基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法及装置和介质与流程

本发明属于电力系统领域，特别涉及基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法及装置和介质。

背景技术：

1、新能源依托电力电子变流器实现并网，其动态外特性与传统同步机存在显著差异，主要表现为缺乏支撑电网电压和频率的能力。新能源在电力系统发电占比的不断提升，电网电压支撑能力相对下降，引发了一系列电压相关的稳定问题。因此，准确评估新能源场站的电压稳定裕度对于保障大规模新能源安全稳定并网运行十分重要。

2、潮流方程组是新能源场站等大规模电力系统电压稳定风险评估的主要对象，牛顿拉夫逊算法被广泛应用于迭代计算潮流方程组，但该算法不收敛，可能原因主要有两种：初值不在吸引域内或潮流方程组本身无可行解。当初值不在吸引域内时，已有研究在面对大规模电力系统运行参数的大范围变化时，难以准确刻画出实用化的可行域边界；当潮流方程组本身无可行解时，一般认为该运行方式下系统失去电压稳定性。因此，潮流方程组的有界性条件也常被用于电压稳定性分析。应用最为广泛的电压稳定分析方法是针对潮流方程组的特征值分析，当潮流方程组的雅可比矩阵出现零特征值时，牛顿拉夫逊法无法收敛，同时系统发生电压失稳。然而，该方法需要先迭代求解出潮流可行解，在实际使用中需要反复迭代，处理时间长且缺乏明确的物理意义。

技术实现思路

1、针对现有算法不收敛导致无法有效评估电压稳定的问题，本发明提供一种基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法及装置和介质，通过求解场站外电网平衡节点最小电压幅值来判断新能源场站潮流解的存在性和电压稳定性。

2、本发明采用技术方案如下：一种基于潮流有解的新能源场站静态电压稳定评估方法，包括：

3、构建新能源场站的潮流凸松弛模型；

4、利用所构建的潮流凸松弛模型求解外电网平衡节点电压幅值的最小值；

5、获得新能源场站的外部电网等值电压；

6、通过比较外部电网等值电压和所计算的外电网平衡节点电压幅值的最小值，评估系统静态电压稳定性。

7、通过构建潮流凸松弛模型，将非线性潮流模型转化为线性模型，以便求出可行解，通过求出的外电网平衡节点电压幅值的最小值与外电网等值电压做比较，能够将系统静态电压稳定性进行量化，无需反复迭代，求解快速、便捷。

8、进一步地，构建新能源场站的潮流凸松弛模型过程包括：

9、构建以外电网平衡节点电压幅值最小化为目标函数；

10、构建有功功率的潮流约束、无功功率潮流约束、电压幅值潮流约束、电流幅值潮流约束以及电流幅值边界约束；其中，电流幅值潮流约束为凸松弛约束；

11、获得新能源场站的潮流凸松弛模型。

12、进一步地，电流幅值潮流约束为凸松弛约束具体为：任意一个外电网平衡节点线路的电流幅值的平方，大于等于该线路上的有功功率平方与无功功率平方的和除以该线路起始节点处电压幅值的平方。

13、进一步地，采用半定规划求解器(matlab yalmip toolbox采用的求解方法)求解新能源场站的潮流凸松弛模型中的目标函数，获得外电网平衡节点电压幅值的最小值。具体为采用matlab平台的yalmip toolbox进行求解，可以使用的求解器为cplex。

14、进一步地，外电网等值电压通过戴维南等值法获得。具体地，可用电网bspap系统中的功能模块、bpa(电力系统分析程序)或综稳系统计算获得。

15、bspap系统是电力系统中的一种应用软件，主要用于电力系统的分析、设计和运行。bspap系统的全称是“电力系统分析与设计软件包”，它是中国电力科学研究院自主研发的一款电力系统分析与设计软件。bspap系统主要包括以下几个模块：潮流计算、短路计算、稳定分析、经济调度、配电网规划等。电网bspap系统等值模型是基于状态估计或潮流计算，应用扩展ward等值建立的包括缓冲网的等值模型。结合灵敏度分析，提出利用改变边界节点电压分析外网支路无功响应的方法来选择外网中重要支路和重要节点，构成缓冲网，并对外网的其余部分应用扩展ward进行等值。此外，对于在外网中包含直流线路的情况，有一种进行外网等值的方法是将外网中直流线路用交流线路代替，使得能够采用高斯消去法进行等值参数计算，然后再进行外网等值计算。

16、在电网领域中，bpa指的是电力系统分析程序，具体来说是中国电力科学院从美国bonne在电网领域中，bpa指的是电力系统分析程序，具体来说是中国电力科学院从美国bonneville power administration引进的一种具有国际先进水平的电力系统分析软件包。此外，bpa也是美国波特兰州立大学电力系统研究所的缩写，该机构致力于电力系统的研究、开发和实施，为电力系统运营、规划和市场等领域提供支持。

17、bpa潮流稳定计算是其中一个重要的功能，它能够进行电力系统的潮流计算和稳定分析。在具体操作中，bpa采用的计算方法有三种：p-q分解法、牛顿-拉夫逊法和改进的牛顿-拉夫逊算法，采用什么算法以及迭代的最大步数可以由用户指定。通常先采用p-q分解法进行初始迭代，然后再转入牛顿-拉夫逊法求解潮流。此外，bpa也是电力系统仿真类学习与工作中常用的仿真软件之一，对于电力系统稳定的研究很专业。总的来说，无论是在电网运营、规划设计，还是在电力系统研究和开发方面，bpa都发挥着重要的作用。

18、进一步地，当外电网等值电压大于计算的外电网平衡节点电压幅值的最小值，判定系统静态电压稳定；当外电网等值电压小于计算的外电网平衡节点电压幅值的最小值，判定系统静态电压不稳定。

19、一种基于潮流有解的新能源场站静态电压稳定评估装置，其包括：

20、建模模块，用于构建新能源场站的潮流凸松弛模型；

21、求解模块，采用matlab yalmip toolbox，求解建模模块构建的模型，获得外电网平衡节点电压幅值的最小值；

22、计算模块，通过戴维南等值法计算获得外电网等值电压；

23、对比模块，对比采集计算模块的结果和求解模块的结果，根据对比结果判断系统静态电压稳定性。

24、一种基于潮流有解的新能源场站静态电压稳定评估装置，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现上述的基于潮流有解的新能源场站静态电压稳定评估方法。

25、一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现上述的基于潮流有解的新能源场站静态电压稳定评估方法。

26、本发明具有的有益效果：本申请为基于潮流有解的新能源场站电压稳定评估方法及装置、介质，通过构建潮流凸松弛模型，将非线性潮流模型转化为线性模型，以便求出可行解，通过求出的外电网平衡节点电压幅值的最小值与外电网等值电压做比较，能够将系统静态电压稳定性进行量化，无需反复迭代，求解快速、便捷。

技术特征：

1.一种基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法，其特征在于，构建新能源场站的潮流凸松弛模型过程包括：

3.根据权利要求2所述的基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法，其特征在于，电流幅值潮流约束为凸松弛约束具体为：任意一个外电网平衡节点线路的电流幅值的平方，大于等于该线路上的有功功率平方与无功功率平方的和除以该线路起始节点处电压幅值的平方。

4.根据权利要求1所述的基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法，其特征在于，采用半定规划求解器求解新能源场站的潮流凸松弛模型中的目标函数，获得外电网平衡节点电压幅值的最小值。

5.根据权利要求1所述的基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法，其特征在于，外电网等值电压通过戴维南等值法获得。

6.根据权利要求1所述的基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法，其特征在于，当外电网等值电压大于计算的外电网平衡节点电压幅值的最小值，判定系统静态电压稳定；当外电网等值电压小于计算的外电网平衡节点电压幅值的最小值，判定系统静态电压不稳定。

7.一种基于潮流有解的新能源场站稳定评估装置，其特征在于，其包括：

8.一种基于潮流有解的新能源场站稳定评估装置，其特征在于，包括存储器和一个或多个处理器，所述存储器中存储有可执行代码，所述一个或多个处理器执行所述可执行代码时，用于实现权利要求1-6中任一项所述的基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有程序，该程序被处理器执行时，实现权利要求1-8中任一项所述的基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法。

技术总结
本发明为基于潮流有解的新能源场站稳定评估方法及装置和介质，属于电力系统领域，针对现有算法不收敛导致无法有效评估电压稳定的问题，采用技术方案如下：一种基于潮流有解的新能源场站静态电压稳定评估方法，包括：构建新能源场站的潮流凸松弛模型；利用所构建的潮流凸松弛模型求解外电网平衡节点电压幅值的最小值；获得新能源场站的外部电网等值电压；比较外部电网等值电压和所计算的外电网平衡节点电压幅值的最小值，评估系统静态电压稳定性。构建潮流凸松弛模型，将非线性潮流模型转化为线性模型以便求出可行解，比较求出的外电网平衡节点电压幅值的最小值与外电网等值电压，能够量化系统静态电压稳定性，无需反复迭代，求解快速、便捷。

技术研发人员：林进钿,张建承,华文,王冠中,杜灿娟,熊鸿韬,张博雄,王博文,董炜,陈峰
受保护的技术使用者：国网浙江省电力公司电力科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11