风电场电力系统的电压稳定分析方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电力安全技术领域，特别设及一种风电场电力系统的电压稳定分析方 法及装置。
【背景技术】
[0002] 风电场的无功功率特性与风电场的有功功率特性有关。风电场有功输出较低时， 输电线路轻载，线路充电无功过剩，风力发电机组应吸收无功功率。若风力发电机组吸收的 无功功率不足，则风电场将向电网注入无功，并可能出现高电压问题。而风电场有功输出增 大时，输电线路重载，消耗的感性无功随之增加，线路充电无功不足W抵消线路及主变等元 件消耗的感性无功，风力发电机组应发出无功功率。若风力发电机组发出的无功功率不足， 则风电场将从电网吸收无功。若风电场从电网吸收无功，可能引起风电场电压跌落。因此， 当电网无功不足，风电机组有功出力大发或满发时可能存在电压稳定问题，有必要进行详 细的电压稳定分析。
[0003] 连续潮流法是电压稳定分析的基本方法之一，通过选择一定的连续化参数W保证 临界点及其附近潮流计算的收敛性，并引入预测、校正及步长调整等机制，W尽可能地减少 计算过程所需的迭代次数，减小计算量。它在A-V曲线的每一点均反复迭代，计算出准确的 潮流，所W能得到准确的A-V曲线等信息，并能考虑一定的非线性控制及不等式约束条件， 具有较强的鲁棒性。
[0004] 现有的连续潮流法一般是在连续潮流基本方程基础上增加一个方程，同时将A当 作变量，从而使雅可比矩阵的右下方加上一行一列，扩展后的雅可比矩阵即使在临界点处 仍然是良态的;但是，其左上角部分在临界点处却仍是奇异的，故连续潮流计算在临界点附 近的收敛性难W得到有效保证，算法的可靠性受到较大影响，进而影响到风电场电力系统 的电压稳定分析的可靠性。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供了一种风电场电力系统的电压稳定分析方法，W解决现有技术 中连续潮流计算在临界点附近的收敛性难W得到有效保证、算法的可靠性受到较大影响的 技术问题。该方法包括:选择连续化参数形成新的方程，利用所述新的方程扩展电力系统的 潮流方程，对扩展后的电力系统的潮流方程进行修正，得到修正后的电力系统的潮流方程， 在修正后的电力系统的潮流方程中，修正后的潮流雅可比矩阵是将电力系统中电压幅值下 降最大的节点当作注入功率及电压幅值均指定的节点处理时的潮流雅可比矩阵；采用牛 顿-拉夫逊法迭代求解所述修正后的电力系统的潮流方程，得到预测方向；根据所述预测方 向和预设的步长，确定预测点;根据所述预测点分析风电场电力系统的电压稳定情况。
[0006] 在一个实施例中，所述修正后的电力系统的潮流方程为：
「/;' r]
[000引其中，X是状态向量;f(x)是潮流平衡方程，k是行号；J"是修正后的 Jkx'. b.k - 扩展潮流方程的雅可比矩阵；是修正后的潮流雅可比矩阵；b/是修正后的负荷增长方 向；bk为b的第k个元素;为修正后的状态向量;f/(X)为修正后的潮流方程组;fk(x)为向量 函数f (X)的第k个元素;fkx^为函数fk(x)对的梯度向量；A 是与对应的变化向量，AA 是风电出力水平如勺变化量。
[0009] 在一个实施例中，采用牛顿-拉夫逊法迭代求解所述修正后的电力系统的潮流方 程，包括：当前次潮流计算后，通过W下公式预测下一次潮流计算的潮流解，并将预测的潮 流解作为下一次潮流计算的初值： -f WfAxI 「〇 -
[0010] A A3 = 1 t 片' 0 Avi - 1
[0011]其中，tk是第k个元素为1，其余元素为0的列向量;b是负荷增长方向；fx是电力系统 的潮流方程的雅可比矩阵；AA是风电出力水平A的变化量，Ax是状态变化向量，Axk是Ax 的第k行元素，将A Xk当作常量。
[0012]在一个实施例中，通过W下公式计算所述预设的步长： 巧
[001 引 & = &曲抵/max (托)
[0014] 其中，h为预设的步长;hmax为常数;y功预测方向y的第i个分量，n是正整数。
[0015] 本发明实施例还提供了一种风电场电力系统的电压稳定分析装置，W解决现有技 术中连续潮流计算在临界点附近的收敛性难W得到有效保证、算法的可靠性受到较大影响 的技术问题。该装置包括:方程扩展修正模块，用于选择连续化参数形成新的方程，利用所 述新的方程扩展电力系统的潮流方程，对扩展后的电力系统的潮流方程进行修正，得到修 正后的电力系统的潮流方程，在修正后的电力系统的潮流方程中，修正后的潮流雅可比矩 阵是将电力系统中电压幅值下降最大的节点当作注入功率及电压幅值均指定的节点处理 时的潮流雅可比矩阵;求解模块，用于采用牛顿-拉夫逊法迭代求解所述修正后的电力系统 的潮流方程，得到预测方向；确定模块，用于根据所述预测方向和预设的步长，确定预测点； 分析模块，用于根据所述预测点分析风电场电力系统的电压稳定情况。
[0016] 在一个实施例中，所述修正后的电力系统的潮流方程为： ,"Ax' r /'(x) + Ab'
[0017] r /
[m」L乂(X)+%」 -尸 起f -
[0018] 其中，X是状态向量，f(x)是潮流平衡方程，k是行号；，J"是修正后 _/iV h_ 的扩展的电力系统的潮流方程的雅可比矩阵;f/X是修正后的潮流雅可比矩阵;b/是修正后 的负荷增长方向b;bk为b的第k个元素;为修正后的向量;f/(X)为修正后的潮流方程组;fk (X)为向量函数f (X)的第k个元素;为函数fk(x)对的梯度向量；A 是与对应的变 化向量，A A是风电出力水平A的变化量。
[0019] 在一个实施例中，所述求解模块，具体用于当前次潮流计算后，通过W下公式预测 下一次潮流计算的潮流解，并将预测的潮流解作为下一次潮流计算的初值： f bTM:1 「O
[0020] /7 。=, t& 0 A 义 -1
[0021] 其中，tk是第k个元素为1，其余元素为0的列向量;b是负荷增长方向；fx是电力系统 的潮流方程的雅可比矩阵；AA是风电出力水平A的变化量；Ax是状态变化向量；Axk是Ax 的第k行元素，将A Xk当作常量。
[0022] 在一个实施例中，还包括：步长计算模块，用于通过W下公式计算所述预设的步 长： n
[002；3]々二 A,,…''max (.、，,）
[0024] 其中，h为预设的步长;hmax为常数;y功预测方向y的第i个分量，n是正整数。
[0025] 在本发明实施例中，通过利用新的方程来扩展电力系统的潮流方程，使得扩展后 的潮流方程为可求得定值解的方程，并通过对扩展后的电力系统的潮流方程进行修正，使 得修正后的潮流雅可比矩阵是将电力系统中最薄弱节点（即电压幅值下降最大的节点）当 作PV节点（即注入功率及电压幅值均指定的节点）处理时的潮流雅可比矩阵，即修正后的电 力系统的潮流方程的雅可比矩阵在临界点及其附近为非奇异，且修改后的潮流雅可比矩阵 (即修正后的电力系统的潮流方程的雅可比矩阵左上角部分矩阵)在临界点及其附近也为 非奇异，解决了扩展潮流雅可比矩阵左上角部分矩阵（即潮流雅可比矩阵)临界点处的奇异 问题，克服了潮流雅可比矩阵临界点处奇异及其附近病态给数值计算带来的不良影响，扩 展修正方程的计算精度可W得到有效保证，连续潮流计算在临界点附近的收敛性大大提 高，增加了算法的可靠性。
【附图说明】
[0026] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：
[0027] 图1是本发明实施例提供的一种风电场电力系统的电压稳定分析方法的流程图；
[0028] 图2是本发明实施例提供的一种逐点计算法的说明示意图；
[0029] 图3是本发明实施例提供的一种弧长连续法的说明示意图；
[0030] 图4是本发明实施例提供的一种同伦连续法的说明示意图；
[0031] 图5是本发明实施例提供的一种局部参数连续法的说明示意图；
[0032] 图6是本发明实施例提供的一种考虑无功限制时的A-V曲线示意图之一；
[0033] 图7是本发明实施例提供的一种考虑无功限制时的A-V曲线示意图之二；
[0034] 图8是本发明实施例提供的一种考虑无功限制时的A-V曲线示意图之
[0035] 图9是本发明实施例提供的一种风电场电力系统的电压稳定分析装置的结构框 图。
【具体实施方式】
[0036] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对 本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并 不作为对本发明的限定。
[0037] 在本发明实施例中，提供了一种风电场电力系统的电压稳定分析方法，如图1所 示，该方法包括：
[0038] 步骤101:选择连续化参数形成新的方程，利用所述新的方程扩展电力系统的潮流 方程，对扩展后的电力系统的潮流方程进行修正，得到修正后的电力系统的潮流方程，在修 正后的电力系统的潮流方程中，修正后的潮流雅可比矩阵是将电力系统中电压幅值下降最 大的节点当作注入功率及电压幅值均指定的节点处理时的潮流雅可比矩阵；
[0039] 步骤102:采用牛顿-拉夫逊法迭代求解所述修正后的电力系统的潮流方程，得到 预测方向；
[0040] 步骤103:根据所述预测方向和预设的步长，确定预测点；
[0041] 步骤104:根据所述预测点分析风电场电力系统的电压稳定情况。
[0042] 由图1所