN104362678A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-02-18 | 国家电网公司 | 一种风电场接入对局部电网影响应对措施的分析方法 |
| CN106611965A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-03 | 中国电力科学研究院 | 预防大规模风电频繁穿越的风电场协调控制方法及*** |
| CN107579540A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-01-12 | 河海大学 | 一种基于hvac并网的海上风电场综合故障穿越方法 |
| CN107591839A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-01-16 | 江苏大学 | 基于励磁状态分析的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法 |
| CN107994607A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-04 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种风电场无功补偿装置的容量优化配置方法及*** |
| US10581247B1 (en) * | 2019-05-06 | 2020-03-03 | General Electric Company | System and method for reactive power control of wind turbines in a wind farm supported with auxiliary reactive power compensation |
| CN111799813A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-20 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法 |
| WO2021103482A1 (zh) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | 新疆金风科技股份有限公司 | 风电机组的无功功率控制方法、装置以及风电场 |
| CN113054686A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-06-29 | 东北电力大学 | 一种永磁风电机组的低电压穿越控制方法及装置 |
| CN113517719A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-10-19 | 华北电力大学（保定） | 一种全功率变流的风电机组高电压穿越控制策略 |
| WO2021258508A1 (zh) * | 2020-06-22 | 2021-12-30 | 山东大学 | 一种风力发电机低电压穿越控制方法及*** |
| CN114626575A (zh) * | 2022-02-07 | 2022-06-14 | 三峡大学 | 考虑暂态电压稳定的含高渗透率风电的受端电网无功规划方法 |
| CN115133569A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-09-30 | 国网浙江省电力有限公司台州供电公司 | 用于永磁直驱风机经低频输电并网的故障穿越方法 |
-
2022
- 2022-12-23 CN CN202211662578.4A patent/CN116031898B/zh active Active
Patent Citations (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102664427A (zh) * | 2012-05-25 | 2012-09-12 | 华北电力大学（保定） | 永磁直驱风电机组低电压穿越时有功和无功协调控制方法 |
| WO2014079278A1 (zh) * | 2012-11-22 | 2014-05-30 | 国家电网公司 | 一种大规模风电外送***的无功补偿设备配置方法 |
| CN104362678A (zh) * | 2014-11-21 | 2015-02-18 | 国家电网公司 | 一种风电场接入对局部电网影响应对措施的分析方法 |
| CN106611965A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-03 | 中国电力科学研究院 | 预防大规模风电频繁穿越的风电场协调控制方法及*** |
| CN107579540A (zh) * | 2017-08-18 | 2018-01-12 | 河海大学 | 一种基于hvac并网的海上风电场综合故障穿越方法 |
| CN107591839A (zh) * | 2017-09-25 | 2018-01-16 | 江苏大学 | 基于励磁状态分析的虚拟同步发电机低电压穿越控制方法 |
| CN107994607A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-05-04 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种风电场无功补偿装置的容量优化配置方法及*** |
| US10581247B1 (en) * | 2019-05-06 | 2020-03-03 | General Electric Company | System and method for reactive power control of wind turbines in a wind farm supported with auxiliary reactive power compensation |
| WO2021103482A1 (zh) * | 2019-11-26 | 2021-06-03 | 新疆金风科技股份有限公司 | 风电机组的无功功率控制方法、装置以及风电场 |
| WO2021258508A1 (zh) * | 2020-06-22 | 2021-12-30 | 山东大学 | 一种风力发电机低电压穿越控制方法及*** |
| CN111799813A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-10-20 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 计及风电机组无功调节的海上风电场无功优化配置方法 |
| CN113054686A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-06-29 | 东北电力大学 | 一种永磁风电机组的低电压穿越控制方法及装置 |
| CN113517719A (zh) * | 2021-08-27 | 2021-10-19 | 华北电力大学（保定） | 一种全功率变流的风电机组高电压穿越控制策略 |
| CN114626575A (zh) * | 2022-02-07 | 2022-06-14 | 三峡大学 | 考虑暂态电压稳定的含高渗透率风电的受端电网无功规划方法 |
| CN115133569A (zh) * | 2022-05-07 | 2022-09-30 | 国网浙江省电力有限公司台州供电公司 | 用于永磁直驱风机经低频输电并网的故障穿越方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Low-Voltage Ride-Through Control Strategy for Direct-Driven Wind Power System Based on Quasi-Proportional Resonant Controller;Yang Liu;《2019 IEEE 8th International Conference on Advanced Power System Automation and Protection (APAP)》;20201015;第1322-1326页 * |
| 利用调相机提升送端双馈风机高电压穿越能力的协调控制;詹锦;陈波;熊永新;程思萌;姚伟;陶翔;文劲宇;;电力***保护与控制;20200916(第18期);第59-68页 * |
| 基于定子侧新型Crowbar的双馈发电机低电压穿越研究;张建华;丁磊;戴春蕾;沈浩然;于东霞;;电气传动;20161010(第07期);第44-50页 * |
| 提升电网电压支撑强度的调相机优化配置方法;周莹坤;《电网技术》;20221031;第46卷(第10期);第3848-3856页 * |
| 永磁直驱风电机组低电压穿越时的有功和无功协调控制;李和明;董淑惠;王毅;任亚钊;;电工技术学报;20130526(第5期);第73-81页 * |
| 电网故障导致大面积风电低电压穿越对 电网频率的影响分析及措施;刘洋;《电网技术》;20210930;第3505-3513页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116031898A (zh) | 2023-04-28 |
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