调相机配置方法及配置系统

本发明涉及一种调相机配置方法及配置系统，尤其涉及新能源多场站系统的调相机配置方法及配置系统，属于新能源并网发电。

背景技术：

1、长期以来，传统电网基于同步电机建立起的同步机制与调节机制共同维持系统的安全稳定运行。随着近年来清洁能源的迅猛发展，光伏和风电等新能源装机容量和渗透率的不断提高，在缓解能源危机的同时，也给电网的安全稳定运行带来诸多挑战：一方面，新能源大多通过电力电子设备并网，缺乏旋转电机具备的惯量支撑，削弱了电网的频率静态稳定性；另一方面，由于风电和光伏等新能源具有随机性和波动性特点，且并网时多采用最大功率跟踪控制策略，而不参与系统的频率电压调节，因而具有弱抗扰性。因此如何保证新能源并网系统稳定运行是一个重要的问题。

2、题为《大规模新能源直流外送系统调相机配置研究》(索之闻，刘建琴，蒋维勇等.大规模新能源直流外送系统调相机配置研究[j].电力自动化设备，2019，39(09)：124-129)的文献首先分析了送端电网暂态过电压的影响因素；然后构建了直流外送试验仿真系统，基于机电暂态仿真，考虑分布式调相机及其分层分散配置的作用，分别提出了调相机集中和分散接入不同电压等级配置方案；通过对比各方案给出了大规模新能源直流外送系统调相机配置建议。但是该配置方法没有考虑到在配置调相机时满足电网电压支撑能力对调相机的约束，以及具体如何配置调相机使电网的稳定性提升效果最好。

3、题为《一种调相机部署方法和装置》(cn115149543a)的中国发明专利申请说明书首先计算了新能源场站的初始短路比，然后根据新能源多场站短路比、短路比临界值和新能源场站集合的最大容量，确定出调相机部署方案。能够同时考虑短路比约束以及设备成本，为新能源场站形成调相机的部署方案，提高了配置效率。但是该专利的配置方法没有考虑到配置调相机时新能源汇集站装机容量对新能源机组最大出力的约束，从而得到多个满足约束条件的调相机配置方案，以及具体如何配置调相机使新能源场站的送出能力提升效果最好。

4、题为《一种特高压直流弱受端电网的同步调相机配置方法》(cn111725815a)的中国发明专利申请说明书建立了同步调相机最优配置模型，利用最优配置节点排序和迭代法求取调相机在弱受端电网的最优配置台数和容量。能有效提高调相机对弱受端电网的暂态电压支撑作用，释放了发电机组的旋转备用容量，提升了负荷高峰期间发电机组的带负荷能力。但是该专利的配置方法没有考虑到在满足系统要求的前提下如何选择最佳的配置方案使总收益最大。

5、综上所述，现有的技术中还存在以下问题：

6、1.没有考虑到在配置调相机时满足电网电压支撑能力对调相机的约束和新能源汇集站装机容量对新能源机组最大出力的约束，以及具体如何配置调相机使电网的稳定性和送出能力的提升效果最好。

7、2.没有提出如何由调相机容量的约束得到新能源机组最大出力的最小值，从而确定有多少可行的调相机配置方案。以及如何在新能源机组最大出力范围内选择最佳的调相机配置方案使配置调相机后的总收益最大。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是上述各种技术方案的局限性，从电网电压支撑能力对调相机的约束、新能源汇集站装机容量对新能源机组最大出力的约束角度，提出了一种新能源多场站系统的调相机配置方法及配置系统，在新能源机组最大出力范围内选择最佳的调相机配置方案使配置调相机后的总收益最大。

2、本发明的目的是这样实现的。本发明提供了一种调相机配置方法，应用该方法的新能源多场站系统包括n个新能源场站，且每个新能源场站中包括多个新能源机组；在新能源场站中，α个为风电场，β个为光伏电站，α+β＝n；步骤如下：

3、s1，以系统总收益c最大建立目标函数，其中系统总收益c包括风电场净收益和光伏电站净收益；

4、s2，根据每个新能源机组的机端短路比和每个新能源场站的并网短路比进行调相机的第一轮配置，获得第1次风电场调相机总台数nw1及对应的风电场总最大出力pmax_w1，第1次光伏电站调相机总台数npv1及对应的光伏电站总最大出力pmax_pv1；

5、s3，根据机端短路比最小差值和并网短路比最小差值进行调相机的第二轮配置，获得y-1组风电场调相机总台数和对应的风电场总最大出力，x-1组光伏电站调相机总台数和对应的光伏电站总最大出力；

6、s4，根据目标函数、第1次风电场调相机总台数nw1及对应的风电场总最大出力pmax_w1、y-1组风电场调相机总台数和对应的风电场总最大出力，获得最大风电场净收益maxcw和最优风电场调相机总台数n′w；

7、s5，根据目标函数、第1次光伏电站调相机总台数npv1及对应的光伏电站总最大出力pmax_pv1、x-1组光伏电站调相机总台数和对应的光伏电站总最大出力，获得最大光伏电站净收益max cpv和最优光伏电站调相机总台数n′pv；

8、根据最优风电场调相机总台数n′w和最优光伏电站调相机总台数n′pv，获得系统配置的最优调相机台数n′。

9、优选地，s1所述目标函数的表达式为：

10、max c＝max cw+max cpv

11、其中，cw为风电场净收益，cpv为光伏电站净收益，表达式分别为：

12、cw＝ew[a(pmax_w)-a(p0_w)]-(ck+cmnyears+cnnyears)nw

13、cpv＝epv[a(pmax_pv)-a(p0_pv)]-(ck+cmnyears+cnnyears)npv

14、式中，nw为系统风电场配置的调相机总台数，npv为系统光伏电站配置的调相机总台数，nyears为调相机设计运行年数，ck为安装每台调相机所需的成本，cm为每台调相机每年维护成本，cn为每台调相机每年内部消耗成本；p0_w为配置调相机前α个风电场给汇集站的总最大出力，p0_pv为配置调相机前β个光伏电站给汇集站的总最大出力；a(p0_w)为配置调相机前α个风电场一年的总发电量，a(p0_pv)为配置调相机前β个光伏电站一年的总发电量，pmax_w为配置调相机后α个风电场给汇集站总最大出力，pmax_pv为配置调相机后β个光伏电站给汇集站总最大出力；a(pmax_w)为配置调相机后α个风电场一年的总发电量，a(pmax pv)为配置调相机后β个光伏电站一年的总发电量；ew为风电发电的上网电价，ｅｐv为光伏发电的上网电价。

15、优选地，s2的实现过程如下：

16、使用psd软件中的sccp程序计算系统中每个新能源机组的机端短路比并记为机组机端短路比rg，使用psd软件中的sccp程序计算系统中每个新能源场站的并网短路比并记为场站并网短路比rs，给定机组机端短路比临界值rg-min和场站并网短路比临界值rs-min，并按照以下方式进行调相机的第一轮配置：

17、若系统中所有新能源机组的机组机端短路比rg均大于机组机端短路比临界值rg-min，且系统中所有新能源场站的场站并网短路比rs均大于场站并网短路比临界值rs-min，该系统无需配置调相机；否则，需要在系统中配置调相机以提升电网电压支撑强度，具体的，包括三种情况：

18、情况1，系统中所有新能源场站的场站并网短路比rs均大于场站并网短路比临界值rs-min，且系统中任意一个或者一个以上的新能源机组的机组机端短路比rg小于机组机端短路比临界值rg-min，按照规则1进行调相机配置，所述规则1为：在机组机端短路比rg最低的场站母线上配置一台调相机；

19、配置完成后，再次使用psd软件中的sccp程序计算系统中所有新能源机组的机组机端短路比rg，并再次与机组机端短路比临界值rg-min进行比较，若系统中任意一个或者一个以上的新能源机组的机组机端短路比rg小于机组机端短路比临界值rg-min，再次按照规则1进行调相机配置，直到系统中所有新能源机组的机组机端短路比rg均大于机组机端短路比临界值rg-min，配置结束；

20、情况2，系统中所有新能源机组的机组机端短路比rg均大于机组机端短路比临界值rg-min，且系统中任意一个或者一个以上的新能源场站的场站并网短路比rs小于场站并网短路比临界值rs-min，按照规则2进行调相机配置，规则2为：在场站并网短路比rs最低的场站母线上配置一台调相机；

21、配置完成后，再次使用psd软件中的sccp程序计算系统中所有新能源场站的场站并网短路比rs，并再次与场站并网短路比临界值rs-min进行比较，若系统中任意一个或者一个以上的新能源场站的场站并网短路比rs小于场站并网短路比临界值rs-min，再次按照规则2进行调相机配置，直到系统中所有新能源场站的场站并网短路比rs均大于场站并网短路比临界值rs-min；

22、情况3，系统中至少一个新能源场站的场站并网短路比rs小于场站并网短路比临界值rs-mmin，且同时系统中至少一个新能源机组的机组机端短路比rg小于机组机端短路比临界值rg-min，按照规则3进行调相机配置，所述规则3为：先在机组机端短路比rg最小的场站母线上配置调相机，直到系统中所有新能源机组的机端短路比rg均大于机组机端短路比临界值rg-min为止；

23、此时，若系统中所有新能源场站的场站并网短路比rs均大于场站并网短路比临界值rs-min，停止配置，否则按照规则2继续进行调相机配置；

24、设经过上述配置，在α个风电场中共配置了nw1台调相机，在β个光伏电站中共配置了npv1台调相机，此时，系统中α个风电场给汇集站的总最大出力为pmax_w1，β个光伏电站给汇集站的总最大出力为pmax_pv1，将该4个数据分为2组，并分别记为第1次风电场调相机总台数nw1及第1次风电场总最大出力pmax_w1，第1次光伏电站调相机总台数npv1及第1次光伏电站总最大出力pmax_pv1。

25、优选地，s3中所述y-1组风电场调相机总台数和对应的风电场总最大出力的获得过程如下：

26、分别计算α个风电场中所有机组机端短路比rg与机组机端短路比临界值rg-min的差值，并从中找出风电场机端短路比最小差值δ，计算α个风电场的场站并网短路比rs与场站并网短路比临界值rs-min的差值，并从中找出风电场并网短路比最小差值ε，此时的配置规则记为规则4，所述规则4为：当δ≠ε时，取二者中最小的最小差值作为配置最小差值，即在配置最小差值处的场站母线上配置调相机；当δ＝ε时，在最小差值δ处的场站母线上配置调相机；

27、具体的，首先按照规则4进行调相机配置，其次记录该次配置完成后α个风电场的调相机总台数和配置完成后α个风电场给汇集站的总最大出力；然后再次计算得到风电场机端短路比最小差值δ和风电场并网短路比最小差值ε，并继续按照规则4进行调相机配置，直到α个风电场给汇集站的总最大出力等于α个风电场的总装机容量sn_w，配置结束；

28、设在第二轮配置中，共进行了y-1次配置，记录每次配置结束后的风电场调相机总台数和对应的风电场总最大出力，共得到y-1组数据。

29、优选地，s3中所述x-1组光伏电站调相机总台数和对应的光伏电站总最大出力的获得过程如下：

30、分别计算β个光伏电站中所有机组机端短路比rg与机组机端短路比临界值rg-min的差值，并从中找出光伏电站机端短路比最小差值γ，计算β个光伏电站的场站并网短路比rs与场站并网短路比临界值rs-min的差值，并从中找出光伏电站并网短路比最小差值μ，此时的配置规则记为规则5，规则5为：当γ≠μ时，取二者中最小的最小差值作为配置最小差值，即在配置最小差值处的场站母线上配置调相机，当γ＝μ时，在最小差值γ处的场站母线上配置调相机；

31、具体的，首先按照规则5进行调相机配置，其次记录该次配置完成后β个光伏电站中的调相机总台数和配置完成后β个光伏电站给汇集站的总最大出力；然后再次计算得到光伏电站机端短路比最小差值γ和光伏电站并网短路比最小差值μ，并继续按照规则5进行调相机配置，直到β个光伏电站给汇集站的总最大出力等于β个光伏电站的总装机容量sn_pv，配置结束；

32、设在第二轮配置中，共进行了x-1次配置，记录每次配置结束后的光伏电站调相机总台数和对应的光伏电站总最大出力，共得到x-1组数据。

33、优选地，s4的实现过程如下：

34、将s2得到的第1次风电场调相机总台数nw1及对应的风电场总最大出力pmax_w1、s3得到的y-1组风电场调相机总台数和对应的风电场总最大出力组成一个集合y，其表达式为：

35、y＝{(nw1，pmax_w1)，(nw2，pmax_w2)，...，(nwi，pmax_wi)，...，(nwy，pmax_wy)}

36、式中，nwi为第i次配置完成时α个风电场中配置的总的调相机台数，并记为第i次风电场调相机总台数nwi，pmax_wi为第i次配置完成时α个风电场给汇集站的总最大出力，并记为第i次风电场总最大出力pmax_wi，i＝2，3，...，y；

37、将集合y中的y组数据分别代入风电场净收益计算式，计算得到y个风电场净收益并写成一个队列c1，c1＝[cw1，cw2，...，cwi，...，cwy]，其中cwi为第i次风电场总最大出力pmax_wi和第i次风电场调相机总台数nwi对应的净收益，所述风电场净收益计算式为：

38、cwi＝ew[a(pmax_wi)-a(p0_w)]-(ck+cmnyears+cnnyears)nwi

39、其中，a(pmax_wi)为第i次风电场总最大出力pmax_wi对应的α个风电场一年的总发电量；

40、从队列c1＝[cw1，cw2，...，cwi，...，cwy]中找出净收益值最大的风电场净收益并记为最大风电场净收益max cw，与该最大风电场净收益max cw对应的风电场调相机台数记为最优风电场调相机总台数n′w。

41、优选地，s5的实现过程如下：

42、将s2得到的第1次光伏电站调相机总台数npv1及对应的光伏电站总最大出力pmax_pv1、s3得到的x-1组光伏电站调相机总台数和对应的光伏电站总最大出力组成一个集合x，其表达式为：

43、x＝{(npv1，pmax_pv1)，(npv2，pmax_pv2)，...，(npvj，pmax_pvj)，...，(npcx，pmax_pvx)}

44、式中，npvj为第j次配置完成时β个光伏电站中配置的总的调相机台数，并记为第j次光伏电站调相机总台数npvj，pmax_pvj为第j次配置完成时β个光伏电站给汇集站的总最大出力，并记为第j次光伏电站总最大出力pmax_pvj，j＝2，3，...x；

45、将集合x中的x组数据分别代入光伏电站净收益计算式，计算得到x个光伏电站净收益并写成一个队列c2，c2＝[cpv1，cpv2，...，cpvj，...，cpvx]，其中cpvj为第j次光伏电站总最大出力pmax_pvj和第j次光伏电站调相机总台数npvj对应的净收益，所述光伏电站净收益计算式为：

46、cpvj＝epv([a(pmax_pvj)-a(p0_pv)])-(ck+cmnyears+cnnyears)npvj

47、其中，a(pmax_pvj)为第j次光伏电站总最大出力pmax_pvj对应的β个光伏电站一年的总发电量；

48、从队列c2＝[cpv1，cpv2，...，cpvj，...，cpvx]中找出净收益值最大的光伏电站净收益并记为最大光伏电站净收益maxcpv，与该最大光伏电站净收益maxcpv对应的光伏电站调相机总台数记为最优光伏电站调相机总台数n′pv；

49、系统配置的最优调相机台数n′＝n′w+n′pv。

50、本发明还提供了一种调相机配置系统，新能源多场站系统包括n个新能源场站，且每个新能源场站中包括多个新能源机组；在新能源场站中，α个为风电场，β个为光伏电站，α+β＝n；其特征在于，包括：

51、函数建立模块，用于以系统总收益c最大建立目标函数；

52、第一配置模块，用于根据每个新能源机组的机端短路比和每个新能源场站的并网短路比进行调相机的第一轮配置，获得第1次风电场调相机总台数nw1及对应的风电场总最大出力pmax_w1，第1次光伏电站调相机总台数npv1及对应的光伏电站总最大出力pmax_pv1；

53、第二配置模块，用于根据机端短路比最小差值和并网短路比最小差值进行调相机的第二轮配置，获得y-1组风电场调相机总台数和对应的风电场总最大出力，x-1组光伏电站调相机总台数和对应的光伏电站总最大出力；

54、计算模块，用于根据目标函数、第1次风电场调相机总台数nw1及对应的风电场总最大出力pmax_w1、y-1组风电场调相机总台数和对应的风电场总最大出力，获得最大风电场净收益max cw和最优风电场调相机总台数n′w；以及根据目标函数、第1次光伏电站调相机总台数npv1及对应的光伏电站总最大出力pmax_pv1、x-1组光伏电站调相机总台数和对应的光伏电站总最大出力，获得最大光伏电站净收益max cpv和最优光伏电站调相机总台数n′pv；

55、数据处理模块，用于根据最优风电场调相机总台数n′w和最优光伏电站调相机总台数n′pv获得系统配置的最优调相机台数n′。

56、优选地，所述用于以系统总收益c最大建立目标函数的数据处理模块包括：

57、计算模块，用于根据系统风电场配置的调相机总台数nw、调相机设计运行年数nyears、安装每台调相机所需的成本ck，每台调相机每年维护成本cm、每台调相机每年内部消耗成本cn、配置调相机前α个风电场一年的总发电量a(p0_w)、配置调相机后α个风电场一年的总发电量a(pmax_w)、风电发电的上网电价ew，获得系统风电场净收益cw；以及根据系统光伏电站配置的调相机总台数npv、调相机设计运行年数nyears、安装每台调相机所需的成本ck，每台调相机每年维护成本cm、每台调相机每年内部消耗成本cn、配置调相机前β个光伏电站一年的总发电量a(p0_pv)、配置调相机后β个光伏电站一年的总发电量a(pmax_pv)、光伏发电的上网电价ｅｐv，获得系统光伏电站净收益cpv

58、数据处理模块，用于根据系统风电场净收益cw和系统光伏电站净收益cpv，获得最大系统总收益。

59、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有被编程或配置以执行权利要求1～7中任意一项所述调相机配置方法的计算机程序。

60、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

61、1.本发明的调相机配置方法提高了系统短路比和电网电压支撑能力，改善了新能源机组接入电网时的稳定性，有效提高了送出能力。

62、2.本发明的调相机配置方法减少了需要使用的调相机，且确定调相机的具体配置方法简便，易实现。

63、3.在满足电网电压支撑能力和新能源汇集站装机容量的约束条件下，得到了总收益最大的配置方案，有效提高了配置方法的经济性。

64、4.本发明结束后，可以根据得到的数据绘制出风电场调相机总台数和风电场总最大出力的关系曲线、光伏电站调相机总台数和光伏电站总最大出力的关系曲线，还可以根据得到的数据绘制出风电场调相机总台数和风电场净收益的关系曲线、光伏电站调相机总台数和光伏电站净收益的关系曲线，上述曲线可以揭示两种新能源场站调相机总台数和最大出力的关系，揭示两种新能源场站调相机总台数和净收益的关系，为调相机的配置提供参考依据。