一种风电场对电网静态电压稳定支撑能力评估方法及系统与流程

本技术属于电力系统，特别地，涉及一种风电场对电网静态电压稳定支撑能力评估方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源发电占比的不断提升和风电场站的大规模建设，风电场的合理运行对于电力系统的安全稳定发挥着日益重要的作用。风场内风机和静止无功发生器(staticvar generator，svg)均具有无功调节能力，因此风场可为系统提供一定程度电压支撑，而如何使风场满足系统指令的同时实现站内运行状态最优，又如何衡量风场对于电网电压稳定性的提升效果都是值得研究的方向。

2、发明人发现，目前此类研究中存在以下问题：

3、(1)缺乏有效的评估指标以评估风电场对于电网电压稳定影响。当前对单台或多台风机接入对电压稳定影响评估的研究较多，但随着新能源场站的建设，大规模风电场作为一个整体接入电网，需要规定一个便捷直观的指标用于分析风电场对电网电压稳定的支撑能力。

4、(2)评估方法对风电场站内运行考虑不全面。当前大多数评估方法仅考虑并网点电压功率等约束，忽略了站内运行的安全性与经济性。因此需要探究如何计及风电场内部运行的电压安全性以及经济性，综合评价风电场对电网电压稳定支撑效果。

5、因此，提供一种有效的评估指标以评估风电场对于电网电压稳定影响，是目前亟待解决的问题。

6、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术提出了一种风电场对电网静态电压稳定支撑能力评估方法及系统。本技术通过获取风电机与静止无功发生器的无功功率出力范围，使得风电场满足系统需求指令；并基于所述风电机与静止无功发生器的无功功率出力范围、系统侧电压范围，获取大规模风电场接入电网时对电网电压稳定支撑能力的评估指标，提供了一种有效的评估指标以评估风电场对于电网电压稳定影响。

2、根据本发明实施例的第一方面，提供一种风电场对电网静态电压稳定支撑能力评估方法，所述方法包括：

3、获取风电机与静止无功发生器的无功功率出力范围、系统侧电压范围，使得风电场满足系统需求指令；

4、基于所述风电机与静止无功发生器的无功功率出力范围、系统侧电压范围，获取大规模风电场接入电网时对电网电压稳定支撑能力的评估指标。

5、在一些实施例中，系统需求指令包括：系统侧电压和无功功率，所述电压为风电场并网点电压，无功功率为风电场并网点向系统输出的无功功率。。

6、在一些实施例中，电网信息包括系统中元件参数、节点导纳矩阵、负荷参与因子；风电场内部信息包括场站拓扑结构、集电线路阻抗值、静止无功发生器无功容量、风电机容量和风电机有功功率预测值，包括：

7、获取电网信息以及风电场内部信息；

8、基于所述电网信息确定系统侧电压范围；基于所述风电机容量、风电机有功功率预测值以及静止无功发生器无功容量，确定风电机可调无功功率出力范围、静止无功发生器的无功功率出力范围。

9、在一些实施例中，风电场内部信息包括：风机容量、风电机有功功率预测值；

10、风机根据某时刻风速数据对应生成有功功率出力值；

11、基于风机容量，根据有功功率确定风电机可调无功功率的输出范围。

12、在一些实施例中，风电机可调无功功率出力满足关系式：其中，p为风机有功功率出力预测值；为风电机可调无功功率出力最大值；smax为风机容量最大值。

13、在一些实施例中，获取大规模风电场接入电网时对电网电压稳定支撑能力的评估指标，包括：

14、获取电网信息，基于所述电网信息，计算风电场接入前系统静态电压稳定性评估指标l0；

15、获取在风机与静止无功发生器的无功功率出力范围、系统侧电压范围可达到的系统l指标最小值；

16、计算在风电场运行范围内可达到的系统l指标最小值与风电场接入前系统l指标的差值δl，该差值δl即为表征大规模风电场接入电网时对电网电压稳定支撑能力的评估指标。

17、在一些实施例中，所述电网信息包括：

18、电网拓扑、元件参数、节点导纳矩阵、负荷参与因子；

19、基于所述电网信息，计算风电场接入前系统静态电压稳定性指标l0，包括：

20、对风电场接入前的电网进行潮流计算得到各负荷节点电压相量；计算所有负荷节点j的电压稳定指标

21、定义系统全局电压稳定性指标为：l＝max{lj|j∈αl}，其中αl表示系统中负荷节点的集合，取l最大值作为系统电压稳定性评估指标，即得到风电场接入前系统静态电压稳定性评估指标l0；

22、其中，αg表示系统中电源节点的集合；为节点j的电压相量；为节点i的电压相量；fji为节点j与节点i之间的负荷参与因子；lj表示负荷节点j处于临界电压稳定状态；lj<1表示负荷节点j电压稳定，且lj越小稳定程度越高。

23、在一些实施例中，

24、对风电场接入前的电网进行潮流计算基于潮流方程约束实现。

25、在一些实施例中，所述电网信息还包括集电线路阻抗值、svg无功容量；

26、所述风电场潮流模型基于风电场内部拓扑结构、集电线路阻抗值、svg无功容量获取；所述风电场内部拓扑为辐射状网络，内部包括多回集电线路，每回集电线路上并联多组风机，集电线路母线处装有svg设备，通过主变压器升压后在并网点向系统输送功率。

27、在一些实施例中，所述风电场潮流模型为：

28、

29、其中，pj表示节点j的有功注入功率；l:i→j为以节点j为末节点的支路集合；支路ij为连接节点i与节点j的线路；pij为支路ij的首端有功功率；rij为支路ij的电阻值；iij为支路ij上的电流；m:j→k为以节点j为首节点的支路集合；qj表示节点j的无功注入功率；qij为支路ij的首端无功功率；xij为支路ij的电抗值；uj表示节点j的电压值；||||2为二范数。

30、在一些实施例中，获取在风电机与静止无功发生器的无功功率出力范围、系统侧电压范围可达到的系统l指标最小值，包括：

31、s001、以系统l指标最小为目标、以风电场无功功率为变量、建立第一目标函数模型，控制风电场无功功率出力，求解所述第一目标函数模型得到大规模风电场接入电网时对电网电压稳定支撑能力最优的指标l1、风电场并网点电压和无功功率，将风电场并网点电压和无功功率指令下发给场站形成并网点关于电压和无功功率的等式约束条件；所述第一目标函数模型满足第一约束条件；

32、s002、基于并网点关于电压和无功功率的等式约束条件，以场站内网损最小为目标、以风电场内风电机及svg的输出无功功率为变量建立第二目标函数模型，求解所述第二目标函数模型，获取风电机与svg无功功率出力；所述第二目标函数模型满足第二约束条件，所述第二约束条件包括系统需求指令约束条件、风电场潮流方程约束、风电机可调无功功率约束、svg容量约束以及节点电压幅值上下限约束，所述系统需求指令约束条件包括所述并网点关于电压和无功功率的等式约束条件；s003、判别获取的风电机的无功功率出力是否在风电机的无功功率出力范围内：

33、若第二目标函数模型有解，则风电场满足系统需求指令，可以基于步骤s001获取的大规模风电场接入电网时对电网电压稳定支撑能力最优的指标作为系统l指标最小值；

34、若第二目标函数模型无解，则风电场无法满足系统需求指令，计算风场可输出的最大无功功率向系统反馈，调整风场可出力范围后重复s001-s002，直至获取的风电机可输出的最大无功功率使得第二目标函数有解，此时风电场无法满足系统需求指令，相应步骤s001基于风电机输出的该最大无功功率获取的大规模风电场接入电网时对电网电压稳定支撑能力最优的指标作为系统l指标最小值；

35、其中，计算风场可输出的最大无功功率向系统反馈，包括：通过基于求解并网点输出无功功率最大值的第三目标函数模型：max f＝qpcc，计算风电场可输出的最大无功功率向系统反馈；所述第三目标函数模型满足第二约束条件中的风电场潮流方程约束、风电机可调无功功率约束、svg容量约束以及节点电压幅值上下限约束。

36、在一些实施例中，所述第一目标函数模型为minf1＝l，其中f为目标函数值，

37、所述第一约束条件包括潮流方程约束、风电场无功功率出力范围约束、节点电压幅值约束。

38、在一些实施例中，所述潮流方程约束为：

39、

40、其中ui为第i个节点的电压幅值；uj为第j个节点的电压幅值；n是系统中所有节点的集合，j为集合n中的元素；gij、bij分别为第i个节点与第j个节点形成的支路的电导和电纳；δij为第i个节点与第j个节点之间的相角差；

41、风电场无功功率出力范围约束为：

42、qwfi,min≤qpcc，i≤qwfi,max，

43、其中qpcc，i为风电场i在并网点向系统输送的无功功率；qwfi,max、qwfi,min分别为风场可输出无功功率范围的上下限，通过风场容量和运行情况反馈获得；节点电压幅值约束节点

44、式中uimin为节点i电压下限值；为节点i电压上限值。

45、在一些实施例中，所述第二目标函数模型为：

46、

47、其中，δpi,loss为线路i上的有功网损；n为风电场内线路总数。

48、所述第二目标函数模型满足的并网点关于电压和无功功率的等式约束条件为：满足的svg无功功率出力值受其容量约束为：式中qsvg为svg无功功率出力值，为最小svg无功功率出力值；为svg最大无功功率出力值。

49、根据本技术的第二方面，提供一种风电场对电网静态电压稳定支撑能力评估系统，所述系统包括：

50、无功功率控制模块，配置为获取风电机与静止无功发生器的无功功率出力范围、系统侧电压范围，使得风电场满足系统需求指令；

51、指标获取模块，配置为基于所述风电机与静止无功发生器的无功功率出力范围、系统侧电压范围，获取大规模风电场接入电网时对电网电压稳定支撑能力的评估指标。

52、根据本技术的第三方面，提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令执行时实现以上实施例中任一项所述的风电场对电网静态电压稳定支撑能力评估方法。

53、本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

54、(1)本技术实施例通过获取风电机与静止无功发生器的无功功率出力范围，使得风电场满足系统需求指令；并基于所述风电机与静止无功发生器的无功功率出力范围、系统侧电压范围，获取大规模风电场接入电网时对电网电压稳定支撑能力的评估指标，即本技术实施例提供了一种有效的评估指标以评估风电场对于电网电压稳定影响，克服目前缺乏有效的评估指标以评估风电场对于电网电压稳定影响的弊端。

55、(2)本技术实施例以风电场接入前后系统静态电压稳定性指标的变化量δl量化分析风电场对系统电压稳定的提升效果，直观地表示了风电场在运行范围内对电网静态电压稳定的支撑能力，能有效评估一定规模下风电场接入前后对于电网电压安全的影响，为新能源场站规划设计和调度控制提供了依据。

56、(3)本技术实施例计及了风电场运行的经济性，以场站内线路网损最小为目标，优化控制风电机及svg的输出无功功率，充分利用了风电机组的无功容量，在输出无功支撑电压的同时提升了场站运行的经济性。

57、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。