适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法及安全性评估系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法及安全性评估系统，属于电力系统电压稳定评估的技术领域。本发明专利技术考虑了高比例新能源送端电网故障后具有暂态过电压特性，分别在单一故障和多故障集下，构建了基于多二元表的局部和全局暂态电压合格性指标和暂态压升严重性指标，能够方便准确地对高比例新能源送端电网的暂态电压安全性进行评估。

【技术实现步骤摘要】
适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法及安全性评估系统
本专利技术涉及电力系统电压稳定评估方法，尤其涉及一种适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法，同时还涉及一种适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估系统。
技术介绍
风能、太阳能等新能源资源与负荷中心间的“逆向分布”特性决定了通过特高压直流实现新能源大规模高效外送的输电格局。新能源通过电力电子装置并网、大规模汇集集中接入直流近区送端电网的结构导致系统稳定特性发生了巨大的变化，系统暂态电压失稳风险增大。当发生直流闭锁、换相失败等故障时，换流站与电网间交换无功的大幅波动会引发换流站及其近区电网电压的剧烈变化，送端电网呈现暂态过电压特性。由于电力电子装置耐过电压能力较弱，在直流故障后的过压暂态过程中，新能源可能产生连锁高压脱网现象。调查西北新能源基地近几年发生的多起大规模新能源机组脱网事故可发现，因新能源高压脱网损失的出力总量已经大于因低压脱网损失的出力总量，暂态过电压安全稳定问题日益突出，亟需对高比例新能源送端电网故障后以高电压为特征的暂态电压进行安全性评估。目前，用于对电力系统暂态电压安全稳定性进行评估的指标大致可以分为两大类。第一类指标的构建基于对故障本身的特征提取。文献一《暂态电压稳定的模型要求和快速判断》(电力系统自动化，1995年第19卷第12期第11页)通过分析不同故障切除时间下感应电动机转矩和滑差的变化，提出面向暂态电压稳定的故障临界切除时间的概念，并给出了暂态电压失稳判据。在此基础上，文献二《基于暂态电压稳定指标的动态无功优化配置方法》(电力系统自动化，2009年第33卷第14期第17页)将故障临界切除时间作为暂态电压稳定性的衡量指标。该类指标的计算量较大且无法应用于直流闭锁等没有故障切除时间概念的故障形式。第二类指标的构建基于对故障下系统状态变量即电压的受扰轨迹的特征提取。文献三《暂态电压稳定性及电压跌落可接受性》(电力系统自动化，1999年第23卷第14期第4页)提出用一组固定的电压跌落的门槛值及其对应的最大可接受持续时间构成多个二元表来判别节点暂态电压跌落是否安全。文献四《一种量化评估暂态电压稳定性的指标与方法》(电力自动化设备，2015年第35卷第10期第151页)以单二元表实际工程判据为基础，对故障后电压响应曲线越限部分的面积进行积分计算，并考虑多故障集的影响，分别提出针对节点和系统的电压暂降指标。文献五《采用多二元表判据的实用暂态电压稳定裕度指标研究》(中国电机工程学报，2018年第38卷第14期第4117页)进一步对不同电压跌落程度赋予不同权重，提出一种基于多二元表和加权积分的实用暂态电压稳定裕度指标。此外，文献六《交直流混联系统电压稳定在线评估体系》(电网技术，2014年第38卷第5期第1175页)分析指出对于无短路冲击的大规模潮流转移类故障，暂态和静态电压稳定性问题具有相似性，可用静态电压稳定性指标来评估暂态电压稳定性，该方法易于在线实现，但无法刻画电网故障演化过程中的电压的变化及其带来的影响。以上暂态电压安全性评估指标均以受端电网为研究对象，考虑故障后以低电压为特征的暂态电压过程。目前很少有针对新能源送端电网的、考虑故障后以高电压为特征的暂态电压安全性指标。
技术实现思路
专利技术目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法，本专利技术的另一目的是提供一种适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估系统，能够方便准确地对高比例新能源送端电网的暂态电压安全性进行评估。技术方案：一种适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法，包括如下步骤：(1)收集待评估高比例新能源送端电网的参数数据，构建待评估高比例新能源送端电网的系统仿真模型；(2)根据待评估高比例新能源送端电网的典型故障设置故障集，分别进行各故障下的时域仿真分析，获得各故障下各新能源节点的电压响应曲线；(3)分别对各类新能源设置多二元表；(4)根据故障后新能源节点的电压响应曲线，分别在单一故障和多故障集下，基于多二元表构建针对单个节点的局部暂态电压安全性指标；(5)综合考虑待评估高比例新能源送端电网中的多个节点，分别在单一故障和多故障集下，基于多二元表构建针对待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压安全性指标；(6)计算待评估高比例新能源送端电网的局部暂态电压安全性指标的数值，进行局部暂态电压安全性评估；(7)计算待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压安全性指标的数值，进行全局暂态电压安全性评估。进一步的，步骤(4)中，所述局部暂态电压安全性指标包括局部暂态电压合格性指标，其构建方法如下：单二元表[Vcr,Tcr]表示电压V升高超出门槛值Vcr的最长持续时间Ts不能超过规定时间Tcr；基于n个单二元表建立多二元表{[Vcr,1,Tcr,1],...,[Vcr,k,Tcr,k],...,[Vcr,n,Tcr,n]}，其中，Vcr,1＜...＜Vcr,k＜...＜Vcr,n；对于第k个二元组，定义安全因子为其中，Vi为节点i的电压值；考虑单一故障j，定义节点i的局部暂态电压合格性指标为考虑包含M个典型故障的故障集Ω＝{j|j＝1,2,…M}，定义节点i的局部暂态电压合格性指标为其中，δj为故障j的权重系数，数值上等于故障j发生的概率；各故障间相互独立，且满足更进一步的，步骤(4)中，所述局部暂态电压安全性指标还包括局部暂态压升严重性指标，其构建方法如下：基于所述多二元表{[Vcr,1,Tcr,1],...,[Vcr,k,Tcr,k],...,[Vcr,n,Tcr,n]}，将故障后的暂态电压响应曲线与电压额定值水平线间包围的区域划分为多个子区域，并对不同压升水平的子区域赋予不同的权重系数；考虑单一故障j，定义节点i的局部暂态压升严重性指标为其中，μk为电压值位于区间(Vcr,k,Vcr,k+1)内时赋予的权重系数；tk和t′k分别为电压升高过程中高于和恢复过程中低于门槛值Vcr,k的时刻；Ve为电压的额定值；考虑包含M个典型故障的故障集Ω＝{j|j＝1,2,…M}，定义节点i的局部暂态压升严重性指标为具体的，所述μk依据电压安全运行的要求进行整定，满足节点i的局部暂态电压临界安全时Λi,j＝1；所述局部暂态电压合格性指标与局部暂态压升严重性指标存在如下关系：进一步的，步骤(5)中，所述全局暂态电压安全性指标包括全局暂态电压合格性指标，其构建方法如下：考虑多节点的影响，定义故障j下N节点待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压合格性指标为考虑包含M个典型故障的故障集Ω＝{j|j＝1,2,…M}，定义N节点待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压合格性指标为Js＝min{Ji|i＝1,2,...,N}。更进一步的，步骤(5)中，所述全局暂态电压安全性指标还包括全局暂态压升严重性指标，其构建方法如下：...

【技术保护点】
1.一种适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)收集待评估高比例新能源送端电网的参数数据，构建待评估高比例新能源送端电网的系统仿真模型；/n(2)根据待评估高比例新能源送端电网的典型故障设置故障集，分别进行各故障下的时域仿真分析，获得各故障下各新能源节点的电压响应曲线；/n(3)分别对各类新能源设置多二元表；/n(4)根据故障后新能源节点的电压响应曲线，分别在单一故障和多故障集下，基于多二元表构建针对单个节点的局部暂态电压安全性指标；/n(5)根据待评估高比例新能源送端电网中的多个节点，分别在单一故障和多故障集下，基于多二元表构建针对待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压安全性指标；/n(6)计算待评估高比例新能源送端电网的局部暂态电压安全性指标的数值，进行局部暂态电压安全性评估；/n(7)计算待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压安全性指标的数值，进行全局暂态电压安全性评估。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)收集待评估高比例新能源送端电网的参数数据，构建待评估高比例新能源送端电网的系统仿真模型；
(2)根据待评估高比例新能源送端电网的典型故障设置故障集，分别进行各故障下的时域仿真分析，获得各故障下各新能源节点的电压响应曲线；
(3)分别对各类新能源设置多二元表；
(4)根据故障后新能源节点的电压响应曲线，分别在单一故障和多故障集下，基于多二元表构建针对单个节点的局部暂态电压安全性指标；
(5)根据待评估高比例新能源送端电网中的多个节点，分别在单一故障和多故障集下，基于多二元表构建针对待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压安全性指标；
(6)计算待评估高比例新能源送端电网的局部暂态电压安全性指标的数值，进行局部暂态电压安全性评估；
(7)计算待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压安全性指标的数值，进行全局暂态电压安全性评估。


2.根据权利要求1所述的适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法，其特征在于，步骤(4)中，所述局部暂态电压安全性指标包括局部暂态电压合格性指标，其构建方法如下：
单二元表[Vcr,Tcr]表示电压V升高超出门槛值Vcr的最长持续时间Ts不能超过规定时间Tcr；基于n个单二元表建立多二元表{[Vcr,1,Tcr,1],...,[Vcr,k,Tcr,k],...,[Vcr,n,Tcr,n]}，其中，Vcr,1＜...＜Vcr,k＜...＜Vcr,n；
对于第k个二元组，定义安全因子为其中，Vi为节点i的电压值；
考虑单一故障j，定义节点i的局部暂态电压合格性指标为
考虑包含M个典型故障的故障集Ω＝{j|j＝1,2,…M}，定义节点i的局部暂态电压合格性指标为其中，δj为故障j的权重系数，数值上等于故障j发生的概率；各故障间相互独立，且满足


3.根据权利要求2所述的适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法，其特征在于，步骤(4)中，所述局部暂态电压安全性指标还包括局部暂态压升严重性指标，其构建方法如下：
基于所述多二元表{[Vcr,1,Tcr,1],...,[Vcr,k,Tcr,k],...,[Vcr,n,Tcr,n]}，将故障后的暂态电压响应曲线与电压额定值水平线间包围的区域划分为多个子区域，并对不同压升水平的子区域赋予不同的权重系数；
考虑单一故障j，定义节点i的局部暂态压升严重性指标为其中，μk为电压值位于区间(Vcr,k,Vcr,k+1)内时赋予的权重系数；tk和tk′分别为电压升高过程中高于和恢复过程中低于门槛值Vcr,k的时刻；Ve为电压的额定值；
考虑包含M个典型故障的故障集Ω＝{j|j＝1,2,…M}，定义节点i的局部暂态压升严重性指标为
所述μk依据电压安全运行的要求进行整定，满足节点i的局部暂态电压临界安全时Λi,j＝1；所述局部暂态电压合格性指标与局部暂态压升严重性指标存在如下关系：





4.根据权利要求2所述的适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法，其特征在于，步骤(5)中，所述全局暂态电压安全性指标包括全局暂态电压合格性指标，其构建方法如下：
考虑多节点的影响，定义故障j下N节点待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压合格性指标为
考虑包含M个典型故障的故障集Ω＝{j|j＝1,2,…M}，定义N节点待评估高比例新能源送端电网的全局暂态电压合格性指标为Js＝min{Ji|i＝1,2,...,N}。


5.根据权利要求3所述的适用于高比例新能源送端电网的暂态电压安全性评估方法，其特征在于，步骤(5)中，所述全局暂态电压安全性指标还包括全局暂态压升严重性指标，其构建方法如下：
考虑多节点的影响，定义故障j下N节点待评估高比例新能源送端电网的全局暂态压升严重性指标为其中，λi为节点i的权重系数，且满足
考虑包含M个典型故障的故障集Ω＝{j|j＝1,2,…M}，定义N节点待评估高...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晋泉，朱尧靓，潘尔生，李晖，蒋维勇，王菲，许德操，彭飞，田旭，刘飞，索之闻，李志青，张君，王世斌，侯胜林，
申请(专利权)人：河海大学，国网经济技术研究院有限公司，国网青海省电力公司，国网青海省电力公司经济技术研究院，
类型：发明
国别省市：江苏;32