一种考虑海上风电场出力波动的无功潮流追踪方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑海上风电场出力波动的无功潮流追踪方法，首先分析了风电场集电系统无功负载的主要构成，接着求解了风电场有功出力不变时各无功负载的无功来源在风电场群分布，然后在此基础上，将风电场的有功出力作为潮流方程中的可变参数并指定其变化范围，本发明专利技术可将受风电场随机出力影响的风电场无功潮流分布表达为一组以风机出力为待研参数的多项式函数关系式，利用所得的函数关系式即可分析风电场有功出力波动情况下风电场集电系统无功潮流的分布。该方法可适用于风电场出力波动情况下风电机组无功出力构成的求解，具有较高的计算效率，可为电力系统无功电压稳定性分析以及电力市场中的网损分摊问题提供科学合理的依据。学合理的依据。学合理的依据。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑海上风电场出力波动的无功潮流追踪方法


[0001]本专利技术属于电力系统
，涉及海上风电集电系统的无功潮流分析领域，尤其是涉及一种考虑海上风电场出力波动的无功潮流追踪方法。

技术介绍

[0002]对电力系统的电压稳定进行分析是电力系统安全运行的基础，随着海上风电接入容量的不断扩大，新能源对受端交流电网电压稳定的影响进一步加深，新能源出力的不确定性将引发受端电网运行及调度的一系列问题。因此，受端电网一般要求风电场在接入时需满足一系列运行边界条件，以尽量减少风电场对交流主网的负面影响。其中，由于风电出力在一天内具有波动性和间歇性，可能导致其接入点的电压水平将产生较大幅度的波动，进而影响接入点附近区域向负荷供电的可靠性。因此，一般要求风电场提供一定的无功支撑能力以保证海上风电场集电系统无功潮流分布的合理性，减少风电场与接入电网之间的无功交换，最终达到提高新能源接入情况下区域电网的电压稳定性的目的。综上可见，对风电场集电系统的无功潮流分布进行分析求解是风电场并网系统的关键技术问题之一。集电系统的网状结构为无功源与无功负载之间的无功交换提供了大量的传输路径，为了对风电场集电系统的无功潮流进行分析，需要采用无功潮流追踪的方法求解负载节点无功来源的分布情况，进而为实现进一步的无功控制。无功功率追踪方法可以包括函数值法、灵敏度法、电气剖分法和功率分解方法，这些方法从电源出发，研究了输电网络的电源的来源问题。然而，由于风电出力具有的波动性和间歇性，不同风电出力水平时的无功潮流追踪的结果也会发生变化。以上无功潮流追踪方法均未考风电运行状态的随机性和波动性，一般采用将风电场的出力视为确定值，在风电场出力变化时需要重复计算集电系统无功潮流的分布。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于，提供一种考虑海上风电场出力波动的无功潮流追踪方法，能够分析风电场有功出力波动情况下风电场集电系统无功潮流的分布，充分发挥海上风电场参与电网无功控制能力，最终达到提高新能源接入情况下区域电网的电压稳定性的目的。
[0004]为此，本专利技术的上述目的通过如下技术方案实现：
[0005]一种考虑海上风电场出力波动的无功潮流追踪方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1、建立用于风电场集电系统潮流计算的数学模型并求解同时考虑集电系统有功及无功损耗的无功出力方案；
[0007]步骤S2：基于步骤S1中的无功出力方案，对各无功负载的无功来源分布进行无功潮流追踪并分析各台风机无功出力的构成；
[0008]步骤S3：基于步骤S2中各台风机无功出力的构成分析结果，使用多项式逼近配点法求解风机无功出力各成分与风机有功出力之间的关系。
[0009]进一步地，所述步骤S1具体包括：
[0010](1)建立用于风电场集电系统潮流计算的数学模型：
[0011]风电场集电系统详细数学模型为包括风电、海缆、变压器、无功补偿装置等元件的电力系统潮流分析方程，相应的数学模型为：
[0012][0013]其中，S
B
为节点集合，P
Wi
和Q
Wi
分别为节点i处风电场发出的有功功率和无功功率；V
i
为节点i的电压幅值；V
j
为节点j的电压幅值；Y
ij
为节点导纳矩阵元素。
[0014](2)求解同时考虑集电系统有功及无功损耗的无功出力方案
[0015]基于步骤(1)所建立的风电场集电系统的数学模型，构造同时考虑集电系统中的有功损耗及无功补偿容量的，用于求解无功协调优化控制方案的优化问题数学模型：
[0016]min|P
loss
|+|Q
pcc
|
[0017][0018]其中，P
loss
为集电系统的有功损耗，P
pcc
和Q
pcc
分别为风电场并网系统接入节点处的有功和无功注入，S
ij
为线路i
‑
j上流过的视在功率，S
ij.min
和S
ij.max
分别为线路i
‑
j上允许流过的视在功率的下限和上限值，Q
min.i
和Q
max.i
为节点i处风机无功出力的上限和下限值。基于优化模型式(1.2)，结合配点法及原对偶内点法，即可求解同时考虑集电系统有功及无功损耗的无功出力方案。
[0019]进一步地，所述步骤S2具体为：集电系统中的无功负载主要包括连接变压器以及集电系统海缆消耗的无功功率，为了进行无功潮流追踪，需将这些元件所在支路等效为无损支路，并将相应的无功损耗等效为负荷。对于集电线路，其充电功率按π形等值电路在线路两端等效成无功电源；线路的无功损耗通过在线路中间增加虚拟节点，等效为虚拟节点上的无功负荷。设系统有n个节点和l条支路，Q
i
为节点i的无功功率，Q
Gi
为节点i的无功功率(含等效充电功率)，则节点i输入无功功率的平衡方程为：
[0020][0021]其中α
i
为所有与节点i直接相连并向节点i输入无功功率的节点集合。
[0022]由于经过处理后的系统是无损网络，支路潮流满足如下关系：
[0023]Q
ij
＝C
ij
Q
j
ꢀꢀꢀ
(2.2)
[0024]其中C
ij
为支路i
‑
j上无功潮流占节点i输入无功潮流的比例系数。将式(2.2)代入
式(2.1)可得：
[0025][0026]式(2.3)的矩阵形式为：
[0027]AQ＝Q
G
ꢀꢀꢀ
(2.4)
[0028]其中Q为各个节点的输入无功向量，Q
G
为各个节点的无功电源向量；A为满足如下元素定义的方阵：
[0029][0030]其中A
ij
为矩阵A中第i行第j列元素。令B＝A
‑1，则Q＝BQ
G
。矩阵B描述了各无功源节点的无功输出与各节点无功输入的关系。当节点属于无功负荷节点时，矩阵B描述了无功源节点的无功输出与节点无功负荷的关系。通过对等效海上风电场群及其集电系统中各无功负荷节点的无功进行追踪，即可求出各无功负荷消耗的无功功率来源的风电机组编号及其供应的无功功率大小。
[0031]由矩阵B分析得出，不同风机的无功出力构成主要分为两部分：
[0032]Q
Wi
＝Q
Wi.T
+Q
Wi.L
ꢀꢀꢀ
(2.6)
[0033]其中，Q
Wi.T
，Q
Wi.L
为求解得到的风机无功出力构成部分，Q
Wi.T
为风机i供给给连接变压器(包括风电场升压站和该风机所连箱变)的无功功率，Q本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑海上风电场出力波动的无功潮流追踪方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：步骤S1：建立用于风电场集电系统潮流计算的数学模型并求解同时考虑集电系统有功及无功损耗的无功出力方案；步骤S2：基于步骤S1中的无功出力方案，对各无功负载的无功来源分布进行无功潮流追踪并分析各台风机无功出力的构成；步骤S3：基于步骤S2中各台风机无功出力的构成分析结果，使用多项式逼近配点法求解风机无功出力各成分与风机有功出力之间的关系。2.根据权利要求1所述的一种考虑海上风电场出力波动的无功潮流追踪方法，其特征在于：所述步骤S1具体包括：(1)建立用于风电场集电系统潮流计算的数学模型：用于风电场集电系统潮流计算的数学模型为包括风电机组、传输海缆、升压站、风机箱变设备数学模型的方程组：其中，S
B
为风电站中的节点集合，P
Wi
和Q
Wi
分别为相应节点i处风电机组的有功出力及和无功出力；V
i
为节点i的电压幅值；V
j
为节点j的电压幅值；Y
ij
为节点导纳矩阵元素，δ
ij
为节点i和节点j之间的相角差；(2)求解同时考虑集电系统有功及无功损耗的无功出力方案基于步骤(1)所建立的风电场集电系统的数学模型，构造同时考虑集电系统中的有功损耗及无功补偿容量的，用于求解无功协调优化控制方案的优化问题数学模型：其中，P
loss
为集电系统的有功损耗，P
pcc
和Q
pcc
分别为风电场并网系统接入节点处的有功和无功注入，S
ij
为线路i
‑
j上流过的视在功率，S
ij.min
和S
ij.max
分别为线路i
‑
j上允许流过的视在功率的下限和上限值，Q
min.i
和Q
max.i
为节点i处风机无功出力的上限和下限值。基于优化模型式(1.2)，使用优化求解的原对偶内点法，即可求解同时考虑集电系统有功及无功损耗的无功出力方案。
3.根据权利要求1所述的一种考虑海上风电场出力波动的无功潮流追踪方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：集电系统中的无功负载主要包括连接变压器以及集电系统海缆消耗的无功功率，为了进行无功潮流追踪，将这些元件所在支路等效为无损支路，并将相应的无功损耗等效为负荷；对于集电线路，其充电功率按π形等值电路在...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏冰清，杨文斌，陈雨薇，王霄鹤，陈晴，杨林刚，施朝晖，郦洪柯，谢瑞，陈玮，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：