一种基于源流路径电气剖分的风电系统关键节点识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于源流路径电气剖分的风电系统关键节点识别方法，主要包括：根据实时电力系统结构和电网参数信息，获得全网路径链的最终详细电气剖分参数，提取剖分子网络的源功率、流功率以及子支路的阻抗信息，分析有多少电源和负荷成分通过何种路径传输及供求信息，计算获得所有机组对电网节点的支撑度，根据支撑度数值大小确定网络的关键节点集；获取关键节点上的补偿装置对风电场节点的电压支撑度以及其对提升全局电压平均水平的贡献，将计算结果进行对比进行验证。该识别方法，可以在系统发生故障初期，有效识别系统中的关键节点，并在这些关键节点上进行动态无功补偿，具有大幅降低风电场大规模脱网故障发生概率的优点。
【专利说明】一种基于源流路径电气剖分的风电系统关键节点识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统中关键节点识别【技术领域】，具体地，涉及一种基于源流路径 电气剖分的风电系统关键节点识别方法。
【背景技术】
[0002] 我国风电进入规模化发展阶段以后所产生的大型新能源基地多数位于"三北地 区"（西北、东北、华北），大型新能源基地一般远离负荷中心，其电力需要经过长距离、高电 压输送到负荷中心进行消纳。以甘肃电网为例，截至2014年4月，甘肃电网并网风电装机 容量已达707万千瓦，约占甘肃电网总装机（3500万千瓦）容量的20. 2%，成为仅次于火 电的第二大主力电源；光伏发电装机容量已达到435万千瓦，约占甘肃电网总装机容量的 12. 4%，同时甘肃成为我国光伏装机规模最大的省份。目前，甘肃电网风电、光伏发电装机 约占甘肃电网总装机容量的1/3。
[0003] 由于风、光资源的间歇性、随机性和波动性，风电出力的波动性会导致大型风电场 电压出现相应波动。当风电场发生电压较大扰动时，若没有足够的动态无功支撑，将引起风 电场电压跌落。由于交流联网系统的整个电网的电压和频率之间相互影响、酒泉地区风电 出力大幅度变化必然引起整个系统的电压、频率波动，导致事故进一步扩大。
[0004] 自2011年以来我国连续发生了三次大规模风电机组脱网事故，集中反映了风电 机组的低电压穿越能力、高电压穿越能力以及无功补偿装置控制策略等方面存在的不足。 大规模风电机组脱网事故的起因及其对电网无功电压控制策略的影响已成为当前风电研 究领域中最为引人关注的问题之一。风电场脱网事故具有典型的连锁故障特性，即事故往 往是从电网中某个较小的元件故障开始，逐步发展演变直至造成风电机组大面积脱网的严 重后果。在系统发生故障初期，若能识别出系统中的某些关键节点，并在这些关键节点上进 行动态无功补偿，则有望在很大程度上降低风电场大规模脱网故障发生的概率。
[0005] 为解决上述问题，需要对无功电压进行控制，为控制无功电压需要对含大规模风 电的电力系统关键节点进行识别。
[0006] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在电力系统故障发生初期 无法有效识别系统中的关键节点，从而导致连锁故障最终造成大规模风电脱网的缺陷。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于源流路径电气剖分的风电系统 关键节点识别方法，以实现在系统发生故障初期，有效识别系统中的关键节点，并在这些关 键节点上进行动态无功补偿，具有大幅降低风电场大规模脱网故障发生概率的优点。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于源流路径电气剖分的风电 系统关键节点识别方法，主要包括：
[0009] a、根据实时电力系统结构和电网参数信息，获得系统的具体潮流分布情况；基于 计算得到的实时潮流信息，对网络中所有源流对进行双向电气剖分，获得全网路径链的最 终详细电气剖分参数；
[0010] b、基于最终详细电气剖分参数，提取剖分子网络的源功率、流功率以及子支路的 阻抗信息；
[0011] c、根据已得到的全网源流路径链信息，分析有多少电源成分通过何种路径传输至 某一负荷以及有多少负荷成分通过何种路径从某一电源汲取功率的详细供求信息；
[0012] d、根据源流对的电气剖分信息，计算获得所有机组对电网节点的支撑度，根据支 撑度数值大小确定网络的关键节点集；
[0013] e、通过在关键节点加无功动态无功补偿装置，得出关键节点上的补偿装置对风电 场节点的电压支撑度以及其对提升全局电压平均水平的贡献，并将计算结果进行对比，验 证所提关键节点辨识方法的有效性和合理性。
[0014] 进一步地，所述步骤a，具体包括：
[0015] 1)剖分子网络源、流节点关键度
[0016] 根据某一源流路径链.
【权利要求】
1. 一种基于源流路径电气剖分的风电系统关键节点识别方法，其特征在于，主要包 括： a、 根据实时电力系统结构和电网参数信息，获得系统的具体潮流分布情况；基于计算 得到的实时潮流信息，对网络中所有源流对进行双向电气剖分，获得全网路径链的最终详 细电气剖分参数； b、 基于最终详细电气剖分参数，提取剖分子网络的源功率、流功率以及子支路的阻抗 信息； c、 根据已得到的全网源流路径链信息，分析有多少电源成分通过何种路径传输至某一 负荷以及有多少负荷成分通过何种路径从某一电源汲取功率的详细供求信息； d、 根据源流对的电气剖分信息，计算获得所有机组对电网节点的支撑度，根据支撑度 数值大小确定网络的关键节点集； e、 通过在关键节点加无功动态无功补偿装置，得出关键节点上的补偿装置对风电场节 点的电压支撑度以及其对提升全局电压平均水平的贡献，并将计算结果进行对比，验证所 提关键节点辨识方法的有效性和合理性。
2. 根据权利要求1所述的基于源流路径电气剖分的风电系统关键节点识别方法，其特 征在于，所述步骤a，具体包括： 1)剖分子网络源、流节点关键度 根据某一源流路径链相关电气信息，分别求取子网络源节点输出的功率和流 节点输入的功率占全网源、流功率的比例；所占比例越高，说明源节点和流节点在全网中关 键度越高；源、流节点的重要度具有间接反映电网运行状态特性； 假设某源流路径链4 /中，该剖分子网络从送端源*;中获得的有功功率为 l-J 受端流从该源流路径输入的有功功率为该子网络中源、流节 点的关键度定义为：
当电网结构或系统运行状态发生改变时，源流对之间的路径链及路径链传输的功率会 随之发生改变，并在一定程度上表现为源、流节点的重要度的数值变化； 2)剖分路径链电气距离 由于线路的电阻相对于电抗可忽略不计，因此，采取剖分子支路的电抗作为衡量源 流节点之间的电气距离；对某一源流路径链中的第m段剖分子支路，其电气距离 7々 一 (,W表示为：
源流路径链上的节点η和送端源之间的电气距离表示为：
式中，M为节点η和送端源*之间的剖分子支路总数；越小，说明送端源利 用源流路径链传输功率时经过该剖分子支路的等效距离越短，较短的电气长度会增强之间 的电气联系，对辨识关键节点影响更大； 综合以上电气特征参数，定义源流路径链的送端源和受端流对路径 链中任意节点η的支撑度为： T- = XI1; Ik Dk^n = I,2 N αι I j ' ' (5). 式中，λ为发电机和节点之间的电气联系系数，基于双向电气剖分后源流路径链，若发 电机通过该节点传输功率时，说明发电机和该节点没有直接的电气联系，则λ= 〇 ;反之若 发电机的传输功率路径不经过该节点，说明λ= 1。
3.根据权利要求2所述的基于源流路径电气剖分的风电系统关键节点识别方法，其特 征在于，所述步骤d，具体包括： 式（5)求得的是源流路径链?上源节点对节点η的支撑度；在衡量原始网络中对应 节点η的关键度时，需要考虑其在不同源流路径链中受到支撑度的综合累积效应； 当风电系统发生故障时，采用节点关键度指标可以评估出最能有效阻止故障连锁反应 的节点，通过在该点加动态无功补偿设备，使得该节点控制效果最优，达到防御连锁故障的 最佳效果； 将原始网络中所有发电机组对节点η的支撑度之和定义为节点η的关键度：
从电气原理出发，既能发现节点关键度指标随系统运行状态变化的规律，又能获得关 键节点上的无功源与系统其他节点之间发生电气供求关系的路径关系，辨识出最能有效防 御连锁故障发生的节点。
4.根据权利要求3所述的基于源流路径电气剖分的风电系统关键节点识别方法，其特 征在于，所述步骤e，具体包括： 基于路径链的双向电气剖分算法分析得出不同系统运行方式下的关键节点，验证关键 节点和系统运行方式密切相关； 根据系统当前运行状态对网络进行关于网络源流对的第3类双向电气剖分，得到全网 源流路径集合； 从全网所有源流路径链集合中挑选出包含全网所有源节点和流节点16源流对的路径 链子集，记为/二/一丨6 (Z二1"· 1%_16)其中?_16表示路径链子集总数，i为流节 9 点16提供功率的网络源； 根据公式（6)得到的节点关键度，取关键度最高的三个节点组成关键节点集。
【文档编号】H02J3/18GK104319785SQ201410505774
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月27日 优先权日:2014年9月27日
【发明者】路亮, 汪宁渤, 黄华, 周强, 韩自奋, 徐陆飞, 王定美, 马明, 吕清泉, 张健美, 陈钊, 王明松 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 甘肃省电力公司风电技术中心, 国电南瑞科技股份有限公司