基于受端电网无功同步平衡能力预测的电压稳定评估方法与流程

本发明属于新能源电网运行，具体涉及基于受端电网无功同步平衡能力预测的电压稳定评估方法。

背景技术：

1、由于我国风电和光伏资源富集型地区与负荷密集地区在地理上分布不一致问题，近年来国家开展了很多超、特高压输电工程。为积极实现“碳达峰”以及“碳中和”的战略目标，我国未来将进一步提高新能源发电占比和输送能力，并压缩本地火力机组的装机容量。目前一些城市用电不能自给自足，购电比例已达60%~70%，一方面受端负荷中心以发电机组为主的动态无功源逐渐减少，另一方面大量直流馈入反而造成系统电压调节能力的下降，这将使电网的暂态电压稳定性面临严峻挑战。在受端电网故障暂态恢复期间，逆变侧换流器将消耗大量动态无功功率，当其与系统暂态电压恢复过程不匹配时，将会加剧恶化受端电网的暂态电压稳定性，所以电压稳定的及时有效评估对电网运行安全有重大影响。

2、现有技术中针对电压稳定评估通常基于灵敏度指标或电压稳定裕度指标进行判断，该方法的判断准确性一般，且判断结果的利用性不高。鲜有通过各节点无功同步平衡能力来对电压稳定性进行评估，且未有电压稳定性预测性评估方法，同时也未见基于评估结果实现对电网调节的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供了一种基于受端电网无功同步平衡能力预测的电压稳定评估方法，可以快速预测受端电网电压稳定性，并基于预测结果对电网进行调整，提高电网运行的安全性。

2、本发明采用的技术方案是：一种基于受端电网无功同步平衡能力预测的电压稳定评估方法，包括以下步骤：

3、实时采集用于预测受端电网的无功同步平衡能力的受端电网运行数据；所述无功同步平衡能力通过受端电网内各个节点的无功补偿设备、储能设备、负荷和电压状态信息表征受端电网内各个节点的无功同步平衡水平；

4、根据采集到的受端电网运行数据进行迭代计算，预测下一个时刻受端电网各个节点的无功同步平衡能力；

5、基于下一个时刻受端电网各个节点的无功同步平衡能力的预测值评估电压稳定性，并选择性调整受端电网各个节点的无功补偿设备、储能设备和火电机组的无功出力。

6、上述技术方案中，根据采集到的受端电网运行数据进行迭代计算，预测下一个时刻受端电网各个节点的无功同步平衡能力的过程包括：针对受端电网中任一个节点，首先求取该节点当前时刻的受端电网节点无功同步平衡能力；以当前时刻的受端电网节点无功同步平衡能力作为初始值，基于修正系数在初始值基础上进行迭代计算，得到下一个时刻该节点的无功同步平衡能力；所述修正系数用于表征受端电网当前的故障状态。

7、上述技术方案中，受端电网第i个节点当前时刻的无功同步平衡能力采用下式计算：

8、  ；

9、式中， qi,bc为受端电网第i个节点当前时刻的无功补偿设备的无功出力，qi,es为受端电网第i个节点当前时刻的储能设备的无功出力，qi,load为受端电网第i个节点当前时刻负荷的无功需求；ui为受端电网第i个节点当前时刻电压值；ui,pu为受端电网第i个节点电压基准值，ui,max、ui,min为受端电网第i个节点电压的最大值和最小值。

10、上述技术方案中，采用归一化处理后的受端电网运行数据预测下一个时刻受端电网各个节点的无功同步平衡能力。

11、上述技术方案中，受端电网第i个节点下一时刻的无功同步平衡能力abs(m)i,t+1采用下式计算：

12、；

13、式中，abs(0)i,t+1为初始值；kwgtbxz为修正系数；m为迭代次数，t表示当前时刻，p’i,load表示为受端电网第i个节点的负荷功率归一化值；p’i,wt表示为受端电网第i个节点的风电输出功率归一化值；p’i,es表示为受端电网第i个节点的储能设备输出功率归一化值；q’i,es表示为受端电网第i个节点的储能设备的无功出力归一化值；q’i,bc表示为受端电网第i个节点的无功补偿设备的无功出力归一化值；q’i,load表示为受端电网第i个节点的负荷需求归一化值。

14、上述技术方案中，基于下一个时刻受端电网各个节点的无功同步平衡能力的预测值评估电压稳定性，并选择性调整受端电网各个节点的无功补偿设备、储能设备和火电机组的无功出力的过程包括：

15、如果计算得到的受端电网第i个节点无功同步平衡能力的预测值大于或等于设定阈值，则该节点无需增加无功出力；

16、如果计算得到的受端电网第i个节点无功同步平衡能力的预测值小于设定阈值，则令该节点的无功补偿设备、储能设备和火电机组增加无功出力。

17、上述技术方案中，如果计算得到的受端电网第i个节点无功同步平衡能力的预测值小于设定阈值，采用下式计算受端电网第i个节点的无功出力总调节值△qi：

18、△qi=kwgtbxz*abs(m)i,t+1（qi,bc+qi,es）；

19、其中，kwgtbxz为修正系数，abs(m)i,t+1为受端电网第i个节点下一时刻的无功同步平衡能力；qi,es表示当前时刻受端电网第i个节点的储能设备的无功出力；qi,bc表示当前时刻受端电网第i个节点的无功补偿设备的无功出力值；

20、该无功出力总调节值由受端电网第i个节点的无功补偿设备、储能设备和火电机组按照先后顺序增加无功出力提供，直至满足无功出力总调节值△qi：

21、若无功补偿设备的无功出力增加至额定值仍不满足该无功出力总调节值时，再由储能设备补充无功出力直至满足该无功出力总调节值；若无功补偿设备和储能设备的无功出力均增加至额定值仍不满足该无功出力总调节值时，再由火电机组增加无功出力以满足剩余需求。

22、上述技术方案中，采用下式计算受端电网运行数据的归一化值：

23、；

24、其中， pi,load,max为受端电网第i个节点的负荷功率最大值；pi,wt,max为为受端电网第i个节点的风电输出功率最大值；pi,es,max为为受端电网第i个节点的储能设备输出功率最大值； qi,load,max为受端电网第i个节点的无功补偿设备的无功出力最大值； qi,bc,max为受端电网第i个节点的储能设备的无功出力最大值；qi,es,max为受端电网第i个节点负荷的无功需求最大值；ui,max为受端电网第i个节点的电压最大值；pi,load为当前时刻受端电网第i个节点的负荷功率，pi,wt为受端电网第i个节点的风电输出功率；pi,es为受端电网第i个节点的储能设备输出功率。

25、本发明提供了一种基于受端电网无功同步平衡能力预测的电压稳定评估系统，该系统用于实现上述技术方案所述基于受端电网无功同步平衡能力预测的电压稳定评估方法。

26、本发明的有益效果是：本发明提出了一种评估受端电网各个节点的无功同步平衡能力的方法，从而有效评估受端电网的电压稳定性。本发明通过对受端电网的受端电网各节点的负荷功率、各节点的风电输出功率、各节点的储能设备输出功率、各节点的无功补偿设备的无功出力、各节点的储能设备的无功出力、各节点的无功需求、各节点的电压进行测量，并根据测量参数进行计算，保证计算得到的无功同步平衡能力能够有效反映各个节点的真实运行状态。本发明定义的无功同步平衡能力能够反应电网各节点无功是否满足需求，可以精准地判断受端电网各节点的无功缺额程度。同时，本发明对下一时刻受端电网节点的无功同步平衡能力进行预测，可以判断下一时刻的无功缺额程度，预测各节点的无功同步平衡能力，并快速、有效预测出下一时刻受端电网的电压稳定性。本发明通过计算受端电网节点的无功出力总调节值根据无功同步平衡能力预测，预先为受端电网各节点给出无功调节参考，可以方便调度运行操作人员提前作出指令，提高受端电网的电压稳定性。同时本发明为受端电网的电压稳定性提供一种评估方法，便于操作人员了解系统的运行状态，为后续决策提供数据支持。