一种计及风电场脱网约束的电网风电送出能力评估方法与流程

本发明涉及电网风电送出能力检测领域，具体涉及一种计及风电场脱网约束的电网风电送出能力评估方法。

背景技术：

风电是洁净的可再生能源，风电既是对常规能源的重要补充，又对于调整能源结构、保护环境、应对气候变化和促进可持续发展都具有重要的作用。大力发展风电已成为当前能源工作的重要任务，是我国电力工业发展的长远方向。

地区电网风电送出能力受多种因素制约，如风机低电压穿越能力、线路输送能力、主变容量等。当大规模风电接入地区电网时，若不同容量的风场发生脱网，由于线路输送功率减轻，在不考虑调压设备动作的情况下，必然会引起系统电压升高，从而影响地区电网的风电送出能力。

因此，研究大规模风电场脱网和风功率波动情况下地区电网的风电送出能力具有重要意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供的一种计及风电场脱网约束的电网风电送出能力评估方法，该方法能够快速且准确地找到制约地区电网风电送出能力的重要约束条件，从而提高地区电网的风电送出能力，使风能资源得到最大化的开发利用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种计及风电场脱网约束的电网风电送出能力评估方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1.根据评估区域的交直流电网数据，计算得到所述评估区域的电网风电送出极限参数组；

步骤2.根据所述电网风电送出极限参数组，建立电网风电送出能力评估模型；

步骤3.根据所述电网风电送出能力评估模型，确定所述评估区域的电网风电送出能力。

优选的，所述步骤1包括：

1-1.测量得到所述评估区域的交直流电网数据，其中，所述交直流电网数据包括：所述评估区域中的风电汇集站的变压器容量、风电送出通道的导线型号、风电机组机端电压允许最大偏移值，所述风电汇集站变压器母线电压允许最大偏移值及所述风电汇集站的风场数量；

1-2.根据所述交直流电网数据，计算得到所述评估区域的电网风电送出极限参数组；其中，所述电网风电送出极限参数组包括：所述风电汇集站变压器容量极限、所述风电送出通道的热稳定极限及暂态稳定极限、发生所述风电场脱网及风电场出力波动后的电网风电送出极限。

优选的，所述1-2包括：

a.计算所述风电汇集站变压器容量极限P_WT：

式(1)中，P_e,i为所述风电汇集站中变压器i的额定容量，N_T为汇集站变压器数量；

b.根据所述风电送出通道的导线型号，分别确定T_常与T_高时导线的热稳定电流值和热稳定功率值；其中，20°≤T_常≤30°且30°＜T_高≤50°；

根据所述热稳定功率值，分别计算T_常与T_高温度下的所述风电送出通道的热稳定极限P_WH；

c.确定所述暂态稳定极限P_WS；

d.根据所述风电机组机端电压允许最大偏移值、风电汇集站变压器母线电压允许最大偏移值及风电汇集站的风场数量，计算得到发生所述风电场脱网的电网风电送出极限P_WO；

e.设定风功率波动场景并比较不同场景下的电网风电送出极限，得到风功率波动时所述评估区域的电网风电送出极限P_WV。

优选的，所述步骤d包括：

d-1.计算所述评估区域中的风电场i脱网引起的其他风电场得机组机端电压最大偏移值ΔU_GV,i及所述风电汇集站变压器的母线电压最大偏移值ΔU_TV,i；

d-2.判断所述ΔU_GV,i与ΔU_TV,i是否越限：

式(2)中，为风电机组机端电压允许最大偏移值，为500kV汇集站变压器母线电压允许最大偏移值；

若式(2)不成立；则调整所述风场脱网机组出力至式(2)成立；进入d-3；

若式(2)成立；则直接进入d-3；

d-3.统计所有接入所述风电汇集站的风电场送出容量P_i，并计算所述风电场i脱网时的所述评估区域的电网风电送出极限P_WO,i：

式(3)中，N_W为接入所述风电汇集站的风场数量；

d-4.对所有接入该风电汇集站的风电场都重复执行步骤d-1至d-3,并比较所有风电场脱网时的送出极限，得到风电场脱网时所述评估区域的电网风电送出极限P_WO：

优选的，所述步骤e包括：

e-1.设定两个风电功率波动场景，包括：

场景一：模拟风电出力较大时，风功率波动对电网电压的影响；

场景二：模拟风电出力较小时，风功率波动对电网电压的影响；

e-2.在所述场景一下，计算由风电场i功率波动引起的其他风场机组机端电压最大偏移值ΔU_GV1,i和主变压器的母线电压最大偏移值ΔU_TV1,i，判断所述ΔU_GV1,i与ΔU_TV1,i是否越限；

若式(5)不成立，则调整所述风电出力至式(5)成立；进入e-3；

若式(5)成立，则直接进入e-3；

e-3.计算电压安全边界下风功率最大偏移量，统计各风场出力，并计算此时的风电送出容量P_WV1,i：

e-4.对所有接入该风电汇集站变电站的所述风电场均执行步骤e-2至e-3，得到所述场景一下的电网风电送出极限P_WV1：

e-5.在所述场景二下，计算由风电场i功率波动引起的其他风场机组机端电压最大偏移值ΔU_GV2,i和主变压器的母线电压最大偏移值ΔU_TV2,i，判断所述ΔU_GV2,i与ΔU_TV2,i是否越限；

若式(8)不成立，则调整所述风电出力至式(5)成立；进入e-6；

若式(8)成立，则直接进入e-6；

e-6.计算电压安全边界下风功率最大偏移量，统计各风场出力，并计算此时的风电送出容量P_WV2,i：

e-7.对所有接入该风电汇集站变电站的所述风电场均执行步骤e-5至e-6，得到所述场景二下的电网风电送出极限P_WV2：

e-8.对场景一和场景二进行比较，得到风功率波动时地区电网风电送出极限P_WV：

P_WV＝min(P_WV1,P_WV2) (11)。

优选的，所述步骤2包括：

根据所述风电汇集站变压器容量极限P_WT、所述风电送出通道的热稳定极限P_WH及暂态稳定极限P_WS、发生所述风电场脱网及风电场出力波动后的电网风电送出极限P_WO及P_WV；建立电网风电送出能力评估模型P_W：

P_W＝min(P_WT，P_WH,P_WS,P_WO,P_WV) (12)。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种计及风电场脱网约束的电网风电送出能力评估方法，根据评估区域的交直流电网数据，计算得到评估区域的电网风电送出极限参数组；根据电网风电送出极限参数组，建立电网风电送出能力评估模型；根据电网风电送出能力评估模型，确定评估区域的电网风电送出能力。本发明提出的方法能够快速且准确地找到制约地区电网风电送出能力的重要约束条件，从而提高地区电网的风电送出能力，使风能资源得到最大化的开发利用。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下优异效果：

1、本发明所提供的技术方案中，建立了地区电网风电送出能力的综合评估模型，对制约地区电网风电送出能力的各类因素进行了分析；准确且全面的找到制约地区电网风电送出能力的瓶颈，提高地区电网的风电送出能力，使风能资源得到最大化的利用。

2、本发明所提供的技术方案，重点对大规模风电机组脱网以及风功率波动造成的电压偏移影响进行了深入分析；能够快速且准确地找到制约地区电网风电送出能力的重要约束条件，从而提高地区电网的风电送出能力。

3、本发明所提供的技术方案，不仅仅局限于风电机组的低电压穿越能力，而且综合考虑了电网的热稳定约束、安全稳定约束、大规模风电机组脱网造成的电压偏移影响和风功率波动影响。

4、本发明提供的技术方案，应用广泛，具有显著的社会效益和经济效益。

附图说明

图1是本发明的一种计及风电场脱网约束的电网风电送出能力评估方法的流程图；

图2是本发明的评估方法中步骤1的流程图；

图3是本发明的一种计及风电场脱网约束的电网风电送出能力评估方法的具体应用例的地区电网风电场接入系统示意图；

图4是本发明的评估方法的具体应用例的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种计及风电场脱网约束的电网风电送出能力评估方法，包括如下步骤：

步骤1.根据评估区域的交直流电网数据，计算得到评估区域的电网风电送出极限参数组；

步骤2.根据电网风电送出极限参数组，建立电网风电送出能力评估模型；

步骤3.根据电网风电送出能力评估模型，确定评估区域的电网风电送出能力。

如图2所示，步骤1包括：

1-1.测量得到评估区域的交直流电网数据，其中，交直流电网数据包括：评估区域中的风电汇集站的变压器容量、风电送出通道的导线型号、风电机组机端电压允许最大偏移值，风电汇集站变压器母线电压允许最大偏移值及风电汇集站的风场数量；

1-2.根据交直流电网数据，计算得到评估区域的电网风电送出极限参数组；其中，电网风电送出极限参数组包括：风电汇集站变压器容量极限、风电送出通道的热稳定极限及暂态稳定极限、发生风电场脱网及风电场出力波动后的电网风电送出极限。

其中，1-2包括：

a.计算风电汇集站变压器容量极限P_WT：

式(1)中，P_e,i为风电汇集站中变压器i的额定容量，N_T为汇集站变压器数量；

b.根据风电送出通道的导线型号，分别确定T_常与T_高时导线的热稳定电流值和热稳定功率值；其中，20°≤T_常≤30°且30°＜T_高≤50°；

根据热稳定功率值，分别计算T_常与T_高温度下的风电送出通道的热稳定极限P_WH；

c.根据潮流计算和暂态稳定计算得到暂态稳定极限P_WS；

d.根据风电机组机端电压允许最大偏移值、风电汇集站变压器母线电压允许最大偏移值及风电汇集站的风场数量，计算得到发生风电场脱网的电网风电送出极限P_WO；

e.设定风功率波动场景并比较不同场景下的电网风电送出极限，得到风功率波动时评估区域的电网风电送出极限P_WV。

其中，步骤d包括：

d-1.计算评估区域中的风电场i脱网引起的其他风电场得机组机端电压最大偏移值ΔU_GV,i及风电汇集站变压器的母线电压最大偏移值ΔU_TV,i；

d-2.判断ΔU_GV,i与ΔU_TV,i是否越限：

式(2)中，为风电机组机端电压允许最大偏移值，为500kV汇集站变压器母线电压允许最大偏移值；

若式(2)不成立；则调整风场脱网机组出力至式(2)成立；进入d-3；

若式(2)成立；则直接进入d-3；

d-3.统计所有接入风电汇集站的风电场送出容量P_i，并计算风电场i脱网时的评 估区域的电网风电送出极限P_WO,i：

式(3)中，N_W为接入风电汇集站的风场数量；

d-4.对所有接入该风电汇集站的风电场都重复执行步骤d-1至d-3,并比较所有风电场脱网时的送出极限，得到风电场脱网时评估区域的电网风电送出极限P_WO：

其中，步骤e包括：

e-1.设定两个风电功率波动场景，包括：

场景一：模拟风电出力较大时，风功率波动对电网电压的影响；

场景二：模拟风电出力较小时，风功率波动对电网电压的影响；

e-2.在场景一下，计算由风电场i功率波动引起的其他风场机组机端电压最大偏移值ΔU_GV1,i和主变压器的母线电压最大偏移值ΔU_TV1,i，判断ΔU_GV1,i与ΔU_TV1,i是否越限；

若式(5)不成立，则调整风电出力至式(5)成立；进入e-3；

若式(5)成立，则直接进入e-3；

e-3.计算电压安全边界下风功率最大偏移量，统计各风场出力，并计算此时的风电送出容量P_WV1,i：

e-4.对所有接入该风电汇集站变电站的风电场均执行步骤e-2至e-3，得到场景一下的电网风电送出极限P_WV1：

e-5.在场景二下，计算由风电场i功率波动引起的其他风场机组机端电压最大偏移值ΔU_GV2,i和主变压器的母线电压最大偏移值ΔU_TV2,i，判断ΔU_GV2,i与ΔU_TV2,i是否越限；

若式(8)不成立，则调整风电出力至式(5)成立；进入e-6；

若式(8)成立，则直接进入e-6；

e-6.计算电压安全边界下风功率最大偏移量，统计各风场出力，并计算此时的风电送出容量P_WV2,i：

e-7.对所有接入该风电汇集站变电站的风电场均执行步骤e-5至e-6，得到场景二下的电网风电送出极限P_WV2：

e-8.对场景一和场景二进行比较，得到风功率波动时地区电网风电送出极限P_WV：

P_WV＝min(P_WV1,P_WV2) (11)。

其中，步骤2包括：

根据风电汇集站变压器容量极限P_WT、风电送出通道的热稳定极限P_WH及暂态稳定极 限P_WS、发生风电场脱网及风电场出力波动后的电网风电送出极限P_WO及P_WV；建立电网风电送出能力评估模型P_W：

P_W＝min(P_WT，P_WH,P_WS,P_WO,P_WV) (12)

其中，步骤3包括：

求解电网风电送出能力评估模型P_W，P_W的结果值即为评估区域的电网风电送出能力。

如图3和4所示，本发明提供一种计及风电场脱网约束的电网风电送出能力评估方法的具体应用例，包括如下步骤：

(1)收集交直流电网数据，建立评估模型；

(2)计算地区电网风电汇集站变压器容量极限P_WT；

(3)计算地区电网风电送出通道的热稳定极限P_WH；

(4)计算地区电网风电送出通道的暂态稳定极限P_WS；

(5)评估大规模风电场脱网后都电压偏差影响，并计算该情况下的地区电网风电送出极限P_WO；

(6)评估风电场出力波动时的电压偏移影响，并计算该情况下的地区电网风电送出极限P_WV；

(7)通过以上计算，对各类风电送出极限进行综合评估，从而最终确定地区电网风电送出极限P_W。

步骤(1)中的交流电网数据包括交流输电线路参数和变压器参数；直流输电系统数据包括直流输电系统控制器参数。

步骤(2)中的风电汇集站的变压器极限由下式确定：

步骤(3)中的热稳定极限根据以下方法确定：

(1)确定风电送出通道的导线型号，确定温度为25°时导线的热稳定电流和热稳定功率；根据输电线路的热稳定功率，计算该风电送出通道的热稳定极限

(2)同上，计算温度为40°时的风电送出通道的热稳定极限

本发明提供的又一优选的一种计及风电场脱网约束的地区电网风电送出能力评估方法，步骤(4)中的暂态稳定极限P_WS通过潮流计算和暂态稳定计算获得。

步骤(5)的大规模风电场脱网造成的电压偏差影响评估由以下方法确定：

(1)计算风电场i脱网引起的其他风电场机组机端电压最大偏移值ΔU_GV,i和500kV风电汇集站变压器的母线电压最大偏移值ΔU_TV,i，判断电压是否越限(见式(17))；若发生电压越限则调整该风场脱网机组出力至不越限，统计此时所有接入该500kV汇集站的风电场送出容量P_i，并计算风电场i脱网时地区电网风电送出极限P_WO,i(见式(18))。

其中，为风电机组机端电压允许最大偏移值，为500kV汇集站变压器母线电压允许最大偏移值，N_W为接入500kV风电汇集站的风场数量。

(2)对所有接入该500kV汇集站的风电场都执行(1),并对所有风电场脱网时的送出极限都进行比较，最后得到风电场脱网时地区电网风电送出极限P_WO，即：

步骤(6)中的风功率波动影响由以下方法确定:

(1)设计两个风功率波动场景，场景一：模拟风电出力较大时，风功率波动对电网电压的影响；场景二：模拟风电出力较小时，风功率波动对电网电压的影响。

(2)在场景一下，计算由风电场i功率波动引起的其他风场机组机端电压最大偏移值ΔU_GV1,i和500kV上送主变压器的母线电压最大偏移值ΔU_TV1,i，判断电压是否越限(见式(20))；若越限则计算电压安全边界下风功率最大偏移量，统计各风场出力，并计算此时的风电送出容量P_WV1,i(见式(21))。对所有接入该500kV汇集站变电站的风电场都执行以上步骤，比较分析最后得到风功率波动场景一下地区电网风电送出极限P_WV1(见式(22))。

(3)在场景二下，计算由风电场i功率波动引起的其他风场机组机端电压最大偏移值ΔU_GV2,i和500kV上送主变压器的母线电压最大偏移值ΔU_TV2,i，判断电压是否越限(见式(23))；若越限则计算电压安全边界下风功率最大偏移量，统计各风场出力，并计算此时的风电送出容量P_WV2,i(见式(24))；对所有接入该500kV汇集站变电站的风电场都执行以上步骤，比较分析最后得到风功率波动场景二下地区电网风电送出极限P_WV2(见式(25))。

(4)对场景一和场景二进行比较(见式(26))，最后得到风功率波动时地区电网风电送出极限。

P_WV＝min(P_WV1,P_WV2) (26)

步骤(7)中的地区电网风电送出能力通过综合比较热稳极限、暂稳极限和电压偏移水平等获得，即

P_W＝min(P_WH,P_WS,P_WO,P_WV) (27)。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。