考虑风电集群功率波动的系统关键变量提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电集群功率波动对电力系统影响领域，提出了一种考虑风电集群功 率波动的系统关键变量提取方法。
【背景技术】
[0002] 随着能源和环境问题的日益严重，风力发电越来越受到世界各国的重视。由于风 能具有随机性、间歇性、波动性的特点，随着风电机组单机容量的增加和风电场规模的不断 扩大，风电并网对电力系统稳定性的影响愈加显著。不同于欧洲国家小容量、分散式接入的 风电发展模式，集群式并网、高电压远距离输送已经成为我国风电发展的鲜明特点，集群式 风电接入对电网稳定运行势必会带来更为严峻的挑战。提取风电集群功率波动下系统关键 运行变量，对于研宄集群式风电功率波动对电网的影响，把握功率波动下系统的主导特性 具有重要的学术意义和应用价值。
[0003] 目前，关于风电并网的影响研宄多涉及风电机组或单个风电场，较少涉及风电集 群，并且风功率波动下系统关键变量的确定方法也鲜有报道。现有的风功率波动下系统关 键变量提取方法中，有利用灵敏度分析方法确定对风电场无功出力变化灵敏度较高的母线 电压；也有利用PV分析法确定受风电场有功出力影响较大的母线电压。但上述研宄均针对 单个风电场，没有涉及风电集群整体的影响，并且上述研宄确定的关键变量较为单一，不能 全面反映风功率波动下系统主导动态特性。总而言之，目前并没有形成一种完备的计及风 电集群功率波动的系统关键变量提取方法。
[0004] 本发明提出一种考虑风电集群功率波动的系统关键变量提取方法，该方法将灵敏 度分析、PV分析和动态仿真相结合，确定能反映风电集群功率波动下系统主导动态特性的 关键变量，进而构造多维空间上的系统关键变量集来表征风功率波动下系统的主导特性， 能够较为全面地反映风电集群功率波动下系统主导变化趋势。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种考虑风电集群功率波动的系统关键变量提取方法，以弥 补现有研宄的不足，较为全面地表征风电集群功率波动下系统主导动态特性。
[0006] 本发明的技术方案是这样实现的：
[0007] 步骤一：采用灵敏度分析方法确定受风电集群无功出力变化影响较大的母线电 压。
[0008] Sl:建立系统的潮流方程
[0009] 对于含有n个节点（其中包括m-1个PQ节点、n-m个PV节点以及1个平衡节点） 的系统，节点i功率方程在极坐标下可以表示为
【主权项】
1. 一种考虑风电集群功率波动的系统关键变量提取方法，其特征在于所述方法包括w 下步骤： 步骤一：采用灵敏度分析方法确定受风电集群无功出力变化影响较大的母线电压； 步骤二：采用PV分析方法确定受风电集群有功出力变化影响较大的母线电压和支路 功率； 步骤采用动态仿真方法确定风电集群送出线路故障条件下系统失去稳定的同步发 电机功角。
2. 根据权利要求1所述的考虑风电集群功率波动的系统关键变量提取方法，其特征在 于，所述步骤一的具体步骤是： S1 ;建立系统的潮流方程 对于含有n个节点（其中包括m-1个PQ节点、n-m个PV节点W及1个平衡节点）的 系统，节点i功率方程在极坐标下可W表示为
(1) 式中，Pi、Qi分别为节点i注入的有功、无功功率；V 为节点i、j的电压幅值；0。为 节点i、j之间的相角差；G。为节点i和节点j之间导纳的实部；B。为节点i和节点j之间 导纳的虚部； 功率方程线性化后表示为
其中，A P为节点注入有功的微增列向量，有n-1个元素；A Q为节点注入无功的微增列 向量，有m-1个元素；A 0为节点电压相角变化列向量，有n-1个元素；A V为节点电压幅值 变化列向量，有m-1个元素
对极坐标下的系统潮流方程雅可比矩阵； 通常认为，电压与无功功率是强禪合关系，而与有功功率是弱禪合关系，则得
定义5 = (Jy,. - I为系统的电压无功灵敏度矩阵，其中的任意元素Sy为系 统母线i电压对第j个PQ节点无功变化的灵敏度；
52 ;母线电压对各风电场无功功率灵敏度 含风电场电力系统的潮流计算中，通常根据风机类型及控制方式的不同对风电场并网 点进行不同的处理；采用恒功率因数控制方式的风电场并网点一般处理为PQ节点，只有 具有足够无功补偿能力的风电场，并采用恒电压控制方式时，风电场并网点才处理为PV节 点；目前具有该样无功控制能力的风电场很少，因此，所研究系统的风电场均处理为PQ节 点；假设所研究系统包含一个由M个风电场组成的风电集群，风电场并网点母线构成集合 Ai，系统所有母线构成集合A2,则4^4;由式（4)可得任意母线i电压大小对风电场j无功 功率变化量的灵敏度 AVij= SijAQj, (i G 4, j G Ai) 妨 53 ;母线电压对风电集群无功功率灵敏度 为考虑风电集群整体功率波动对母线电压大小的影响，该里定义
(6) &为各风电场无功功率波动时母线i电压变化量之和，化J最大值记为瓦"，当 时，母线i确定为电压受该风电集群无功功率变化影响较大的母线；其中，ki为正 打max 实数，其取值与具体的研究系统有关屯取值大，则选取的受风电集群无功功率波动影响的 母线电压越少。
3. 根据权利要求1所述的考虑风电集群功率波动的系统关键变量提取方法，其特征在 于，所述步骤二的具体步骤是： 设系统初始运行状态下母线i的电压为Vi。，支路1的有功功率为Pi。，风电集群出力为 P。;系统临界极限运行状态下母线i的电压为V 1。，支路1的有功功率为Pi。，风电集群出力为 Pc; 风电集群出力从初始运行状态变化到临界极限运行状态，母线i电压变化率为 Ki= (Vie-Vi〇)/(Pe-P〇) (7) 支路1有功功率变化率为 Rl= (Plc-Pl〇)/(Pc-P〇) 巧） 则|Kj可W近似反映风电集群出力变化时，节点i电压的变化程度，即|Kj越大，该母 线电压受风电集群出力变化影响越大；{I Kj }的最大值记为IK L。,，对于母线i，当^> *2 max 时，则母线电压Vi为受该风电集群有功出力变化影响较大的变量；其中k 2是可设定的正实 数，其取值与所研究的系统有关；k2值越大，则选取的母线电压越少；同理，将风电集群出力 变化时，支路有功功率变化率与最大支路有功功率变化率之比大于ks的支路功率确定为系 统关键支路功率。
4. 根据权利要求1所述的考虑风电集群功率波动的系统关键变量提取方法，其特征在 于，所述步骤=的具体步骤是： 风电集群内各风电场满发时，风电集群送出线路发生=相短路故障，将系统中失去稳 定的同步发电机功角确定为受风电集群功率变化影响较大的关键功角变量。
【专利摘要】本发明涉及一种考虑风电集群功率波动的系统关键变量提取方法，该方法将灵敏度分析、PV分析和动态仿真相结合，确定能反映风电集群功率波动下系统主导动态特性的关键变量，进而构造多维空间上的系统关键变量集来表征风功率波动下系统的主导特性。关键变量确定过程中充分考虑了风电集群整体影响以及风电场实际控制特点，提取受风电集群功率波动影响较大的母线电压、支路功率以及风电集群送出线路故障条件下系统失稳的同步发电机功角作为系统关键变量，以表征风电集群功率波动下系统的主导特性。
【IPC分类】G06Q50-06, H02J3-38
【公开号】CN104600743
【申请号】CN201410829767
【发明人】王小海, 李丹, 万江, 吴聪聪, 张红光, 齐军, 李凯, 周鹏, 邹兰青, 林俐
【申请人】内蒙古电力(集团)有限责任公司, 华北电力大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月26日