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专利号: 2019100781954
申请人: 东北电力大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法,其特征在于:采用基于灵敏度因子的NLI指标确定柔性直流电网研究的关键节点和重要支路,同时提出利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正;所述方法包括下述步骤:步骤(1)确定待研究交直流混联系统的内网节点;

步骤(2)建立完整的有功类和无功类灵敏度因子数学模型,并分析不同潮流算法、支路参数和平衡节点选择对灵敏度分析的影响;

如分别选取有功类和无功类灵敏度,支路有功无功灵敏度因子分别为:其中,Pij为支路有功功率,Qij为支路无功功率;Vi、Vj和δi、δj分别为节点i、j的电压幅值和相角;Pm和Qm分别为节点m的有功功率和无功功率;Pk、Qk分别代表第k个风电场的有功功率和无功功率;m代表第k个风电场内实际功率变化的风力发电机组集合,若将风电场看成一个整体,则k=m;

步骤(3)提出关于内网节点的NLI指标的计算及排序方法;

其中,BSF即为上节边界参数的灵敏度分布因子,MEC为外部系统元件参数的最大期望变化值,即外部负荷变化和发电机功率变化的范围,ER为边界参数的极限值,当表示边界节点电压幅值时为母线电压等级,当表示传输线潮流时为线路的热稳定极限;

步骤(4)利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正;建立包含风力发电机的节点间耦合系数模型;

系统受到扰动后,不同的风力发电机动作特性是否相关取决于这些发电机的联系紧密程度;同时,风力发电机动作特性的相关性与网络结构、发电机自身参数这两个因素密切相关;耦合法进行相关风力发电机的识别是根据风力发电机组状态矩阵来进行的,即建立风力发电机组耦合系数模型,其本质是一种解析的方法;具体过程如下:考虑发电机组的转子方程(4)和(5):MiΔωi=ΔPMi‑ΔPGi    (4)Δδi=2πf0Δωi    (5)ΔPMi第i台发电机的机械功率变化量,ΔPGi为第i台发电机的电磁功率变化量;Mi为第i台发电机惯性常数;Δδi为i台发电机功角变化量,Δωi为发电机i电角速度变化量;f0为系统频率;

用式(6)来反映系统中的网络的状况:ΔPG为所有发电机的电磁功率变化量组成的向量;ΔPL为所有负荷功率变化量组成的向量;H为雅可比矩阵,而Hgg、Hgl、Hlg、Hll分别为H中的对角和非对角矩阵;Δδ为所有发电机功角变化量组成的向量;Δθ为所有负荷节点相角变化量组成的向量;在用耦合法来确定相关风力发电机时,并不关心上ΔPL的更多信息,因此使用高斯消去法将其处理掉,可得:联立(7)和(4)、(5)可得:其中:

Xi=[Δδi Δωi],i=1……n    (12)u=ΔPL    (13)

表示对应变量的变化率;H′ii为式6中H'的对角线元素,H′ij为H'的非对角线元素,B′i为B'的第i行元素;

将式(8)简写成:

表示由全部 组成的向量;矩阵A为由Aii和Aij组成的矩阵;可以看出,A即包含了节点导纳矩阵的信息,又包含了发电机转动惯量的信息;可以认为它包含了判断发电机耦合程度的依据;B为Bi组成的矩阵;X为功角变化量和角速度变化量组成的向量;

耦合系数是由矩阵A中的子阵来决定的;其计算方法如下:S=SNUM/SDEN    (15)SDEN=STOT‑SNUM    (17)其中,S即为所要求耦合系数;||Aij||定义为矩阵Aij的P范数,且P=2,Aij为矩阵A的子矩阵,阶数为二阶;

步骤(5)针对步骤(4)将小于规定阈值的节点并入原内网节点系统构成主网,即进行扩展建模,并利用在线匹配算法确定新并入节点的当前状态;

步骤(6)通过外网线路开断的分布因子,即线路导纳灵敏度,对排序结果进行校验;

步骤(7)通过对比主网节点和外网节点最严重的故障下的功角曲线验证主网划分的有效性。

2.根据权利要求1所述的考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法,其特征在于:步骤(1)所述的确定待研究交直流混联系统的内网节点,具体过程如下:步骤(1.1)将内网节点选为柔性直流电网的换流母线节点,即PCC点;

步骤(1.2)给出主网划分的依据和策略,以及精度分析方法;研究待等值的外部系统与待研究系统相关联的节点或支路,分析其对内网的稳态和动态性能的影响,将其保留在主网模型中,以防因消去而使模型失真。

3.根据权利要求1所述的考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法,其特征在于:步骤(2)所述的建立完整的有功类和无功类灵敏度因子数学模型,并分析不同潮流算法、支路参数和平衡节点选择对灵敏度分析的影响,具体过程如下:步骤(2.1)计算第一类灵敏度因子—联络线有功潮流相对于外网发电机、负荷有功功率变化灵敏度因子;

步骤(2.2)计算第二类灵敏度因子—边界节点电压幅值和联络线无功潮流相对于外网发电机端电压、外部母线无功负荷、变压器变比灵敏度分布因子;

步骤(2.3)第一类灵敏度因子、第二类灵敏度因子分别利用PQ分解法潮流中的有功、无功解耦线性化模型加以计算;

步骤(2.4)在分析灵敏度因子时,考虑了潮流算法、支路参数及平衡机选择影响因素。

4.根据权利要求1所述的考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法,其特征在于:步骤(3)所述的提出关于内网节点的NLI指标的计算及排序方法,具体过程如下:步骤(3.1)推导关于内网节点的NLI指标的解析表达式,分别编写相应程序;

步骤(3.2)根据步骤(2)的灵敏度分析,确定联络线功率或边界节点电压相对于外网元件的解耦线性分布因子;

步骤(3.3)经规格化后将分布因子与事先规定的某一阈值相比较,小于要求的阈值则并入原内网节点系统构成主网,超出此阈值的支路或发电机被认为是对内部系统影响大的外网元件。

5.根据权利要求1所述的考虑风电接入的大规模交直流混联系统主网划分方法,其特征在于:步骤(4)所述的利用风电机组耦合系数对NLI指标进行修正,具体过程如下:步骤(4.1)建立风力发电机节点间的耦合系数模型;

步骤(4.2)对于风力发电场,考虑风功率波动、风电机组的控制模式、故障穿越工况对相应的NLI指标的解析式进行修正;

步骤(4.3)根据步骤(4.1)的耦合系数,将与现有主网中发电机组强耦合并符合步骤(4.2)中NLI指标要求的风电场纳入主网。