一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定方法及装置与流程

本申请涉及电力系统领域，具体涉及一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定方法，同时涉及一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定装置。

背景技术：

由于新能源资源的波动性和随机性、其发电设备的低抗扰性和弱支撑性，使得电网安全稳定运行的风险增加，电压稳定问题是其中的关键因素之一。由于新能源机组逐级升压接入电网，其与主网的电气距离是常规机组的3～5倍，网架结构更为松散，电压稳定裕度更低。尽管新能源机组在低压穿越期间能发出一定容量的无功功率，但其电压无功支撑能力相较常规机组甚远。随着新能源占比的快速提高，取代部分常规电源，系统短路容量下降，动态无功储备及支撑能力减弱，电压稳定问题突出。

技术实现要素：

为解决上述问题，本申请提供一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定方法，包括：

根据区域电网初始运行状态，生成区域敏感故障集，并确定电压薄弱节点；

根据静态电压稳定裕度的要求和新能源功率波动范围，确定区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率；

区分区域电网中的送端电网和受端电网，通过暂态电压严重度指标，确定区域电网基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率；

根据所述基于静态电压稳定的新能源临界渗透率和基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率，确定区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率。

优选的，根据区域电网初始运行状态，生成区域敏感故障集，包括：

根据区域电网初始运行状态包括的负荷水平pl0、新能源渗透率η、外送电与受电比例β、各级变电站无功补偿投入情况、新能源场站无功补偿装置配置、新能源场站低穿和/或高穿控制策略，生成区域敏感故障集，所述故障集包括：区域电网与外部电网联络断面、直流送出或受入一级和/或二级断面、潮流接近热稳极限输电通道的三相永久性n-1和/或n-2故障。

优选的，所述新能源渗透率η为区域电网新能源发电出力占总电源发电出力的比例，pw为新能源发电出力，pg为常规电源发电出力；

所述外送电与受电比例ptac为区域电网与外部电网交流通道交换功率，ptdc为区域电网与外部电网直流通道交换功率。

优选的，确定电压薄弱节点，包括：

针对送端电网，选取直流换流母线、新能源机端母线为电压薄弱节点；

针对受端电网，选取负荷中心母线、直流换流站母线、容量大于预设阈值的新能源并网母线为电压薄弱节点。

优选的，还包括：

通过计算获得所述电压薄弱节点的i的短路容量si。

优选的，根据静态电压稳定裕度的要求和新能源功率波动范围，确定区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率，包括：

获取负荷缓慢增长方式下电压薄弱节点，并计算静态电压稳定裕度其中plmax为静态电压稳定临界点对应的负荷最大有功功率，pl0为初始负荷有功功率；

对所述静态电压稳定裕度k进行调整，当k＝8％时，得到区域电网新能源第一临界渗透率ηcr2；

获取新能源最大波动率λ，为满足求得区域电网新能源第二临界渗透率

取ηcr1、ηcr2二者中数值小的为区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率ηscr＝min{ηcr1,ηcr2}。

优选的，区分区域电网中的送端电网和受端电网，通过暂态电压严重度指标，确定区域电网基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率，包括：

对敏感故障集中的每个故障进行暂态电压稳定性分析；

针对送端电网，利用暂态电严重指标δs对电压薄弱节点进行暂态过电压分析，其中uh为故障暂态期间母线电压最大值，umax为直流换流母线或新能源机端母线容许的电压门槛值；

针对受端电网，利用暂态电严重指标δr对电压薄弱节点进行暂态低电压分析，其中tvlow为故障恢复过程中节点电压(低于0.8p.u.)下降持续时间，tvmax为最大允许时间；

根据暂态电压严重度指标，对新能源渗透率进行调整，当暂态电压严重度指标等于1，得到区域电网新能源基于暂态稳定的新能源临界渗透率ηtcr。

优选的，根据所述基于静态电压稳定的新能源临界渗透率和基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率，确定区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率，包括：

取ηscr、ηtcr二者中数值小的为区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率ηcr＝min{ηscr,ηtcr}。

优选的，还包括：

调整短路容量、外送电与外受电比例、各级变电站无功补偿的投入、新能源场站无功补偿装置配置、新能源场站低穿和/或高穿控制策略，评估上述参数对区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率的影响特性。

本申请同时提供一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定装置，包括：

故障集生成单元，用于根据区域电网初始运行状态，生成区域敏感故障集，并确定电压薄弱节点；

静态电压稳定的新能源临界渗透率确定单元，用于根据静态电压稳定裕度的要求和新能源功率波动范围，确定区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率；

暂态电压稳定的新能源临界渗透率确定单元，区分区域电网中的送端电网和受端电网，通过暂态电压严重度指标，确定区域电网基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率；

电压稳定约束的新能源临界渗透率确定单元，用于根据所述基于静态电压稳定的新能源临界渗透率和基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率，确定区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率。

本申请提供的一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定方法及装置，基于电压稳定约束的新能源临界渗透率评估方法从静态电压稳定性和暂态电压稳定性两个方面进行综合分析，并区分送端电网和受端电网的暂态电压稳定判据，考虑因素全面、方案合理、对电网不同的运行工况和故障形式具有良好的适应性，解决目前随着新能源占比的快速提高，电网电压不稳定的问题。

附图说明

图1是本申请提供共的一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定方法的流程示意图；

图2是本申请涉及的区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率的确定方法的流程示意图；

图3是本申请涉及的区域电网基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率的确定方法的流程示意图；

图4是本申请涉及的区域电网a外受电示意图；

图5是本申请提供的一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定装置示意图。

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。

本申请提供一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定方法，其方法流程如图1所示，包含如下步骤。

步骤s101，根据区域电网初始运行状态，生成区域敏感故障集，并确定电压薄弱节点。

根据区域电网初始运行状态包括的负荷水平pl0、新能源渗透率η、外送电与受电比例β、各级变电站无功补偿投入情况、新能源场站无功补偿装置配置、新能源场站低穿和/或高穿控制策略，生成区域敏感故障集，所述故障集包括：区域电网与外部电网联络断面、直流送出或受入一级和/或二级断面、潮流接近热稳极限输电通道的三相永久性n-1和/或n-2故障。

其中，新能源渗透率η为区域电网新能源发电出力占总电源发电出力的比例，pw为新能源发电出力，pg为常规电源发电出力；

所述外送电与受电比例ptac为区域电网与外部电网交流通道交换功率，ptdc为区域电网与外部电网直流通道交换功率。

电压薄弱节点，针对送端电网，选取直流换流母线、新能源机端母线为电压薄弱节点；针对受端电网，选取负荷中心母线、直流换流站母线、容量大于预设阈值的新能源并网母线为电压薄弱节点。并通过计算获得所述电压薄弱节点的i的短路容量si。

步骤s102，根据静态电压稳定裕度的要求和新能源功率波动范围，确定区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率。

具体流程如图2所示，获取负荷缓慢增长方式下电压薄弱节点，并计算静态电压稳定裕度其中plmax为静态电压稳定临界点对应的负荷最大有功功率，pl0为初始负荷有功功率；

对所述静态电压稳定裕度k进行调整，若k＞8％，则进一步提高新能源渗透率η，若k＜8％，则进一步降低新能源渗透率η，当k＝8％时，得到区域电网新能源第一临界渗透率ηcr2；

获取新能源最大波动率λ，为满足求得区域电网新能源第二临界渗透率

取ηcr1、ηcr2二者中数值小的为区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率ηscr＝min{ηcr1,ηcr2}。

步骤s103，区分区域电网中的送端电网和受端电网，通过暂态电压严重度指标，确定区域电网基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率。

具体流程如图3所示。对敏感故障集中的每个故障进行暂态电压稳定性分析；

针对送端电网，利用暂态电严重指标δs对电压薄弱节点进行暂态过电压分析，其中uh为故障暂态期间母线电压最大值，umax为直流换流母线或新能源机端母线容许的电压门槛值；

针对受端电网，利用暂态电严重指标δr对电压薄弱节点进行暂态低电压分析，其中tvlow为故障恢复过程中节点电压(低于0.8p.u.)下降持续时间，tvmax为最大允许时间；

根据暂态电压严重度指标，对新能源渗透率进行调整，若暂态电压严重度指标大于1，则进一步降低新能源渗透率η，若暂态电压严重度指标小于1，则进一步提高新能源渗透率η，当暂态电压严重度指标等于1，得到区域电网新能源基于暂态稳定的新能源临界渗透率ηtcr。

步骤s104，根据所述基于静态电压稳定的新能源临界渗透率和基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率，确定区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率。

取ηscr、ηtcr二者中数值小的为区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率ηcr＝min{ηscr,ηtcr}。

然后，调整短路容量、外送电与外受电比例、各级变电站无功补偿的投入、新能源场站无功补偿装置配置、新能源场站低穿和/或高穿控制策略，评估上述参数对区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率的影响特性。各影响因素的调整方法是：

(1)短路容量：在不改变区域电网常规电源总发电出力的条件下，调整电压薄弱节点i近区常规电源的开机方式来改变其短路容量si；

(2)外送电/外受电比例：通过压减区域电网常规电源出力、提升外部电网电源出力来降低外送电比例/增加外受电比例；通过提升区域电网常规电源出力、压减外部电网电源出力来增加外送电比例/降低外受电比例。

(3)各级变电站无功补偿投入情况：调整电压薄弱节点近区各级变电站静态、动态无功补偿投入情况。无功补偿的投入情况对电网初始运行电压存在影响，扰动发生后，这些无功补偿装置的响应特性和运行状态对电网电压稳定性存在影响。

(4)新能源场站无功补偿装置配置：调整新能源场站无功补偿装置的容量，和不同类型无功补偿装置的配比。新能源场站无功补偿装置配置情况对新能源机组稳态运行时的电压水平以及电网扰动发生后的电压恢复特性都有显著影响，无功补偿装置的配置容量及配比不合理时，故障后电网电压失稳风险很高。

(5)新能源场站低穿/高穿控制策略：调整新能源机组进入和退出低穿/高穿状态期间有功和无功控制策略。不同控制策略下，新能源机组向电网提供的无功支撑不同，影响电网电压稳定性。

计算单一影响因素调整时，新能源临界渗透率的变化情况，为促进区域电网新能源消纳提供参考建议。

具体应用的最佳实施例如下：

本申请提供的一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定方法，包括：

步骤1：建立所研究区域电网初始运行状态数据模型，生成区内敏感故障集，确定电压薄弱节点；

步骤2：依据静态电压稳定裕度的要求和新能源功率波动范围确定区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率；

步骤3：区分送端电网和受端电网，利用暂态电压严重度指标确定区域电网基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率；

步骤4：综合静态电压稳定和暂态电压稳定，确定区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率，同时考虑电网短路容量、外送电/外受电比例、各级变电站无功补偿投入情况、新能源场站无功补偿装置配置、新能源场站低穿/高穿控制策略等因素对新能源临界渗透率的影响。

图4是所研究区域电网a外受电示意图。ac为交流受电通道，dc为直流受电通道。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：区域电网a预计某规划水平年最大负荷122580mw，新能源规划渗透率29.5％(常规电源发电出力pg＝58557mw，新能源发电出力pw＝24531mw)，交直流通道外受电比例32％，考虑一定的各级变电站无功补偿投入情况、新能源场站无功补偿装置配置、新能源场站低穿/高穿控制策略。采用牛顿—拉夫逊法对所述电网数据模型进行潮流计算以获得初始运行工况。

步骤1-2：敏感故障集包括：区域电网与外部电网联络断面、直流送出或受入一级/二级断面、潮流接近热稳极限输电通道的三相永久性n-1/n-2故障，其中若故障配置有安控措施，应同时考虑安控装置动作。

步骤1-3：区域电网a为受端电网，选取负荷中心(即负荷较重)母线、直流换流站母线、容量较大的新能源电源并网母线为电压薄弱节点。并计算求取电压薄弱节点i的短路容量si。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：获取负荷缓慢增长方式下电压薄弱节点的pv曲线，并计算静态电压稳定裕度k＝0.11。

步骤2-2：若k＞8％，则进一步提高新能源渗透率η。当η＝52％时，静态电压稳定裕度k＝8％，则得到区域电网新能源第一临界渗透率ηcr1＝52％。

步骤2-3：根据区域电网新能源资源情况，获取新能源最大波动率λ＝20％。为满足求得区域电网新能源第二临界渗透率

步骤2-4：取ηcr1、ηcr2二者中的较小者为该区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率ηscr＝min{ηcr1,ηcr2}＝52％。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：对敏感故障集中的每个故障进行暂态电压稳定性分析。

步骤3-2：受端电网a而言，选取与外部电网的交流联络通道三相永久性n-2故障为限制故障，选取负荷中心节点为电压薄弱节点，利用暂态电压严重度指标δr对电压薄弱节点进行暂态低电压分析。

步骤3-3：当新能源渗透率为40.5％时，δr＝1，得到区域电网a新能源基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率ηtcr＝40.5％。

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4-1：取ηscr、ηtcr二者中的较小者为该区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率ηcr＝min{ηscr,ηtcr}＝40.5％。

步骤4-2：分别调整短路容量、外送电/外受电比例、各级变电站无功补偿投入情况、新能源场站无功补偿装置配置、新能源场站低穿/高穿控制策略等影响因素，评估这些因素对区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率的影响特性。

以调整外受电比例为例，当增大区域电网外受电比例至40％时，根据上述步骤求得区域电网a基于电压稳定约束的新能源临界渗透率ηcr＝32.5％。说明区域电网外受电比例越大，则考虑电压稳定约束的新能源临界渗透率越低。

基于同一发明构思，本申请同时提供一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定装置500，如图5所示，包括：

故障集生成单元510，用于根据区域电网初始运行状态，生成区域敏感故障集，并确定电压薄弱节点；

静态电压稳定的新能源临界渗透率确定单元520，用于根据静态电压稳定裕度的要求和新能源功率波动范围，确定区域电网基于静态电压稳定的新能源临界渗透率；

暂态电压稳定的新能源临界渗透率确定单元530，区分区域电网中的送端电网和受端电网，通过暂态电压严重度指标，确定区域电网基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率；

电压稳定约束的新能源临界渗透率确定单元540，用于根据所述基于静态电压稳定的新能源临界渗透率和基于暂态电压稳定的新能源临界渗透率，确定区域电网基于电压稳定约束的新能源临界渗透率。

本申请提供的一种基于电压稳定约束的新能源临界渗透率确定方法及装置，基于电压稳定约束的新能源临界渗透率评估方法从静态电压稳定性和暂态电压稳定性两个方面进行综合分析，并区分送端电网和受端电网的暂态电压稳定判据，考虑因素全面、方案合理、对电网不同的运行工况和故障形式具有良好的适应性，解决目前随着新能源占比的快速提高，电网电压不稳定的问题。同时，本申请充分考虑了短路容量、外送电/外受电比例、各级变电站无功补偿投入情况、新能源场站无功补偿装置配置、新能源场站低穿/高穿控制策略等因素对新能源临界渗透率的影响，为新能源发电的最大消纳及区域新能源规划提供重要依据。