一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法技术

本发明专利技术公开了一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法，其特征在于，确定受端电网的重负荷区域，搜索故障找到受端电网电压薄弱节点；对受端电网电压薄弱节点的等值负荷进行分解，推导备选储能地点功率变化与电压稳定薄弱节点稳定指标之间的耦合关系，建立储能地址对电压稳定影响和储能动态无功响应两个量化指标，得出储能选址综合效果量化指标，对储能地点进行配置，当储能出力时使局部系统的电压稳定性得到改善，防止电压失稳。

【技术实现步骤摘要】
一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法
本专利技术涉及一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法，属于电力系统

技术介绍
随着国民经济的高速增长，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网中负荷中心的容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍。受端电网通过接受外部及远方电源输入的有功电力和电能，实现供需平衡。随着外供电源比例不断增大，受端电网网内开机逐渐减小，电力系统受到扰动的暂态及动态过程中系统无功不足，母线电压无法保持稳定，易造成系统电压失稳或电压崩溃，导致电力系统局部负荷丧失甚至继而造成近区机组功角失稳，因此，受端电网在小开机、大负荷运行方式下电压稳定问题突出。储能电站作为一种优质的调压资源，可以利用并网变流器剩余容量进行无功补偿调节，有效辅助电网的快速调压。分布式储能系统容量较小，具有分散性、快速响应和高效率的特点，可有效平抑负荷波，从而提升电压质量，可对维持配电网功率平衡和安全可靠运行提供有力支持。分布式储能系统的接入位置直接影响配电网的电压质量及运行的经济性，因此，合理配置分布式储能成为亟待研究的问题。目前的储能选址主要考虑到建设和运行时的各项经济性指标，例如投资成本、维护成本、环境污染成本和可靠性成本等，然而这类方法效率较低，结果易陷入局部最优，在实际应用中可操作性不强。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法。首先确定受端电网的重负荷区域，搜索严重故障，找到相关薄弱节点，对薄弱节点的等值负荷进行分解，推导了备选储能地点功率变化与电压稳定薄弱节点稳定指标之间的耦合关系，建立了储能地址对电压稳定影响和储能动态无功响应两个量化指标，得出储能选址综合效果量化指标，对储能地点进行配置，当储能出力时能使局部系统的电压稳定性得到有效改善，达到防止电压失稳的作用。为达到上述目的，本专利技术提供一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法，确定受端电网的重负荷区域，搜索故障找到受端电网电压稳定薄弱节点；对受端电网电压稳定薄弱节点的等值负荷进行分解，推导备选储能地点功率变化与受端电网电压稳定薄弱节点稳定指标之间的耦合关系，建立储能地址对受端电网电压稳定影响和储能动态无功响应两个量化指标，得出储能选址综合效果量化指标，对储能地点进行配置，当储能出力时使局部系统的电压稳定性得到改善，防止受端电网电压失稳。优先地，确定受端电网的重负荷区域，搜索故障找到受端电网电压稳定薄弱节点i，包括以下步骤：对受端电网各电压等级母线变压器下网功率和受端电网各电压等级线路有功功率计算统计，确定受端电网的重负荷区域；对重负荷区域内各线路进行N-1故障暂态稳定计算，采用二分法确定电压临近稳定的线路故障，即受端电网电压薄弱节点i：赋值初始故障发生时刻t0，赋值故障切除时间tc0，若重负荷区域内所有输电线路N-1故障后受端电网不发生电压失稳，则逐步增加tc0直至重负荷区域内有多于一条输电线路在短路故障后发生电压失稳，否则tc0值不变；定义故障切除时间为对故障切除时间进行N-1故障暂态稳定计算，若仍有多于一条输电线路N-1故障导致受端电网发生电压失稳，则设置t1＝t0＝0s，设置当所述重负荷区域内所有输电线路均稳定时，设置设置tc1＝tc0，然后重复上述步骤重新求解t′c直至有且仅有一条输电线路在短路故障后受端电网发生电压失稳，得到此时的受端电网电压稳定薄弱节点。优先地，计算电压稳定指标包括以下步骤：将受端电网电压薄弱节点通过多端口戴维宁等效成一个简单的单负荷无穷大系统，使负荷在被等值系统外部；利用相对阻抗模指标来衡量电压失稳程度，对于节点表示为：IVSI,i＝|Zeqi|/|ZLi|(1)，Zeqi表示i的系统等值阻抗；ZLi表示i的负荷等值阻抗；IVSI,i表示i的电压稳定程度指标，当IVSI,i越接近1，受端电网电压越容易因扰动导致失稳；等值模型中各个电气量公式为Zeqi＝ZLL(ii)ULi＝Eeqi-ZeqiIeqi(2)，式(2)中，j为储能备选节点，i为受端电网电压稳定薄弱节点，αG为电压稳定薄弱节点选取区间的集合，αL为储能备选节点选取区间的集合，ILi表示i负荷侧等效电流，ILj表示j负荷侧等效电流；Eeqi表示i系统侧等效电压；ZLL为负荷节点之间的互阻抗；ULi表示i负荷侧等效电压；Ieqi表示流过i的等值电流；YLG为负荷节点与电压源节点之间的互导纳，负荷节点包括储能备选节点和受端电网电压稳定薄弱节点；UGi为电压稳定薄弱节点i与电压源节点之间的电压向量；等值负荷利用等值模型中的各电气量表示为式(3)中*表示共轭复数，Ui为i的等值电压，对式(3)分析，将等值负荷分解成i自身负荷Ss,i及储能备选节点j对i的转移负荷St,i所组成，得到式(4)：式(4)中*表示共轭复数，其中转移负荷表示为：式(5)中*表示共轭复数，转移导纳由转移负荷推出：每个i的等值导纳除了自身负荷外，还有受端电网中其他节点St,i的转移导纳，因此将i的等值导纳表示为代表Ss,i的自身负荷导纳Ys,i和代表其他节点St,i的转移导纳Yt,i：由式(1)和式(6)，可得将式(7)中的电流表示成各个节点功率的形式，得到式(8)：Pi为i的有功功率，Qi为i的无功功率；Ui为i等值电压，加*表示其共轭；Pj为j的有功功率，Qj为j的无功功率；Uj为j等值电压，加*表示其共轭；式(8)体现各储能备选节点j发出功率与电压稳定薄弱节点i电压失稳程度之间的关系；已知系统侧等值阻抗Zeqi不受i负荷变化的影响，短时间内Ui在电力系统运行中波动近似认为不变，负荷波动对等值负荷Seqi的整体影响近似忽略，故认为在储能出力时，其他负荷水平近似维持恒定，通过式(8)对储能备选节点j的有功偏导，得式(9)中，Zeqi为i的系统等值阻抗；ZLL(ji)为j与i之间的互阻抗；ULi为i的节点电压，ULj为j的节点电压；R指标越大则表示储能备选节点j与电压稳定薄弱节点i之间的关联程度越密切，节点配置储能提升电压稳定性的效果越好，因此选择R指标作为节点配置储能的电压稳定指标。优先地，计算储能动态无功响应指标，包括以下步骤：储能设备在不同配置地点对受端电网电压稳定薄弱节点短路故障的动态无功响应也不同，若储能设备在受端电网电压稳定薄弱节点短路故障期间能够迅速提供无功功率支撑，则有利于受端电网电压失稳的恢复；用受端电网电压稳定薄弱节点短路故障后一段时间内储能动态无功增量的标幺值与时间积分表征发电机的无功支撑效果，标幺值与时间积分越大，储能设备对受端电网电压失稳的支撑效果越明显，表达式如式(10)：式(10)中，Qj(t)为储能设备在j的无功出力随时间变化函数；Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法，其特征在于，确定受端电网的重负荷区域，搜索故障找到受端电网电压稳定薄弱节点；/n对受端电网电压稳定薄弱节点的等值负荷进行分解，推导备选储能地点功率变化与受端电网电压稳定薄弱节点稳定指标之间的耦合关系，建立储能地址对受端电网电压稳定影响和储能动态无功响应两个量化指标，得出储能选址综合效果量化指标，对储能地点进行配置，当储能出力时使局部系统的电压稳定性得到改善，防止受端电网电压失稳。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法，其特征在于，确定受端电网的重负荷区域，搜索故障找到受端电网电压稳定薄弱节点；
对受端电网电压稳定薄弱节点的等值负荷进行分解，推导备选储能地点功率变化与受端电网电压稳定薄弱节点稳定指标之间的耦合关系，建立储能地址对受端电网电压稳定影响和储能动态无功响应两个量化指标，得出储能选址综合效果量化指标，对储能地点进行配置，当储能出力时使局部系统的电压稳定性得到改善，防止受端电网电压失稳。


2.根据权利要求1所述的一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法，其特征在于，确定受端电网的重负荷区域，搜索故障找到受端电网电压稳定薄弱节点i，包括以下步骤：
对受端电网各电压等级母线变压器下网功率和受端电网各电压等级线路有功功率计算统计，确定受端电网的重负荷区域；
对重负荷区域内各线路进行N-1故障暂态稳定计算，采用二分法确定电压临近稳定的线路故障，即受端电网电压薄弱节点i：
赋值初始故障发生时刻t0，赋值故障切除时间tc0，若重负荷区域内所有输电线路N-1故障后受端电网不发生电压失稳，则逐步增加tc0直至重负荷区域内有多于一条输电线路在短路故障后发生电压失稳，否则tc0值不变；
定义故障切除时间为对故障切除时间进行N-1故障暂态稳定计算，若仍有多于一条输电线路N-1故障导致受端电网发生电压失稳，则设置t1＝t0＝0s，设置当所述重负荷区域内所有输电线路均稳定时，设置设置tc1＝tc0，然后重复上述步骤重新求解t′c直至有且仅有一条输电线路在短路故障后受端电网发生电压失稳，得到此时的受端电网电压稳定薄弱节点。


3.根据权利要求2所述的一种基于局部暂态电压稳定和无功响应的储能选址方法，其特征在于，计算电压稳定指标包括以下步骤：
将受端电网电压薄弱节点通过多端口戴维宁等效成一个简单的单负荷无穷大系统，使负荷在被等值系统外部；
利用相对阻抗模指标来衡量电压失稳程度，对于节点表示为：
IVSI,i＝|Zeqi|/|ZLi|(1)，
Zeqi表示i的系统等值阻抗；ZLi表示i的负荷等值阻抗；IVSI,i表示i的电压稳定程度指标，当IVSI,i越接近1，受端电网电压越容易因扰动导致失稳；
等值模型中各个电气量公式为






Zeqi＝ZLL(ii)
ULi＝Eeqi-ZeqiIeqi(2)，
式(2)中，j为储能备选节点，i为受端电网电压稳定薄弱节点，αG为电压稳定薄弱节点选取区间的集合，αL为储能备选节点选取区间的集合，ILi表示i负荷侧等效电流，ILj表示j负荷侧等效电流；Eeqi表示i系统侧等效电压；ZLL为负荷节点之间的互阻抗；ULi表示i负荷侧等效电压；Ieqi表示流过i的等值电流；YLG为负荷节点与电压源节点之间的互导纳，负荷节点包括储能备选节点和受端电网电压稳定薄弱节点；UGi为电压稳定薄弱节点i与电压源节点之间的电压向量；
等值负荷利用等值模型中的各电气量表示为



式(3)中*表示共轭复数，Ui为i的等值电压，对式(3)分析，将等值负荷分解成i自身负荷Ss,i及储能备选节点j对i的转移负荷St,i所组成，得到式(4)：



式(4)中*表示共轭复数，其中转移负荷表示为：



式(5)中*表示共轭复数，转移导纳由转移负荷推出：



每个i的等值导纳除了自身负荷外，还有受端电网中其他节点St,i的转移导纳，因此将i的等值导纳表示为代表Ss,i的自身负荷导纳Ys,i和代表其他节点St,i的转移导纳Yt,i：
由式(1)和式(6)，可得



将式(7)中的电流表示成各个节点功率的形式，得到式(8)：



Pi为i的有功功率，Qi为i的无功功率；...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋丹，毕立松，刘继成，张文朝，张运厚，杨俊炜，李岩春，任普春，赵伯铉，
申请(专利权)人：国家电网公司东北分部，北京科东电力控制系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21