一种基于灵敏度的风电场无功调节优先级选择方法与流程

技术特征：

1.一种基于灵敏度的风电场无功调节优先级选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：计算潮流列出节点功率平衡方程；

步骤2：通过对节点功率方程中变量划分为扰动变量，状态变量，控制变量，获得灵敏度矩阵S_xu，S_xp；

步骤3：通过灵敏度矩阵和节点功率平衡方程求得风电场i的电压关于风电场j的输出无功功率变化的灵敏度S₁和风电场j的电压关于风电场j的输出无功功率变化的灵敏度S₂；通过获得风电场并网点电压与其相邻风电场输出无功功率之间的灵敏度，最终获得大规模风电场无功电压就地调节，互相补偿的风电场动作的优先级顺序。

2.根据权利要求1所述的基于灵敏度的风电场无功调节优先级选择方法，其特征在于，步骤1中，所述节点功率平衡方程的计算步骤包括：

设电力系统中节点i的发电机功率为P_Gi+jQ_Gi，负荷功率为P_LDi+jQ_LDi，以极坐标表示节点电压时，节点的功率平衡方程为：

ΔP_i＝P_Gi-P_LDi-U_iΣU_j(G_ijcosδ_ij+B_ijsinδ_ij)＝0

ΔQ_i＝Q_Gi-Q_LDi-U_iΣU_j(G_ijsinδ_ij-B_ijcosδ_ij)＝0 (1)

式(1)中，ΔP_i,ΔQ_i为注入节点i的有功功率和无功功率；

P_Gi,Q_Gi为注入节点i的发电机有功功率和无功功率；

P_LDi,Q_LDi为注入节点i的负荷有功功率和无功功率；

U_i,U_j为节点i的电压；

G_ij+jB_ij为节点i、j之间的导纳；

δ_ij为节点i、j之间的电压相角差，δ_ij＝δ_i-δ_j。

3.根据权利要求2所述的基于灵敏度的风电场无功调节优先级选择方法，其特征在于，步骤2中，获得灵敏度矩阵的S_xu，S_xp的计算步骤包括：

若以p、u、x分别表示扰动变量、控制变量和状态变量，电力系统节点功率平衡方程可表示为：

f(x,u,p)＝0 (2)

式(2)中p——扰动变量；

u——控制变量；

x——状态变量；

设包含风电场区域运行在状态(x(0),u(0),p(0))下，如某一风电场有功出力波动Δp，常规发电机做了相应的调整Δu，系统相应发生了状态偏离Δx，则系统的功率平衡方程应为：

f(x⁽⁰⁾+Δx,u⁽⁰⁾+Δu,p⁽⁰⁾+Δp)＝0 (3)

式中x(0),u(0),p(0)——系统运行状态，母线运行电压，风电场有功出力；

Δx——系统状态变化量；

Δu——电压变化量；

Δp——风电场有功出力变化量；

假设稳态情况下各变量的变化很小，以至可忽略其二阶及以上的各项，则式(3)可以展开化简为：

$\frac{\∂f}{\∂x}{|}_0\mathrm{\Δ}x+\frac{\∂f}{\∂u}{|}_0\mathrm{\Δ}u+\frac{\∂f}{\∂p}{|}_0\mathrm{\Δ}p=0---\left(4\right)$

式(4)中均为雅可比矩阵；

将基于状态(x(0),u(0),p(0))的矩阵、矩阵和矩阵分别简记为J_x、J_u和J_p，则有

J_xΔx+J_uΔu+J_pΔp＝0 (5)

式中J_x、J_u、J_p均为雅可比矩阵；

上式(5)称为灵敏度方程，由该式可解出状态变量的偏离值：

$\mathrm{\Δ}x=-J_x^{-1}(J_u\mathrm{\Δ}u+J_p\mathrm{\Δ}p)=S_{xu}\mathrm{\Δ}u+S_{xp}\mathrm{\Δ}p---\left(6\right)$

式中为灵敏度矩阵；

为灵敏度矩阵。

4.根据权利要求3所述的基于灵敏度的风电场无功调节优先级选择方法，其特征在于，步骤3中，获得风电场并网点电压与其相邻风电场输出无功功率之间的灵敏度计算步骤包括：

设J为系统极坐标形式的全阶雅可比矩阵，ΔY和ΔX分别为系统注入变化量和状态变化量，将ΔY分成两部分，即：ΔY＝[ΔY_IΔY_N]^T，对应的ΔX则变为ΔX＝[ΔX_IΔX_N]^T，相应地将J划分为4部分，即：

$J=\left[\begin{array}{cc}{J}_{II}& J_{IN}\\ J_{NI}& J_{NN}\end{array}\right]---\left(7\right)$

式(7)中J_II、J_IN、J_NI、J_NN——部分全阶雅克比矩阵，

注入量与状态变化量之间的关系为

$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{Y}_I\\ {\mathrm{\ΔY}}_N\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{J}_{II}& J_{IN}\\ J_{NI}& J_{NN}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{X}_I\\ \mathrm{\Δ}{X}_N\end{array}\right]---\left(8\right)$

式(8)中，

ΔY_I——被控风电场接入地区节点的注入变化量；

ΔX_I——被控风电场接入地区节点的状态变化量；

ΔY_N——其余节点的注入变化量；

ΔX_N——其余节点的状态变化量，

设ΔY_N＝0，即实际注入量只包含ΔY_I，则由式(8)可推出：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔY}}_I=J_{II}\·{\mathrm{\ΔX}}_I+J_{IN}\·{\mathrm{\ΔX}}_N\\ 0=J_{NI}\·{\mathrm{\ΔX}}_I+J_{NN}{\mathrm{\ΔX}}_N\end{array}\right.---\left(9\right)$

由于J_NN非奇异从而可得：

${\mathrm{\ΔY}}_I=(J_{II}-J_{IN}\·J_{NN}^{-1}\·J_{NI})\·{\mathrm{\ΔX}}_I=J_{SI}\·{\mathrm{\ΔX}}_I---\left(10\right)$

$J_{SI}=J_{II}-J_{IN}\·J_{NN}^{-1}\·J_{NI}---\left(11\right)$

对J_SI求逆得：

则被控风电场接入点地区节点之间的关系为

${\[{\mathrm{\Δ\θ}}_w,{\mathrm{\Δ\θ}}_c,{\mathrm{\ΔU}}_w,{\mathrm{\ΔU}}_c\]}^T=J_{SI}^{-1}{\[{\mathrm{\ΔP}}_W,{\mathrm{\ΔP}}_C,{\mathrm{\ΔQ}}_W,{\mathrm{\ΔQ}}_C\]}^T---\left(13\right)$

式中ΔU_w——风电场出口节点的电压；

Δθ_w——风电场出口节点的相角变化向量；

ΔU_c——接入点的电压；

Δθ_c——接入点的相角变化向量；

ΔP_W——风电场出口节点注入有功变化向量；

ΔQ_W——风电场出口节点注入无功变化向量；

ΔP_C——接入点注入有功变化向量；

ΔQ_C——接入点注入无功变化向量，

无功功率与电压的灵敏度关系，则由式(12)和式(13)可得风电场i的电压关于风电场j的输出无功功率变化的灵敏度关系为

S₁＝A_2m+n+i,m+n+j (14)

式(14)中S₁——风电场i的电压关于风电场j的输出无功功率变化的灵敏度。

风电场j的电压关于风电场j的输出无功功率变化的灵敏度关系为

S₂＝A_m+j,m+n+j (15)

式(15)中S₂——风电场j的电压关于风电场j的输出无功功率变化的灵敏度。