一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统，所述方法通过将新能源电力系统的电力网络简化为仅保留新能源场站节点的等值模型后求取电力网络参数组，将每个新能源场站简化为一个等值机和一个串联的等值馈线阻抗的等值模型的基础上，利用新能源场站节点的内部拓扑结构参数和运行参数在线聚合确定新能源场站等值参数组，并采用特征值在线分析振荡风险。所述方法和系统有效解决了系统阶数过高带来的特征值求解难的问题，采用阻抗法对于复杂多机系统系统评估振荡风险的局限性问题，以及新能源运行状态多变带来的评估振荡风险不精确的问题，提高了振荡分析精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力分析
，并且更具体地，涉及一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统。

技术介绍

[0002]含新能源场站接入的电力系统，在两类场景下可能出现次/超同步振荡现象，一类是新能源接入弱交流系统，一类是双馈风机接入含串联补偿电容系统。次/超同步振荡现象表现为次同步（约1
‑
50Hz）频段内的发散或等幅的功率振荡，以及电网电流中含有一对次同步、超同步（约51
‑
100Hz）频率分量。上述振荡的发生机理，均与新能源机组变流器的控制特性有关。现有技术中，对新能源电力系统进行振荡模式的分析主要是依据人工划分或以单节点作为等值范围对电力网络进行戴维南等值建模，基于功率损耗一致原则进行新能源场站的馈线等值并形成场站等值模型，建立全系统的简化频域阻抗分析模型，按照预先设定的运行条件、采用频域阻抗法进行次/超同步振荡风险的离线分析。但上述技术方案存在如下不足：1、依据人工划分作为等值范围对电力网络进行戴维南等值建模，适用于多个新能源场站的总体分析，但需保留的全部的新能源并网节点的位置可能较为分散。对于这种传统的等值方式，保留的等值电网，其节点间一般仍是连续的、即保持原电网的连接关系，仅在等值的边界处进行分割，故最终保留的电力网络规模取决于详细电路拓扑；对于复杂网络而言，其等值系统规模仍然较大，难以达到足够的系统降阶的目标要求。
[0003]2、以单节点作为等值范围对电力网络进行戴维南等值建模，仅适用于多个新能源场站的独立、近似分析，一方面在分析时无法计及新能源场站等动态设备的模型，另一方面也忽略了其他新能源场站对所研究的单个新能源场站稳定性的交互影响。该电力网络模型难以实现振荡风险的精确分析。此外，上述两种电力网络等值方法在等值过程中均依据工频进行等值元件参数计算，也会引入一定的误差。
[0004]3、基于功率损耗一致原则进行新能源场站的馈线等值并形成场站等值模型主要适用于对新能源场站稳态输出特性的准确模拟。新能源并网系统的稳定性，应采用新能源机组、电力网络以及馈线阻抗的线性化微分方程进行描述，并不等效于稳态功率模型，因此该馈线等值模型从原理上来说，并不能反映馈线对系统稳定性的影响。
[0005]4、全系统的简化频域阻抗分析模型采用奈奎斯特简化阻抗判据，但该判据有效的前提是，需要准确进行子系统分割，使得两个子系统内部稳定，而潜在的振荡风险存在于这两个子系统之间。但在一些情况下，分割、判断过程复杂；另一些情况下，不同接入点的多个新能源场站均以类似程度参与振荡，则甚至难以找到合适的分割点。因此，对于复杂多新能源场站并网系统，频域阻抗方法将存在局限。
[0006]5、按照预先设定的运行条件、采用频域阻抗法进行次/超同步振荡风险的离线分析时，受风/光等条件的影响，新能源机组的开机、出力等往往存在频繁波动的现象。新能源场站的小扰动稳定特性，既与实际运行机组数量有密切关系，也受机组稳态工作点的影响，
稳态工作点包括输出功率、电压等运行条件。若只通过人工估算各新能源场站的实际运行条件，且不考虑开机、出力的变化，将使得振荡分析结果与现场实际情况不符，一定程度上影响分析精度。
[0007]综上所述，现有技术中通过电力网络，新能源场站等值建模进行新能源电力系统次/超同步振荡风险分析的技术方案在存在精度、效率或适用性不足的特点，迫切需要一种新的技术方案解决上述不足。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术中通过建模分析新能源电力系统次/超同步振荡风险的技术方案存在的精度、效率、适用性不足的问题，本专利技术提供一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法及系统。
[0009]根据本专利技术的一方面，本专利技术提供一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法，所述方法包括：离线获取新能源电力系统的电力网络参数和新能源场站的内部拓扑结构参数，以及在线获取新能源场站的运行参数；基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组；根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组；基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵；计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式。
[0010]可选地，基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组，包括：在次/超同步频段，选取典型频率作为等效角频率w
eq
；对于包含M个新能源场站节点，节点总数为N的新能源电力系统，将其电力网络中全部电压源短路、电流源开路，且假设全部新能源场站节点空载时，生成初始阻抗网络，其中，在所述初始阻抗网络中，全部M个新能源场站节点作为保留节点，组成R集并排列在后，其余N
‑
M个节点编入T集并排列在前；根据所述电力网络参数，计算等效角频率为w
eq
时所述电力网络中全部线性元件和非线性元件的导纳值，并基于所述导纳值确定初始阻抗网络的节点导纳矩阵Y
N
×
N
，所述节点导纳矩阵Y
N
×
N
的表达式为：其中，1≤t≤N
‑
M，1≤r≤M；将节点导纳矩阵Y
N
×
N
中R集的节点保留，用高斯消去法将其余节点消去，形成仅含新能源场站节点的电力网络等值系统，并得到电力网络等值系统的节点导纳矩阵Y
eq
，所述节点导纳矩阵Y
eq
的表达式为：
根据所述节点导纳矩阵Y
eq
中的元素值计算电力网络等值系统的支路阻抗Z
eqij
，其中，所述支路阻抗Z
eqij
的计算公式为：其中，电力网络等值系统的支路包括新能源场站节点间支路和新能源场站节点对地支路，当i=j时，Z
eqij
为新能源场站节点i对地支路阻抗，当i≠j时，Z
eqij
为新能源场站节点i和新能源场站节点j间的支路阻抗；当所述支路阻抗Z
eqij
的阻抗幅值不大于设置的支路阻抗门槛值Z
lim
时，保留支路ij；对于保留的支路ij，基于等效角频率为w
eq
，通过公式Z
eqij
=R
eqij
+jw
eq
L
eqij
或Z
eqij
=R
eqij
+j/(w
eq
C
eqij
)确定支路ij的电阻值R
eqij
，以及电感值L
eqij
或电容值C
eqij
；根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的方法，其特征在于，所述方法包括：离线获取新能源电力系统的电力网络参数和新能源场站的内部拓扑结构参数，以及在线获取新能源场站的运行参数；基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组；根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组；基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵；计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于设置的等效角频率，根据所述电力网络参数建立仅保留新能源场站节点的电力网络等值系统，并确定所述电力网络等值系统的电力网络参数组，包括：在次/超同步频段，选取典型频率作为等效角频率w
eq
；对于包含M个新能源场站节点，节点总数为N的新能源电力系统，将其电力网络中全部电压源短路、电流源开路，且假设全部新能源场站节点空载时，生成初始阻抗网络，其中，在所述初始阻抗网络中，全部M个新能源场站节点作为保留节点，组成R集并排列在后，其余N
‑
M个节点编入T集并排列在前；根据所述电力网络参数，计算等效角频率为w
eq
时所述电力网络中全部线性元件和非线性元件的导纳值，并基于所述导纳值确定初始阻抗网络的节点导纳矩阵Y
N
×
N
，所述节点导纳矩阵Y
N
×
N
的表达式为：其中，1≤t≤N
‑
M，1≤r≤M；将节点导纳矩阵Y
N
×
N
中R集的节点保留，用高斯消去法将其余节点消去，形成仅含新能源场站节点的电力网络等值系统，并得到电力网络等值系统的节点导纳矩阵Y
eq
，所述节点导纳矩阵Y
eq
的表达式为：根据所述节点导纳矩阵Y
eq
中的元素值计算电力网络等值系统的支路阻抗Z
eqij
，其中，所述支路阻抗Z
eqij
的计算公式为：其中，电力网络等值系统的支路包括新能源场站节点间支路和新能源场站节点对地支路，当i=j时，Z
eqij
为新能源场站节点i对地支路阻抗，当i≠j时，Z
eqij
为新能源场站节点i和
新能源场站节点j间的支路阻抗；当所述支路阻抗Z
eqij
的阻抗幅值不大于设置的支路阻抗门槛值Z
lim
时，保留支路ij；对于保留的支路ij，基于等效角频率为w
eq
，通过公式Z
eqij
=R
eqij
+jw
eq
L
eqij
或Z
eqij
=R
eqij
+j/(w
eq
C
eqij
)确定支路ij的电阻值R
eqij
，以及电感值L
eqij
或电容值C
eqij
；根据保留的支路ij，保留的支路ij的电阻值R
eqij
，以及电感值L
eqij
或电容值C
eqij
生成所述电力网络等值系统的电力网络参数组c
g
。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据设置的等效角频率，新能源场站的内部拓扑结构参数和运行参数建立新能源场站等值模型，并确定所述新能源场站等值模型的场站等值参数组，包括：令新能源场站等值模型包括一个等值机和一个串联的等值馈线阻抗，则当新能源场站存在N
G
台在运机组时，根据每台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率计算新能源场站等值机的容量、稳态有功率和稳态无功功率，其计算公式为：其计算公式为：式中，S
n
、P
n
和Q
n
和分别为第n台机组的额定容量、运行时的有功功率和无功功率，S
eq
、P
eq
和Q
eq
分别为新能源场站等值机的容量、稳态有功功率和稳态无功功率，等值机保留新能源场站中单台机组的控制逻辑和标幺制参数；当新能源场站存在N
L
条馈线时，根据设置的等效角频率w
eq
、任两台机组间馈线段的阻抗平均值为Z0(jw
eq
)，阻抗折算系数k0，以及在运机组台数N
G
计算新能源场站等值馈线阻抗Z
Leq
(jw
eq
)，其计算公式为：其计算公式为：式中，1≤k≤N
L
，0≤t≤N
Gk
‑
1，N
Gk
为第k条馈线上的在运机组总数，Z
Lk
[0]等于无穷大；根据新能源场站等值机的容量S
eq
、稳态有功功率P
eq
和稳态无功功率Q
eq
，新能源场站等值馈线阻抗Z
Leq
(jw
eq
)，以及新能源场站机组内部电路和控制参数生成新能源场站等值参数组c
s
。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述电力网络参数组和场站等值参数组，生成新能源电力系统的状态空间方程，并基于所述状态空间方程确定状态矩阵，包括：当新能源电力系统包含M个新能源场站时，根据所述电力网络参数组c
g
，M个新能源场站等值参数组c
sy
，生成新能源电力系统的状态空间方程，其中， 1≤y≤M，所述状态空间方程的表达式为：
式中，ΔX是状态变量，ΔU是全部新能源场站内部输入变量，是状态变量的微分，状态矩阵A和输入矩阵B分别为全部电力网络参数和新能源场站等值参数的函数，其表达式为：。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，计算所述状态矩阵的特征值和相关因子，确定新能源电力系统的振荡模式，包括：计算状态矩阵A的特征值和相关因子，其中，特征值实部表征振荡模式的阻尼，特征值虚部表征振荡模式的频率，相关因子表征振荡模式与状态变量间的相关性；当存在一对特征值对应的频率位于次同步频段内，且对应的阻尼值为正时，则新能源电力系统存在不稳定的次/超同步振荡模式，当新能源电力系统存在不稳定的次/超同步振荡模式时，根据相关因子的绝对值确定造成不稳定的次/超同步振荡模式的环节，其中，相关因子的绝对值越大，表明相关因子对应的环节与不稳定的次/超同步振荡模式的相关性越强。6.一种新能源电力系统在线建模与振荡分析的系统，其特征在于，所述系统包...

【专利技术属性】
技术研发人员：周佩朋，杜宁，李亚楼，宋瑞华，项祖涛，刘涛，向玮华，吕思琦，沈琳，韩亚楠，胡建勇，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：