一種含大規(guī)模新能源的大型互聯(lián)電網(wǎng)的外網(wǎng)等值方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含大規(guī)模新能源的大型互聯(lián)電網(wǎng)的外網(wǎng)等值方法，包括步驟：1)網(wǎng)絡(luò)劃分及等值網(wǎng)的形成；2)等值網(wǎng)絡(luò)需求參數(shù)的確定；3)注入電流源計算；4)導(dǎo)納矩陣參數(shù)計算；5)諾頓戴維南轉(zhuǎn)換；6)電壓源電勢修正。本發(fā)明方法考慮了新能源接入地區(qū)電網(wǎng)對電壓支撐能力的要求，克服了大型互聯(lián)電網(wǎng)信息量大的問題，具有計算簡單且計算速度快的優(yōu)點。
【專利說明】
一種含大規(guī)模新能源的大型互聯(lián)電網(wǎng)的外網(wǎng)等值方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其是指一種含大規(guī)模新能源的大型互聯(lián)電網(wǎng)的外網(wǎng) 等值方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民生活水平的提高，中國未來能源消耗還將不斷增長，化 石能源供應(yīng)壓力不斷加大，而以煤炭為主的化石能源的大量使用已經(jīng)引起了災(zāi)難性的環(huán)境 后果。為了應(yīng)對全球能源發(fā)展的危機(jī)，以風(fēng)電和光伏為主的清潔能源得到了快速發(fā)展。截至 2013年底，我國風(fēng)電和光伏裝機(jī)容量均已位列世界第一。然而，2015年底全國能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯 示，我國的總體棄風(fēng)棄光率超過10%。新能源并網(wǎng)引起的電壓波動是制約其上網(wǎng)的主要因 素之一，對大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)的電壓問題研究是解決棄風(fēng)棄光問題的一大突破口。
[0003] 我國的新能源并網(wǎng)利用呈現(xiàn)出大規(guī)模集中開發(fā)，遠(yuǎn)距離輸送態(tài)勢。省與省之間的 電網(wǎng)互聯(lián)構(gòu)成了大型互聯(lián)電網(wǎng)。新能源接入地區(qū)的電壓穩(wěn)定性不僅受控制策略和無功補(bǔ)償 裝置的影響，還與電網(wǎng)的電源支撐能力密切相關(guān)。大型互聯(lián)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)模型通常只有PSASP 模型或者BPA模型，缺乏用于電磁暫態(tài)分析的PSCAD模型。為減少網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，同時提高計算速 率，對大規(guī)模新能源接入地區(qū)電網(wǎng)的電壓研究迫切需要建立外部大型互聯(lián)電網(wǎng)的等效模 型，同時要求等值后的模型能真實反映外網(wǎng)的電壓支撐能力。
[0004] 目前廣泛應(yīng)用的外網(wǎng)等值法是WARD等值法及其改進(jìn)算法，大多基于WARD原理。而 WARD等值實質(zhì)是對外部網(wǎng)絡(luò)線性代數(shù)方程的高斯消去，其計算需要網(wǎng)絡(luò)的全部節(jié)點和支路 信息，對于大型的互聯(lián)電網(wǎng)，計算量巨大。且其改進(jìn)算法大多是在WARD等值基礎(chǔ)上基于最小 二乘原理的改進(jìn)，計算較為繁瑣。因此亟需一種針對含大規(guī)模新能源的大型互聯(lián)電網(wǎng)且滿 足技術(shù)要求(計算效率高且能真實反映外網(wǎng)的電壓支撐能力）的電網(wǎng)等值方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含大規(guī)模新能源的大型互聯(lián)電 網(wǎng)的外網(wǎng)等值方法，該方法考慮了新能源接入地區(qū)電網(wǎng)對電壓支撐能力的要求，克服了大 型互聯(lián)電網(wǎng)信息量大的問題，具有計算簡單且計算速度快的優(yōu)點。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為:一種含大規(guī)模新能源的大型互聯(lián) 電網(wǎng)的外網(wǎng)等值方法，包括以下步驟：
[0007] 1)網(wǎng)絡(luò)劃分及等值網(wǎng)的形成
[0008] 將所要研究的新能源接入地區(qū)確定為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之外均為外部網(wǎng)絡(luò)，在 全網(wǎng)數(shù)據(jù)模型中去掉內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點和支路，等值網(wǎng)絡(luò)為保留的外部網(wǎng)絡(luò)；
[0009] 2)等值網(wǎng)絡(luò)需求參數(shù)的確定
[0010] 步驟1)得到的等值網(wǎng)絡(luò)將等值為一個僅包含邊界節(jié)點的多端網(wǎng)絡(luò)，需要求得的參 數(shù)有邊界節(jié)點的等值注入電流源和邊界節(jié)點的導(dǎo)納矩陣；
[0011] 3)注入電流源計算
[0012] 根據(jù)節(jié)點電壓方程rf = I若邊界節(jié)點同時設(shè)置三相短路接地，全部邊界節(jié)點的 電壓同時為零，此時PSASP計算得到的邊界節(jié)點短路電流值與注入電流源的電流參數(shù)相等；
[0013] 4)導(dǎo)納矩陣參數(shù)計算
[0014] 設(shè)置邊界節(jié)點依次發(fā)生三相短路接地，能依次獲得短路點的電流及非故障邊界節(jié) 點的短路電壓，假設(shè)邊界節(jié)點個數(shù)為n，步驟3)求得的第i個邊界節(jié)點的注入電流源參數(shù)用 名表示。第i個邊界節(jié)點為短路點時，PSASP計算所得的短路點電流用&表示，PSASP計算得 到的第j個邊界節(jié)點短路電壓用表示，所有邊界節(jié)點依次三相短路計算后，根據(jù)節(jié)點電 壓方程和矩陣運(yùn)算規(guī)則，可得：
[0015；
[0016] 由矩陣逆運(yùn)算可得：
[0017]
[00?8]設(shè)邊界節(jié)點i和j之間的互導(dǎo)納用yij表示，邊界節(jié)點i的自導(dǎo)納用yii表示，貝lj:
[0019] Yii = yii+yi2+."+yii+."+yin
[0020] Yij = -yij(i^ j&l^i , j^in)
[0021]邊界節(jié)點i和j之間無支路時，yij為0,結(jié)合以上公式及步驟3)的結(jié)果，在matlab軟 件中輸入數(shù)據(jù)及算法公式計算得到等值網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納矩陣參數(shù)形式如下：
[0022]
[0023]此導(dǎo)納矩陣是一個對稱矩陣，以上矩陣只標(biāo)識出上三角元素和對角線元素，其下 三角元素與上三角元素對稱相同；
[0024] 5)諾頓戴維南轉(zhuǎn)換
[0025] 將步驟3)、4)求得的等值網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點注入電流、邊界節(jié)點自導(dǎo)納和邊界節(jié)點互 導(dǎo)納轉(zhuǎn)換成電壓源和阻抗彡式，轉(zhuǎn)換公式為：
[0026]
[0027] 6)電壓源電勢修正
[0028] 考慮到步驟1)至5)的計算中邊界節(jié)點等值注入量未計及內(nèi)網(wǎng)的影響，因此步驟5)中 的邊界節(jié)點的電壓源支路中電勢需要進(jìn)行修正，修正方法如下:首先，PSASP進(jìn)行全網(wǎng)潮流計 算得到外網(wǎng)邊界節(jié)點的電壓4 0=1;........._和外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的電流士 _!!>， 然后通過下面一組方程式得到修正后的電勢2......_，方程式中由于導(dǎo)納矩陣的對稱性，Zlj = Zjl，方程式的通用表達(dá)式如下：
[0029]
[0030] 1一丄一，u
[0031]可列出η個方程，獲得η個邊界節(jié)點的修正電勢。
[0032] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：
[0033] 1、計算效率高:利用PSASP短路計算獲取邊界節(jié)點的短路電流和電壓，計算次數(shù)僅 受邊界節(jié)點的個數(shù)影響，矩陣維數(shù)不受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模影響，僅與邊界節(jié)點的個數(shù)相關(guān)。
[0034] 2、計算所需的信息少:本發(fā)明方法僅需知道外網(wǎng)邊界節(jié)點的短路電流和電壓值， 以及聯(lián)絡(luò)線對邊界節(jié)點的注入電流，而無需獲取整個網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點和支路信息進(jìn)行類似WARD 等值法的矩陣計算。
[0035] 3、適應(yīng)性好:本發(fā)明方法能真實反映外網(wǎng)的電壓支撐能力，并且戴維南支路形式 的電壓支撐相對于功率注入形式和電流源形式，對于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化具有更好的適應(yīng)性，有 利于分析接入大規(guī)模新能源的電網(wǎng)狀態(tài)變化時的電壓問題。
【附圖說明】
[0036] 圖1為本發(fā)明實施例中內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)分割之后的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模新能源接入地區(qū)的拓 撲結(jié)構(gòu)圖。
[0037]圖2為本發(fā)明實施例中外網(wǎng)三個邊界節(jié)點電流源形式等值圖。
[0038]圖3為本發(fā)明實施例中外網(wǎng)三個邊界節(jié)點戴維南支路形式等值圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0040] 以西北六省電網(wǎng)為例，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)為寧夏局部新能源發(fā)電網(wǎng)，如圖1所示，中衛(wèi)、迎水 橋、香山分別接入新能源容量為140MW、303MW和277.5MW。外部網(wǎng)絡(luò)為西北六省電網(wǎng)除去內(nèi) 部網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)，其邊界節(jié)點分別為甘石城、棗園和寧安。對外部等值網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用本發(fā) 明的含大規(guī)模新能源的大型互聯(lián)電網(wǎng)的外網(wǎng)等值方法，具體包括以下步驟：
[0041] 1)網(wǎng)絡(luò)劃分及等值網(wǎng)的形成
[0042] 將所要研究的寧夏局部新能源發(fā)電網(wǎng)確定為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)包含的變電站節(jié) 點為凱歌、中衛(wèi)、迎水橋、沙坡頭水電站、香山和宣和，其余西北六省網(wǎng)絡(luò)為外部網(wǎng)絡(luò)。在 PSASP西北六省全網(wǎng)數(shù)據(jù)模型中去掉內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點和支路，利用PSASP復(fù)雜故障模塊，對 內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)所有聯(lián)絡(luò)線用三相斷線的形式去除內(nèi)網(wǎng)，包含凱歌、中衛(wèi)、迎水橋、宣和、香山及沙 坡頭水電站之間相連的9條線路，每條線路兩端點處三相斷線。PSASP中剩余的網(wǎng)絡(luò)即為需 等值的外部網(wǎng)絡(luò)。
[0043] 2)等值網(wǎng)絡(luò)需求參數(shù)的確定
[0044] 由于等值網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點為甘石城、棗園和寧安這3個節(jié)點，編號分別為1，2,3。需 要獲得的參數(shù)有這3個節(jié)點的等值注入電流源/為、為和邊界節(jié)點之間的互導(dǎo)納y 12、y13、 y23及邊界節(jié)點的自導(dǎo)納711、722、733。如圖2虛線框中所示。
[0045] 3)注入電流源計算
[0046] 設(shè)置3個邊界節(jié)點甘石城、棗園、寧安同時發(fā)生三相短路接地，則這3個邊界節(jié)點的 電壓都為0,圖2所示的等值支路上沒有電流，則測得的3個邊界節(jié)點的短路電流與等值電流 源/,.、/ 2、/』大小相等，方向相反。由此，求得注入電流源參數(shù)。
[0047] 4)導(dǎo)納矩陣參數(shù)計算
[0048]設(shè)置3個邊界節(jié)點依次發(fā)生三相短路接地，如設(shè)置甘石城發(fā)生三相短路接地， PSASP短路計算可獲得甘石城的短路電流，設(shè)為&，以及甘石城，棗園和寧安的電壓，分別設(shè) 為;設(shè)置棗園發(fā)生三相短路接地，PSASP計算得到棗園的短路電流，設(shè)為4， 以及甘石城，棗園和寧安的電壓，分別設(shè)為R2 I%2 > ;設(shè)置寧安發(fā)生三相短路接地， PSASP計算得到寧安的短路電流，設(shè)為/#，以及甘石城，棗園和寧安的電壓，分別設(shè)為 i/t3 t/23 ι//根據(jù)節(jié)點電壓方程，可得： *·.、 丄、 · 〇
[0049]
[0050]
[00511利用matlab軟件矩陣計算可得到
[0052]
[0053] 而Y11 = yn+y12+y13，而y12 = -Y12，y13 =-Υ13，所以，= Υη+Υ12+Υ13。同 理，Y22 = yi2+y22+y23，y23 = -Y23，因 it匕，y22 = Y22+Yl2+Y23 ; Y33 = yi3+y23+y33，y33 = Y33+Yl3+Y23。計 算得到：
[0054] yi2 = 1.0427e-04-j6.5933e-〇4
[0055] yi3 = 0.0020-j0.0124
[0056] y23 = 0.0159-j0.1126
[0057] yn = 0.0023-j0.0222
[0058] y22 = 0.0020-j0.0287
[0059] y33 = 0.0040-j0.0639
[0060]
[0061] 5)諾頓戴維南轉(zhuǎn)換
[0062] 將圖2所示的外網(wǎng)等值網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為圖3所示的外網(wǎng)等值形式。
[0063] zn = l/yn = 4.5437+j44.673
[0064] zi2 = l/yi2 = 234.01+jl479.69
[0065] zi3 = l/yi3= 12.836+j78.634
[0066] Z23 = l/y23= 1.23 1 4+j8.7022
[0067] Z22 = l/y22 = 2.40 3 3+j34.683
[0068] Z33 = l/y33 = 0.9686+jl5.585
[0069]
[0070]
[0071]
[0072] 6)電壓源電勢修正
[0073] 圖3所示的虛線框內(nèi)括號中的電勢表示修正后的電勢。PSASP進(jìn)行西北全網(wǎng)潮流計 算后得到甘石城、棗園和寧安這3個邊界節(jié)點的電壓，分別用% 表示，以及邊界節(jié) 點與內(nèi)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線電流：圖1中，甘石城與內(nèi)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線只有一條，棗園和寧安與內(nèi)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線各 有2條，將電流分別合并到各邊界節(jié)點處，用//、//、//表示。求解方程組：
[0074]
[0075]
[0076]
[0077] 得到烏；、左#、左則求得圖3中修正后電勢354.48492-9.5382°、333.4912-13.0844°、355.7315Z_11.8163°。
[0078] 下表1列出了等值前后的邊界節(jié)點三相短路電流對比結(jié)果，下表2列出了等值前后 的邊界節(jié)點和內(nèi)網(wǎng)主要節(jié)點電壓對比結(jié)果。結(jié)果表明，等值前后的三相短路電流和邊界節(jié) 點及內(nèi)網(wǎng)主要節(jié)點電壓基本一致，本發(fā)明所提的等值方法是正確有效的。
[0079] 表1等值前后邊界節(jié)點的短路電流對比
[0080]
[0081]
[0082] 表2等值前后邊界節(jié)點及內(nèi)網(wǎng)主要節(jié)點電壓對比
[0083]
[0084]綜上所述，本發(fā)明方法是利用PSASP軟件的復(fù)雜故障計算、諾頓戴維南轉(zhuǎn)換和邊界 節(jié)點功率匹配獲取邊界節(jié)點的等值戴維南支路和阻抗矩陣的方法。由于電力系統(tǒng)已經(jīng)形成 大區(qū)域聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，大型互聯(lián)電網(wǎng)的數(shù)據(jù)量信息巨大，對其部分區(qū)域的研究需要對其他區(qū)域 進(jìn)行等值建模，以提升計算效率。我國電力系統(tǒng)的仿真數(shù)據(jù)一般采用BPA或PSASP的卡片儲 存，且BPA數(shù)據(jù)格式可轉(zhuǎn)換成PSASP格式。利用PSASP的復(fù)雜故障計算模塊對需等值的網(wǎng)絡(luò)進(jìn) 行邊界節(jié)點的短路計算，可以獲得等值網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點注入電流源支路和導(dǎo)納矩陣。然而， 含大規(guī)模新能源的電網(wǎng)電壓研究需要考慮外網(wǎng)的電壓支撐能力，因此外部網(wǎng)絡(luò)的電壓支撐 能力需要得到真實的反映。利用諾頓戴維南轉(zhuǎn)換將邊界節(jié)點之間的導(dǎo)納轉(zhuǎn)換為阻抗形式， 將邊界節(jié)點的電流源支路轉(zhuǎn)換為戴維南支路形式。由于PSASP復(fù)雜故障計算時除去了內(nèi)部 網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點和支路，以至于得到的邊界節(jié)點等值注入量(戴維南支路形式)并未考慮內(nèi)部網(wǎng) 絡(luò)的影響。然而，邊界節(jié)點等值注入量直接由內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中聯(lián)絡(luò)線端節(jié)點電壓和邊界節(jié)點電 壓共同決定，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化直接影響到邊界節(jié)點等值注入量，利用邊界節(jié)點功率匹配 的原理，對每個邊界節(jié)點根據(jù)基爾霍夫電流定律可得到一組全網(wǎng)穩(wěn)態(tài)下的方程式，計算修 正電勢，獲得修正后的邊界節(jié)點等值注入量(戴維南支路形式），從而得到一種含大規(guī)模新 能源的大型互聯(lián)電網(wǎng)的外網(wǎng)等值方法。
[0085]以上所述實施例只為本發(fā)明之較佳實施例，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，故 凡依本發(fā)明之形狀、原理所作的變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種含大規(guī)模新能源的大型互聯(lián)電網(wǎng)的外網(wǎng)等值方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 網(wǎng)絡(luò)劃分及等值網(wǎng)的形成 將所要研究的新能源接入地區(qū)確定為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之外均為外部網(wǎng)絡(luò)，在全網(wǎng) 數(shù)據(jù)模型中去掉內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點和支路，等值網(wǎng)絡(luò)為保留的外部網(wǎng)絡(luò)； 2) 等值網(wǎng)絡(luò)需求參數(shù)的確定 步驟1)得到的等值網(wǎng)絡(luò)將等值為一個僅包含邊界節(jié)點的多端網(wǎng)絡(luò)，需要求得的參數(shù)有 邊界節(jié)點的等值注入電流源和邊界節(jié)點的導(dǎo)納矩陣； 3) 注入電流源計算 根據(jù)節(jié)點電壓方程若邊界節(jié)點同時設(shè)置三相短路接地，全部邊界節(jié)點的電壓 同時為零，此時PSASP計算得到的邊界節(jié)點短路電流值與注入電流源的電流參數(shù)相等； 4) 導(dǎo)納矩陣參數(shù)計算 設(shè)置邊界節(jié)點依次發(fā)生三相短路接地，能依次獲得短路點的電流及非故障邊界節(jié)點的 短路電壓，假設(shè)邊界節(jié)點個數(shù)為n，步驟3)求得的第i個邊界節(jié)點的注入電流源參數(shù)用表 示；當(dāng)?shù)趇個邊界節(jié)點為短路點時，PSASP計算所得的短路點電流用//?表示，PSASP計算得到 的第j個邊界節(jié)點短路電壓用表示，所有邊界節(jié)點依次三相短路計算后，根據(jù)節(jié)點電壓 方程和矩陣運(yùn)算規(guī)則，可得：設(shè)邊界節(jié)點i和j之間的互導(dǎo)納用yu表示，邊界節(jié)點i的自導(dǎo)納用yu表示，則： Yii = yii+yi2+***+yii+***+yin Yij = -yij(i^ j^n) 邊界節(jié)點i和j之間無支路時，yij為〇，結(jié)合以上公式及步驟3)的結(jié)果，在mat lab軟件中 輸入數(shù)據(jù)及算法公式計算得到等值網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)納矩陣參數(shù)形式如下：此導(dǎo)納矩陣是一個對稱矩陣，以上矩陣只標(biāo)識出上三角元素和對角線元素，其下三角 元素與上三角元素對稱相同； 5) 諾頓戴維南轉(zhuǎn)換 將步驟3)、4)求得的等值網(wǎng)絡(luò)邊界節(jié)點注入電流、邊界節(jié)點自導(dǎo)納和邊界節(jié)點互導(dǎo)納 轉(zhuǎn)換成電壓源和阻抗ZU形式，轉(zhuǎn)換公式為：6) 電壓源電勢修正 考慮到步驟1)至5)的計算中邊界節(jié)點等值注入量未計及內(nèi)網(wǎng)的影響，因此步驟5)中的邊 界節(jié)點的電壓源支路中電勢需要進(jìn)行修正，修正方法如下：首先，PSASP進(jìn)行全網(wǎng)潮流計算 得到外網(wǎng)邊界節(jié)點的電壓4.1$和外網(wǎng)與內(nèi)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線的電流士 J_...η), 然后通過下面一組方程式得到修正后的電勢左^/=丨，2......n)，方程式中由于導(dǎo)納矩陣的 對稱性，= ^1，方程式的通用表達(dá)式如下：i = l，2，.·_η 能夠列出η個方程，獲得η個邊界節(jié)點的修正電勢。
【文檔編號】G06Q50/06GK105932673SQ201610389720
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】盛建蘭, 朱革蘭, 郭彥勛, 黃森年
【申請人】華南理工大學(xué)