一种用于提升双高电力系统新能源出力比例的方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统的仿真分析技术领域，并且更具体地，涉及一种 用于提升双高电力系统新能源出力比例的方法及系统。


背景技术：

2.电力系统越来越呈现出高比例可再生能源、高比例电力电子装备的技 术特征，其稳定性的内在机理发生变化，对电力系统安全稳定分析、仿真 建模计算提出了新的挑战。传统的毫秒级机电暂态仿真已不适用于反映电 力电子高频快速响应特性，应用电磁暂态仿真是目前研究问题的有效途径。 随着新能源接入系统比例逐渐增高，集群式的快速响应特性已开始影响整 个系统的稳定性。在确保系统安全稳定的前提下，如何采取经济高效的措 施来提升新能源接入比例是目前迫切需要解决的问题。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提出了一种用于提升双高电力系统新能源出力 比例的方法，包括：
4.以预设的仿真模型对双高电力系统进行仿真模拟运行，获取所述双高 电力系统的响应特性，并根据所述响应特性确定所述双高电力系统的失稳 现象；
5.确定所述双高电力系统的失稳现象的引起因素；
6.若所述引起因素为所述双高电力系统的新能源接入点的系统强度为弱， 向所述预设的仿真模型以预设接入方案接入调相机模型，并进行仿真模拟， 获取仿真模拟结果，若所述仿真模拟结果为所述双高电力系统稳定运行， 则根据所述预设方案生成调相机接入方案；
7.根据所述调相机接入方案，将调相机接入所述双高电力系统，用以提 升双高电力系统新能源的出力比例。
8.可选的，所述失稳现象包括：新能源机组的振荡及脱网。
9.可选的，所述双高电力系统的新能源接入点的系统强度包括强和弱， 所述系统强度根据新能源多场站的短路比确定。
10.可选的，所述仿真模拟结果若为所述双高电力系统不能够稳定运行；
11.则计算所述双高电力系统中各新能源机端多场站的短路比；
12.并确定新能源机端多场站的短路比低于预设值的节点，在低的节点处 加装调相机模型，并在加装调相机模型后，将双高电力系统全网最小短路 比提升至预设值。
13.可选的，若存在多种将双高电力系统全网最小短路比提升至预设值的 方案，则根据调相机配置原则，对不同方案的调相机数量、容量和电压等 级进行对比，获取对比结果，并根据对比结果选取调相机模型的配置方案， 以及根据所述选取的调相机模型的配置方案，确定双高电力系统全网最小 短路比提升至预设值的方案。
14.本发明还提出了一种用于提升双高电力系统新能源出力比例的系统， 所述系统
包括：
15.模拟仿真单元，以预设的仿真模型对双高电力系统进行仿真模拟运行， 获取所述双高电力系统的响应特性，并根据所述响应特性确定所述双高电 力系统的失稳现象；
16.计算单元，确定所述双高电力系统的失稳现象的引起因素；
17.方案生成单元，
18.若所述引起因素为所述双高电力系统的新能源接入点的系统强度为弱， 向所述预设的仿真模型以预设接入方案接入调相机模型，并进行仿真模拟， 获取仿真模拟结果，若所述仿真模拟结果为所述双高电力系统稳定运行， 则根据所述预设方案生成调相机接入方案；
19.根据所述调相机接入方案，将调相机接入所述双高电力系统，用以提 升双高电力系统新能源的出力比例。
20.可选的，所述失稳现象包括：新能源机组的振荡及脱网。
21.可选的，所述双高电力系统的新能源接入点的系统强度包括强和弱， 所述系统强度根据新能源多场站的短路比确定。
22.可选的，其特征在于，
23.所述仿真模拟结果若为所述双高电力系统不能够稳定运行；
24.则计算所述双高电力系统中各新能源机端多场站的短路比；
25.并确定新能源机端多场站的短路比低于预设值的节点，在低的节点处 加装调相机模型，并在加装调相机模型后，将双高电力系统全网最小短路 比提升至预设值。
26.可选的，若存在多种将双高电力系统全网最小短路比提升至预设值的 方案，则根据调相机配置原则，对不同方案的调相机数量、容量和电压等 级进行对比，获取对比结果，并根据对比结果选取调相机模型的配置方案， 以及根据所述选取的调相机模型的配置方案，确定双高电力系统全网最小 短路比提升至预设值的方案。
27.本发明在双高电力系统的系统强度较弱时，将调相机接入所述双高电 力系统，用以提升双高电力系统新能源的出力比例，接入调相机后能够在 保证电网安全稳定运行的前提下，有效的提高双高电力系统新能源的出力 占比。
附图说明
28.图1为本发明一种用于提升双高电力系统新能源出力比例的方法的流 程图；
29.图2为本发明方法实施例小扰动后出现的振荡电压波形图；
30.图3为本发明方法实施例光伏机组随系统强度由强到弱开始振荡的波 形图；
31.图4为本发明方法实施例多新能源场站接入的交流系统简化模型图；
32.图5为本发明方法实施例新能源出力占比72％运行方式，全网新能源 机端多场站短路比结果图；
33.图6为本发明方法实施例调相机方案配置流程图；
34.图7为本发明方法实施例加装调相机后，330kv母线三永n-1故障后， 故障及恢复期间波形图；
35.图8为本发明一种用于提升双高电力系统新能源出力比例的系统的结 构图。
具体实施方式
36.现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许 多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例 是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分 传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是 对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
37.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的 技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典 限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应 该被理解为理想化的或过于正式的意义。
38.本发明提出了一种用于提升双高电力系统新能源出力比例的方法，如 图1所示，包括：
39.以预设的仿真模型对双高电力系统进行仿真模拟运行，获取所述双高 电力系统的响应特性，并根据所述响应特性确定所述双高电力系统的失稳 现象；
40.确定所述双高电力系统的失稳现象的引起因素；
41.若所述引起因素为所述双高电力系统的新能源接入点的系统强度为弱， 向所述预设的仿真模型以预设接入方案接入调相机模型，并进行仿真模拟， 获取仿真模拟结果，若所述仿真模拟结果为所述双高电力系统稳定运行， 则根据所述预设方案生成调相机接入方案；
42.根据所述调相机接入方案，将调相机接入所述双高电力系统，用以提 升双高电力系统新能源的出力比例。
43.其中，所述失稳现象包括：新能源机组的振荡及脱网。
44.其中，所述双高电力系统的新能源接入点的系统强度包括强和弱，所 述系统强度根据新能源多场站的短路比确定。
45.其中，所述仿真模拟结果若为所述双高电力系统不能够稳定运行；
46.则计算所述双高电力系统中各新能源机端多场站的短路比；
47.并确定新能源机端多场站的短路比低于预设值的节点，在低的节点处 加装调相机模型，并在加装调相机模型后，将双高电力系统全网最小短路 比提升至预设值。
48.其中，若存在多种将双高电力系统全网最小短路比提升至预设值的方 案，则根据调相机配置原则，对不同方案的调相机数量、容量和电压等级 进行对比，获取对比结果，并根据对比结果选取调相机模型的配置方案， 以及根据所述选取的调相机模型的配置方案，确定双高电力系统全网最小 短路比提升至预设值的方案。
49.下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
50.首先根据所述响应特性确定所述双高电力系统的失稳现象，即为新能 源高比例接入系统的稳定问题发现；
51.新能源大规模接入有可能引起系统振荡或失稳等问题，但应用传统的 机电暂态仿真无法真实再现高比例接入后的振荡和失稳等现象，需采用能 够反映电力电子高频快速响应特性的电磁暂态仿真手段，研究新能源高比 例接入系统的稳定性问题。
52.本发明利用电力系统实时仿真软件hypersim搭建了含大规模新能源 和特高压直流的典型双高电网的全电磁暂态数模混合仿真模型。该电网模 型中的交流电网、新能源场
站及直流输电工程一次系统均采用数字模型， 直流输电工程的控制保护采用物理装置通过接口接入数字模型。仿真规模 为三相节点1000个，包含发电机35台，感应电动机45台；搭建了考虑原 动机、变流器、控制器、汇集线等的详细电磁暂态新能源场站等值模型。 该电网共接入162个新能源场站，其中光伏场站129座，风机场站33座； 且接入一回带实际控保装置的特高压直流工程。仿真步长为50微秒。此 仿真系统能真实反映新能源高比例接入系统的响应特性。
53.基于上述电网电磁暂态仿真模型，对该双高电网新能源出力占比72％ (约1230万千瓦)运行方式进行实时仿真研究。仿真试验中发现，系统在 小扰动下会发生7-10赫兹的振荡，仿真波形如图2所示。
54.对该电网模型进行修改，进一步增加新能源比例后发现，系统在小扰 动下新能源大面积脱网，严重时引起整个系统失稳。
55.进行问题定位；
56.通过对单个新能源机组或场站接入等值电网的电磁暂态实时仿真研究 发现，新能源接入点的系统强度较强时，系统能保持安全稳定运行；随着 新能源接入点系统强度不断变弱，出现了与上节大电网仿真试验中类似的 系统振荡现象，振荡波形和频率基本一致，进一步降低系统强度，新能源 机组直接脱网。根据此现象初步判断大电网试验中的振荡和脱网有可能是 由于新能源接入点系统强度较弱引起。某光伏机组随系统强度由强到弱开 始振荡的波形如图3所示。
57.多新能源场站接入情况下，新能源多场站短路比mrscr是计及多新 能源场站间相互影响的系统强度量化评估指标。新能源多场站短路比反映 了电网对新能源发电设备电网侧接入点或场站并网点无功电压支撑的能力。
58.进行新能源多场站短路比的定义及表达式；
59.戴维南等值方法可将新能源接入的交流系统简化为一个理想电压源串 联等值阻抗。利用多端口戴维南等值，可以得到图4所示的i(i＝1,2，...,n) 个新能源场站同时接入交流系统的简化等值模型示意图。
60.图4中的prei,q
rei
,分别为新能源发电设备/场站i的视在功率、 有功功率、无功功率和并网母线电压，为折算的并网点i、j间等值阻抗， 为主网等值电源i与对应并网点间的系统侧折算等值阻抗。
61.图4中新能源并网母线可分别表示新能源发电设备电网侧接入点或新 能源场站并网点(新能源场站升压站高压侧母线或节点)。设各新能源并网 母线注入交流系统的电流分别为则各并网母线节点电压则各并网母线节点电压可表示为
[0062][0063]
式(1)中为新能源并网母线处的交流电网等值阻抗矩阵z
eq
的第i行、 j列元
素。注意，图4中的和仅用于示意，与间并无实际对应关 系。
[0064]
短路比用于衡量设备接入系统后，系统标称电压与设备产生电压之间 的相对大小。基于上述物理意义，系统中第i个新能源并网母线处的新能源 多场站短路比(multiple renewable energy station short-circuit ratio， mrscr)为
[0065][0066]
式(2)中：为第i个并网母线节点标称电压；为设备(新能源) 发电功率在第i个节点上产生的电压，下标re表示新能源发电设备/场站； 为第i个新能源发电设备/场站提供的短路电流。令第i个并网母线节点的 实际运行电压为将式(2)分子分母同乘以可得：
[0067][0068]
式(3)中：为第i个新能源并网母线节点注入的新能源实际视在 功率；为新能源并网母线i和j之间的复数功率折算因子，反映了各新能源 发电设备电网侧接入点/新能源场站并网点电气量之间相位和幅值差异。
[0069]
根据新能源多场站短路比mrscr定义和计算公式，对上述新能源高比 例接入的双高电网进行了新能源多场站短路比的计算，各新能源机端多场 站短路比mrscrg如图5所示。
[0070]
计算结果表明，此方式中123个新能源场站(约占总新能源机组台数 的70％)机端多场站短路比均小于1.5，最低机端多场站短路比为1.12， 新能源接入的交流系统强度较弱，有极大可能出现系统振荡。
[0071]
通过优化运行方式，减小新能源出力占比，提升传统发电机比例，从 而调整各新能源机端多场站短路比。试验结果表明，当新能源出力调整为 占比50％(850万千瓦)时，各新能源机端多场站短路比均在1.5之上， 基于此方式进行的时域仿真结果为，系统在小扰动下能够稳定运行，新能 源机组未出现振荡和脱网。
[0072]
上述仿真研究结果进一步证实了含高比例新能源的大电网试验中的振 荡和脱网是由于新能源接入点系统强度较弱引起。
[0073]
增加调相机提升新能源接入比例
[0074]
同步调相机是一种特殊运行状态的同步电机，不带机械负荷，只向电 力系统提供或吸收无功功率。同步调相机作为一种无功补偿装置，可在稳 态、暂态、次暂态多时间尺度，体现不同的运行特性，为系统提供稳定的 动态无功。尤其具有良好的次暂态特性，可在
故障发生瞬间保持电网电压 稳定，并瞬时发出或吸收有功无功，可以为系统提供短路容量，增强系统 强度，提高系统稳定性。
[0075]
对于含高比例新能源的电网，可以考虑通过加装调相机提高系统强度 从而提升新能源出力比例。需要对调相机接入的位置和容量进行优化，在 确保相同比例新能源出力接入的情况下，加装的调相机应当尽可能少，以 更经济高效的调相机配置方案提升更大范围新能源接入点的系统强度，基 于此考虑，本发明提出了调相机配置的两点原则：
[0076]
加装调相机提升系统强度的新能源接入点覆盖范围尽可能大。
[0077]
加装调相机后确保需要接入的全部新能源能够稳定运行。
[0078]
依据上述原则，本发明提出了一种与计算新能源接入点多场站短路比 相互迭代校核的方式，制定了详细的配置调相机方案流程，具体步骤如图 6所示，即采用时域仿真方法测试电网是否能够安全稳定运行，若是，则 结束，形成调相机方案；
[0079]
若否，则计算各新能源场站机端多场站短路比mrscrg；
[0080]
找出新能源机端多场站短路比mrscrg低于预设值的节点，在电网 薄弱点加装调相机，将全网最小短路比提升至某一值；
[0081]
若将全网最小短路比提升至同一值有不同方案，则依据调相机配置原 则，对不同方案调相机的数量，容量和电压等级进行对比，选取最优调相 机配置方案。然后，采用时域仿真方法测试电网是否能够安全稳定运行。
[0082]
基于上节新能源出力比例72％的电网运行方式方式，按照上述调相机 配置原则及流程，得出最优调相机配置方案：在3个330kv汇集母线加装 8台300mvar调相机。配置调相机后，全网各新能源机端多场站短路比最 小为1.476。加装调相机后，330kv交流母线三永n-1故障后，故障及恢 复期间电网各电压等级母线电压波形如图7所示。
[0083]
本发明还提出了一种用于提升双高电力系统新能源出力比例的系统 200，如图8所示，包括：
[0084]
模拟仿真单元201，以预设的仿真模型对双高电力系统进行仿真模拟 运行，获取所述双高电力系统的响应特性，并根据所述响应特性确定所述 双高电力系统的失稳现象；
[0085]
计算单元202，确定所述双高电力系统的失稳现象的引起因素；
[0086]
方案生成单元203，若所述引起因素为所述双高电力系统的新能源接 入点的系统强度为弱，向所述预设的仿真模型以预设接入方案接入调相机 模型，并进行仿真模拟，获取仿真模拟结果，若所述仿真模拟结果为所述 双高电力系统稳定运行，则根据所述预设方案生成调相机接入方案；
[0087]
根据所述调相机接入方案，将调相机接入所述双高电力系统，用以提 升双高电力系统新能源的出力比例。
[0088]
其中，所述失稳现象包括：新能源机组的振荡及脱网。
[0089]
其中，所述双高电力系统的新能源接入点的系统强度包括强和弱，所 述系统强度根据新能源多场站的短路比确定。
[0090]
其中，其特征在于，
[0091]
所述仿真模拟结果若为所述双高电力系统不能够稳定运行；
[0092]
则计算所述双高电力系统中各新能源机端多场站的短路比；
[0093]
并确定新能源机端多场站的短路比低于预设值的节点，在低的节点处 加装调相
机模型，并在加装调相机模型后，将双高电力系统全网最小短路 比提升至预设值。
[0094]
其中，若存在多种将双高电力系统全网最小短路比提升至预设值的方 案，则根据调相机配置原则，对不同方案的调相机数量、容量和电压等级 进行对比，获取对比结果，并根据对比结果选取调相机模型的配置方案， 以及根据所述选取的调相机模型的配置方案，确定双高电力系统全网最小 短路比提升至预设值的方案。
[0095]
本发明能够在保证电网安全稳定运行的前提下，有效的提高双高电力 系统新能源的出力占比。
[0096]
本明还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储 有计算机程序，所述计算机程序用于执行本发明的用于提升双高电力系统 新能源出力比例的方法。
[0097]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、 或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施 例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个 或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不 限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的 形式。本技术实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向 对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0098]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序 产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流 程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中 的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专 用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个 机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产 生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方 框中指定的功能的装置。
[0099]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理 设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存 储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个 流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0100]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上， 使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现 的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流 程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能 的步骤。
[0101]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知 了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所 附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和 修改。
[0102]
显然，本领域技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本 申请的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利 要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。