本發(fā)明涉及新能源并網(wǎng)，并且更具體地，涉及一種維持電壓穩(wěn)定的風(fēng)電場群動態(tài)無功容量需求計(jì)算的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)電場群接入電網(wǎng)后，在故障擾動下應(yīng)建立合理的無功電壓平衡點(diǎn)，進(jìn)而維持風(fēng)電并網(wǎng)后的電壓穩(wěn)定性，防止風(fēng)電機(jī)組持續(xù)進(jìn)出故障穿越，出現(xiàn)進(jìn)一步?jīng)_擊電網(wǎng)安全穩(wěn)定性等問題。尤其隨著風(fēng)電接入容量的逐步增大、短路比的不斷降低，風(fēng)電并網(wǎng)電壓穩(wěn)定問題以及機(jī)組故障穿越問題更加突出。為了提升風(fēng)電場群接入后的電壓穩(wěn)定性及防控風(fēng)電持續(xù)進(jìn)出故障穿越問題，在故障擾動下風(fēng)電場需具備為電網(wǎng)提供動態(tài)無功支撐的能力。按照《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》，風(fēng)電場接入需要配備足夠的、多類型無功源，一般而言，除了風(fēng)機(jī)自身可輸出動態(tài)無功，還可裝設(shè)svg等動態(tài)無功補(bǔ)償裝置。

2、風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組、svg動態(tài)補(bǔ)償?shù)榷囝愋蜔o功源協(xié)同提供動態(tài)無功支撐。其中，風(fēng)電機(jī)組提供動態(tài)無功支撐一般分為兩種情況：一是故障穿越期間的無功電壓響應(yīng)控制；二是故障穿越退出后常態(tài)的pid(比例(p)、積分(i)、微分(d))無功電壓響應(yīng)控制。故障擾動后風(fēng)電電壓降低，當(dāng)達(dá)到低電壓故障穿越(低穿)動作閾值(一般設(shè)定為0.9p.u.)，風(fēng)電機(jī)組故障穿越控制功能動作，一般采取降低有功功率，發(fā)出容性無功功率等控制策略，為電壓恢復(fù)提供更多的動態(tài)支撐，輔助風(fēng)電機(jī)組完成故障穿越；當(dāng)風(fēng)電電壓恢復(fù)并達(dá)到退出低穿的閾值(一般設(shè)定為大于0.9p.u.)后，風(fēng)電機(jī)組將故障穿越無功電壓控制切換至常態(tài)pid無功電壓控制。切換后，從維持機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，風(fēng)電機(jī)組pid無功電壓控制模式一般設(shè)定為定功率因數(shù)1運(yùn)行，即只輸出有功功率，無功功率輸出為0。如此，在故障擾動較為嚴(yán)重或接入的網(wǎng)架較弱情況下，風(fēng)電提供動態(tài)無功支撐的能力受到限制。

3、由于實(shí)際運(yùn)行中種種因素，風(fēng)電機(jī)組動態(tài)無功支撐能力受限，則風(fēng)場配置的svg等動態(tài)無功源將發(fā)揮主要作用。但svg也參與日常應(yīng)對風(fēng)電出力波動的穩(wěn)態(tài)無功電壓控制，如果無功資源用盡或者不足，那么故障擾動下提供的動態(tài)支撐效果也將大打折扣，則低新能源短路比以及嚴(yán)重故障下，缺乏動態(tài)無功支撐的風(fēng)電并網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)將加大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出了一種維持電壓穩(wěn)定的風(fēng)電場動態(tài)無功容量需求計(jì)算方法，包括：

2、針對風(fēng)電場群，建立風(fēng)電場群接入主網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型，基于所述穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型進(jìn)行電網(wǎng)故障的時域仿真，并獲取時域仿真結(jié)果，若時域仿真結(jié)果中出現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)電壓穩(wěn)定且無連續(xù)故障穿越，則結(jié)束時域仿真，得到最終的風(fēng)場動態(tài)無功需求優(yōu)化解，否則，將當(dāng)前風(fēng)場svg無功容量以及對應(yīng)故障擾動下的節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量作為新一次循環(huán)迭代的初始值；

3、針對一次循環(huán)迭代，基于所述時域仿真結(jié)果，計(jì)算出多個目標(biāo)物理量，并基于所述多個目標(biāo)物理量，建立用于維持電壓穩(wěn)定的風(fēng)電場動態(tài)無功需求的線性優(yōu)化模型；

4、對所述線性優(yōu)化模型進(jìn)行求解，基于求解結(jié)果，確定本次迭代下風(fēng)電場群的動態(tài)無功容量需求的優(yōu)化解；

5、基于本次迭代下風(fēng)電場群的動態(tài)無功容量需求的優(yōu)化解，進(jìn)行所述時域仿真，進(jìn)行新的svg動態(tài)無功需求下的電壓穩(wěn)定及故障穿越問題的判斷，若電壓失穩(wěn)且連續(xù)故障穿越問題出現(xiàn)，則繼續(xù)循環(huán)迭代進(jìn)行線性優(yōu)化模型的建立及求解，直到出現(xiàn)電壓穩(wěn)定且無連續(xù)故障穿越，得到最終的風(fēng)電場動態(tài)無功容量需求優(yōu)化解。

6、可選的，建立風(fēng)電場群接入主網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型，包括：

7、風(fēng)電場群各個風(fēng)電場等效聚合模型、風(fēng)電機(jī)組低壓故障穿越控制/保護(hù)模型以及風(fēng)電場群各個風(fēng)電場svg定電壓響應(yīng)控制策略模型。

8、可選的，基于psd仿真軟件建立風(fēng)電場群接入主網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型，并基于所述psd仿真軟件，根據(jù)所述穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型進(jìn)行電網(wǎng)故障的時域仿真。

9、可選的，時域仿真結(jié)果，包括：風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓仿真曲線、風(fēng)電機(jī)組有功功率/無功功率仿真曲線、并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓仿真曲線、并網(wǎng)線路的有功功率/無功功率仿真曲線、風(fēng)電場群接入?yún)^(qū)域的樞紐母線電壓仿真曲線及風(fēng)電機(jī)組低壓故障穿越控制/保護(hù)動作的事件信息。

10、可選的，多個目標(biāo)物理量，包括：電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓對于風(fēng)電場svg動態(tài)無功輸出大小的靈敏度矩陣、控制變量svg無功調(diào)整量δqj的正/負(fù)向調(diào)整量、svg無功調(diào)整δq后的節(jié)點(diǎn)電壓及對控制變量svg的δq控制范圍施加限制。

11、可選的，基于所述時域仿真結(jié)果，計(jì)算出多個目標(biāo)物理量，包括：

12、針對電壓失穩(wěn)/連續(xù)故障穿越問題故障下的基礎(chǔ)運(yùn)行工況，計(jì)算電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓對于風(fēng)電場svg動態(tài)無功輸出大小的靈敏度矩陣svq；

13、在所述基礎(chǔ)運(yùn)行工況下，定義風(fēng)電場群中第j個風(fēng)電場svg的無功調(diào)整量，如下：

14、

15、其中：

16、

17、其中，分別為控制變量svg無功調(diào)整量δqj的正、負(fù)向調(diào)整量，

18、其中，qj,0為第j個風(fēng)電場svg當(dāng)前無功量，為第j個風(fēng)電場svg無功容量上限，為第j個風(fēng)電場svg無功容量下限；

19、在故障下節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)運(yùn)行電壓v0下，計(jì)算svg無功調(diào)整δq后的節(jié)點(diǎn)電壓，計(jì)算公式如下：

20、v＝v0+svq·(δq+-δq-)；

21、基于所述基礎(chǔ)運(yùn)行工況線性靈敏度的有效區(qū)間，對控制變量svg的δq施加控制范圍的限制。

22、可選的，采用攝動方法計(jì)算主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、風(fēng)電節(jié)點(diǎn)電壓對于風(fēng)場svg輸出無功的靈敏度，基于風(fēng)場svg無功初始值q0、主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)及風(fēng)電節(jié)點(diǎn)電壓初始值v0，對風(fēng)場svg無功進(jìn)行較小步長δq的調(diào)整，采用psd軟件進(jìn)行暫態(tài)時域仿真，仿真輸出svg無功量調(diào)整δq后故障擾動下的主網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組節(jié)點(diǎn)電壓曲線，由仿真曲線計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓的改變量δv，因此，svq的計(jì)算公式，如下：

23、svq＝δv·(δq)-1

24、其中，δv為電壓改變量。

25、可選的，線性優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)及約束條件，如下：

26、目標(biāo)函數(shù)：

27、

28、約束條件：

29、svq·(δq+-δq-)≤vmax-v0

30、svq·(δq+-δq-)≥vmin-v0

31、

32、其中，分別為控制變量svg無功調(diào)整量δqj的正、負(fù)向調(diào)整量，svq為電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓對于風(fēng)電場svg動態(tài)無功輸出大小的靈敏度矩陣，各風(fēng)電場svg動態(tài)無功的改變量δq＝δq+-δq-，vmax、vmin分別為維持電壓穩(wěn)定/防止風(fēng)電連續(xù)故常穿越的節(jié)點(diǎn)電壓閾值上限及下限向量，v0為本次迭代的節(jié)點(diǎn)初始電壓，qj,0為第j個風(fēng)電場svg當(dāng)前無功量，為第j個風(fēng)電場svg無功容量上限，為第j個風(fēng)電場svg無功容量下限，δqad為此次迭代svg無功的最大調(diào)整量。

33、再一方面，本發(fā)明還提出了一種維持電壓穩(wěn)定的風(fēng)電場群動態(tài)無功容量需求計(jì)算系統(tǒng)，包括：

34、時域仿真單元，用于針對風(fēng)電場群，建立風(fēng)電場群接入主網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型，基于所述穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型進(jìn)行電網(wǎng)故障的時域仿真，并獲取時域仿真結(jié)果，若時域仿真結(jié)果中出現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)電壓穩(wěn)定且無連續(xù)故障穿越，則結(jié)束時域仿真，得到最終的風(fēng)場動態(tài)無功需求優(yōu)化解，否則，將當(dāng)前風(fēng)場svg無功容量以及對應(yīng)故障擾動下的節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量作為新一次循環(huán)迭代的初始值；

35、計(jì)算單元，用于針對一次循環(huán)迭代，基于所述時域仿真結(jié)果，計(jì)算出多個目標(biāo)物理量，并基于所述多個目標(biāo)物理量，建立用于維持電壓穩(wěn)定的風(fēng)電場動態(tài)無功需求的線性優(yōu)化模型；

36、求解單元，用于對所述線性優(yōu)化模型進(jìn)行求解，基于求解結(jié)果，確定本次迭代下風(fēng)電場群的動態(tài)無功容量需求的優(yōu)化解；

37、基于本次迭代下風(fēng)電場群的動態(tài)無功容量需求的優(yōu)化解，進(jìn)行所述時域仿真，進(jìn)行新的svg動態(tài)無功需求下的電壓穩(wěn)定及故障穿越問題的判斷，若電壓失穩(wěn)且連續(xù)故障穿越問題出現(xiàn)，則繼續(xù)循環(huán)迭代進(jìn)行線性優(yōu)化模型的建立及求解，直到出現(xiàn)電壓穩(wěn)定且無連續(xù)故障穿越，得到最終的風(fēng)電場動態(tài)無功容量需求優(yōu)化解。

38、可選的，建立風(fēng)電場群接入主網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型，包括：

39、風(fēng)電場群各個風(fēng)電場等效聚合模型、風(fēng)電機(jī)組低壓故障穿越控制/保護(hù)模型以及風(fēng)電場群各個風(fēng)電場svg定電壓響應(yīng)控制策略模型。

40、可選的，基于psd仿真軟件建立風(fēng)電場群接入主網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型，并基于所述psd仿真軟件，根據(jù)所述穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型進(jìn)行電網(wǎng)故障的時域仿真。

41、可選的，時域仿真結(jié)果，包括：風(fēng)電機(jī)組機(jī)端電壓仿真曲線、風(fēng)電機(jī)組有功功率/無功功率仿真曲線、并網(wǎng)點(diǎn)母線電壓仿真曲線、并網(wǎng)線路的有功功率/無功功率仿真曲線、風(fēng)電場群接入?yún)^(qū)域的樞紐母線電壓仿真曲線及風(fēng)電機(jī)組低壓故障穿越控制/保護(hù)動作的事件信息。

42、可選的，多個目標(biāo)物理量，包括：電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓對于風(fēng)電場svg動態(tài)無功輸出大小的靈敏度矩陣、控制變量svg無功調(diào)整量δqj的正/負(fù)向調(diào)整量、svg無功調(diào)整δq后的節(jié)點(diǎn)電壓及對控制變量svg的δq控制范圍施加限制。

43、可選的，基于所述時域仿真結(jié)果，計(jì)算出多個目標(biāo)物理量，包括：

44、針對電壓失穩(wěn)/連續(xù)故障穿越問題故障下的基礎(chǔ)運(yùn)行工況，計(jì)算電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓對于風(fēng)電場svg動態(tài)無功輸出大小的靈敏度矩陣svq；

45、在所述基礎(chǔ)運(yùn)行工況下，定義風(fēng)電場群中第j個風(fēng)電場svg的無功調(diào)整量，如下：

46、

47、其中：

48、

49、其中，分別為控制變量svg無功調(diào)整量δqj的正、負(fù)向調(diào)整量，

50、其中，qj,0為第j個風(fēng)電場svg當(dāng)前無功量，為第j個風(fēng)電場svg無功容量上限，為第j個風(fēng)電場svg無功容量下限；

51、在故障下節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)運(yùn)行電壓v0下，計(jì)算svg無功調(diào)整δq后的節(jié)點(diǎn)電壓，計(jì)算公式如下：

52、v＝v0+svq·(δq+-δq-)；

53、基于所述基礎(chǔ)運(yùn)行工況線性靈敏度的有效區(qū)間，對控制變量svg的δq施加控制范圍的限制。

54、可選的，采用攝動方法計(jì)算主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)、風(fēng)電節(jié)點(diǎn)電壓對于風(fēng)場svg輸出無功的靈敏度，基于風(fēng)場svg無功初始值q0、主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)及風(fēng)電節(jié)點(diǎn)電壓初始值v0，對風(fēng)場svg無功進(jìn)行較小步長δq的調(diào)整，采用psd軟件進(jìn)行暫態(tài)時域仿真，仿真輸出svg無功量調(diào)整δq后故障擾動下的主網(wǎng)、風(fēng)電機(jī)組節(jié)點(diǎn)電壓曲線，由仿真曲線計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓的改變量δv，因此，svq的計(jì)算公式，如下：

55、svq＝δv·(δq)-1

56、其中，δv為電壓改變量。

57、可選的，線性優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)及約束條件，如下：

58、目標(biāo)函數(shù)：

59、

60、約束條件：

61、svq·(δq+-δq-)≤vmax-v0

62、svq·(δq+-δq-)≥vmin-v0

63、

64、其中，分別為控制變量svg無功調(diào)整量δqj的正、負(fù)向調(diào)整量，svq為電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓對于風(fēng)電場svg動態(tài)無功輸出大小的靈敏度矩陣，各風(fēng)電場svg動態(tài)無功的改變量δq＝δq+-δq-，vmax、vmin分別為維持電壓穩(wěn)定/防止風(fēng)電連續(xù)故常穿越的節(jié)點(diǎn)電壓閾值上限及下限向量，v0為本次迭代的節(jié)點(diǎn)初始電壓，qj,0為第j個風(fēng)電場svg當(dāng)前無功量，為第j個風(fēng)電場svg無功容量上限，為第j個風(fēng)電場svg無功容量下限，δqad為此次迭代svg無功的最大調(diào)整量。

65、再一方面，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算設(shè)備，包括：一個或多個處理器；

66、處理器，用于執(zhí)行一個或多個程序；

67、當(dāng)所述一個或多個程序被所述一個或多個處理器執(zhí)行時，實(shí)現(xiàn)如上述所述的方法。

68、再一方面，本發(fā)明還提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被執(zhí)行時，實(shí)現(xiàn)如上述所述的方法。

69、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

70、本發(fā)明提供了一種維持電壓穩(wěn)定的風(fēng)電場動態(tài)無功容量需求計(jì)算方法，包括：針對風(fēng)電場群，建立風(fēng)電場群接入主網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型，基于所述穩(wěn)態(tài)及暫態(tài)模型進(jìn)行電網(wǎng)故障的時域仿真，并獲取時域仿真結(jié)果，若時域仿真結(jié)果中出現(xiàn)風(fēng)電并網(wǎng)電壓穩(wěn)定且無連續(xù)故障穿越，則結(jié)束時域仿真，得到最終的風(fēng)場動態(tài)無功需求優(yōu)化解，否則，將當(dāng)前風(fēng)場svg無功容量以及對應(yīng)故障擾動下的節(jié)點(diǎn)電壓狀態(tài)量作為新一次循環(huán)迭代的初始值；針對一次循環(huán)迭代，基于所述時域仿真結(jié)果，計(jì)算出多個目標(biāo)物理量，并基于所述多個目標(biāo)物理量，建立用于維持電壓穩(wěn)定的風(fēng)電場動態(tài)無功需求的線性優(yōu)化模型；對所述線性優(yōu)化模型進(jìn)行求解，基于求解結(jié)果，確定本次迭代下風(fēng)電場群的動態(tài)無功容量需求的優(yōu)化解；基于本次迭代下風(fēng)電場群的動態(tài)無功容量需求的優(yōu)化解，進(jìn)行所述時域仿真，進(jìn)行新的svg動態(tài)無功需求下的電壓穩(wěn)定及故障穿越問題的判斷，若電壓失穩(wěn)且連續(xù)故障穿越問題出現(xiàn)，則繼續(xù)循環(huán)迭代進(jìn)行線性優(yōu)化模型的建立及求解，直到出現(xiàn)電壓穩(wěn)定且無連續(xù)故障穿越，得到最終的風(fēng)電場動態(tài)無功容量需求優(yōu)化解。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)提升故障擾動下風(fēng)電并網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性、防控風(fēng)電出現(xiàn)連續(xù)故障穿越風(fēng)險(xiǎn)等目標(biāo)，促進(jìn)了新能源接納、提升了電網(wǎng)安全性。