实时确定新能源电力系统电压支撑强度的方法及装置与流程

本发明涉及电力系统安全分析领域,并且更具体地，涉及一种实时确定新能源电力系统电压支撑强度的方法及装置。

背景技术：

1、随着风力，光伏等新能源场站并入传统电力网络，逐步形成了新能源电力系统。由于风电与光电资源的地域、季节不均衡性，导致新能源电力系统中的风电和光电的消纳、储能、输送环节，越来越成为制约其发展并发挥潜力的障碍。若系统不能提供足够的电压支撑，则无法实现新能源安全、可靠的大规模电能输送，需要针对新能源关键点处的电压支撑强度进行实时监测，关注系统为其提供的电压支撑强度，保障新能源的输送规模在安全范围内。

2、新能源出力具有随机性、波动性的特性，导致电力系统的运行方式复杂多变，进一步增加了系统电压支撑强度实时监测的难度。当前，通过计算新能源机端母线或新能源场站母线的短路比来分析系统的电压支撑强度，短路比通过离线数据进行计算获得，尚不能基于本地的实时量测信息进行实时监测，短路比的实时量测在时间上具有极大的滞后性。在新能源出力水平改变或系统发生扰动后，运行人员无法及时获得当前系统的短路比，无法分析系统的电压支撑强度，难以及时为控制策略的优化调整提供参考。

技术实现思路

1、为了解决新能源电力系统短路比的缺乏实时监测，从而发生系统新能源出力过大导致系统电压支撑能力过低的问题，本发明提出一种实时确定新能源电力系统电压支撑强度的方法及装置。

2、根据本发明的一方面，本发明提供一种实时确定新能源电力系统电压支撑强度的方法，所述方法包括：

3、采集新能源电力系统监测点的母线实时运行电压和汇集线电流，其中，所述新能源电力系统包括至少一个新能源场站，每个新能源场站包括至少一个新能源机组，所述监测点为新能源场站母线或者新能源机组的机端母线；

4、根据所述母线实时运行电压和汇集线电流计算所述监测点的系统戴维南等值电势；

5、根据所述监测点的标称电压，所述系统戴维南等值电势和所述母线实时运行电压计算所述监测点的短路比和临界短路比；

6、根据所述监测点的短路比和临界短路比计算所述监测点的短路比安全裕度；

7、根据所述监测点的短路比安全裕度和设置的电压支撑强弱划分阈值确定所述新能源电力系统电压支撑强度的强弱划分结果。

8、可选地，所述根据所述母线实时运行电压和汇集线电流计算所述监测点的系统戴维南等值电势，其中，所述系统戴维南等值电势的计算公式为：

9、

10、式中， 和 分别是所述监测点在t时刻和t-1时刻的母线运行电压， it和it-1分别是所述监测点在t时刻和t-1时刻的汇集线电流，ėt是所述监测点在t时刻的系统戴维南等值电势。

11、可选地，所述根据所述监测点的标称电压，所述系统戴维南等值电势和所述母线实时运行电压计算所述监测点的短路比和临界短路比，其中，所述监测点的短路比和临界短路比的计算公式为：

12、

13、

14、式中，scr-ut和cscr-ut分别是所述监测点在t时刻的短路比和临界短路比；ėt和et分别是所述监测点在t时刻的系统戴维南等值电势和所述系统戴维南等值电势的模值；和ut分别是所述监测点在t时刻的母线运行电压和所述母线运行电压的模值；un是所述监测点的标称电压，其中，当所述监测点为新能源场站母线时，un的取值为新能源场站对应电压等级的额定电压，当所述监测点为新能源场站中的新能源机组的机端母线时，un的取值为所述新能源机组的额定电压。

15、可选地，所述根据所述监测点的短路比和临界短路比计算所述监测点的短路比安全裕度，其中，所述监测点的短路比安全裕度的计算公式为：

16、

17、式中，mgt是所述监测点的短路比安全裕度，为百分比制，无量纲；scr-ut和cscr-ut分别是所述监测点在t时刻的短路比和临界短路比。

18、可选地，所述根据所述监测点的短路比安全裕度和设置的电压支撑强度划分判据确定所述新能源电力系统电压支撑强度的强弱划分结果，其中，所述电压支撑强度划分判据包括：

19、当mgt＜k1时，确定所述新能源电力系统为电压支撑强度弱的系统，其中，所述k1是针对所述新能源电力系统的无功补偿为k3的运行工况，以运行电压低穿电压阈值k4时计算确定的所述监测点的短路比安全裕度，0＜k1，k3，k4＜1；

20、当k1≤mgt＜k2时，确定所述新能源电力系统为电压支撑强度中等的系统，其中，所述k2针对所述新能源电力系统的无功补偿为k3的运行工况，以新能源有功出力达到所述新能源电力系统传输能力的k5时计算确定的所述监测点的短路比安全裕度， 0＜k2，k5＜1；

21、当mgt≥k2时，确定所述新能源电力系统为电压支撑强度强的系统。

22、根据本发明的另一方面，本发明提供一种实时确定新能源电力系统电压支撑强度的装置，所述装置包括：

23、数据采集模块，用于采集新能源电力系统监测点的母线实时运行电压和汇集线电流，其中，所述新能源电力系统包括至少一个新能源场站，每个新能源场站包括至少一个新能源机组，所述监测点为新能源场站母线或者新能源机组的机端母线；

24、第一计算模块，用于根据所述母线实时运行电压和汇集线电流计算所述监测点的系统戴维南等值电势；

25、第二计算模块，用于根据所述监测点的标称电压，所述系统戴维南等值电势和所述母线实时运行电压计算所述监测点的短路比和临界短路比；

26、第三计算模块，用于根据所述监测点的短路比和临界短路比计算所述监测点的短路比安全裕度；

27、结果输出模块，用于根据所述监测点的短路比安全裕度和设置的电压支撑强弱划分阈值确定所述新能源电力系统电压支撑强度的强弱划分结果。

28、可选地，所述第一计算模块根据所述母线实时运行电压和汇集线电流计算所述监测点的系统戴维南等值电势，其中，所述系统戴维南等值电势的计算公式为：

29、

30、式中， 和 分别是所述监测点在t时刻和t-1时刻的母线运行电压， it和it-1分别是所述监测点在t时刻和t-1时刻的汇集线电流，ėt是所述监测点在t时刻的系统戴维南等值电势。

31、可选地，所述第二计算模块根据所述监测点的标称电压，所述系统戴维南等值电势和所述母线实时运行电压计算所述监测点的短路比和临界短路比，其中，所述监测点的短路比和临界短路比的计算公式为：

32、

33、

34、式中，scr-ut和cscr-ut分别是所述监测点在t时刻的短路比和临界短路比；ėt和et分别是所述监测点在t时刻的系统戴维南等值电势和所述系统戴维南等值电势的模值；和ut分别是所述监测点在t时刻的母线运行电压和所述母线运行电压的模值；un是所述监测点的标称电压，其中，当所述监测点为新能源场站母线时，un的取值为新能源场站对应电压等级的额定电压，当所述监测点为新能源场站中的新能源机组的机端母线时，un的取值为所述新能源机组的额定电压。

35、可选地，所述第三计算模块根据所述监测点的短路比和临界短路比计算所述监测点的短路比安全裕度，其中，所述监测点的短路比安全裕度的计算公式为：

36、

37、式中，mgt是所述监测点的短路比安全裕度，为百分比制，无量纲；scr-ut和cscr-ut分别是所述监测点在t时刻的短路比和临界短路比。

38、可选地，所述结果输出模块根据所述监测点的短路比安全裕度和设置的电压支撑强度划分判据确定所述新能源电力系统电压支撑强度的强弱划分结果，其中，所述电压支撑强度划分判据包括：

39、当mgt＜k1时，确定所述新能源电力系统为电压支撑强度弱的系统，其中，所述k1是针对所述新能源电力系统的无功补偿为k3的运行工况，以运行电压低穿电压阈值k4时计算确定的所述监测点的短路比安全裕度，0＜k1，k3，k4＜1；

40、当k1≤mgt＜k2时，确定所述新能源电力系统为电压支撑强度中等的系统，其中，所述k2针对所述新能源电力系统的无功补偿为k3的运行工况，以新能源有功出力达到所述新能源电力系统传输能力的k5时计算确定的所述监测点的短路比安全裕度， 0＜k2，k5＜1；

41、当mgt≥k2时，确定所述新能源电力系统为电压支撑强度强的系统。

42、本发明所述实时确定新能源电力系统电压支撑强度的方法及装置采集新能源电力系统监测点的母线实时运行电压和汇集线电流，根据所述母线实时运行电压和汇集线电流计算所述监测点的系统戴维南等值电势，根据所述监测点的标称电压，所述系统戴维南等值电势和所述母线实时运行电压计算所述监测点的短路比和临界短路比，根据所述监测点的短路比和临界短路比计算所述监测点的短路比安全裕度，根据所述监测点的短路比安全裕度和设置的电压支撑强弱划分阈值确定所述新能源电力系统电压支撑强度的强弱划分结果。所述方法和系统通过电力系统量测装置实时采集的电气量对系统电压支撑强度的强弱进行评估，涉及的电气量只包括监测点的母线运行电压，汇集线电流和新能源场站额定电压，新能源机组额定电压，大大减少了短路比计算涉及的电气参数，提高了算法效率，可以实现系统电压支撑强度的实时监测。而且，还提出了相应的临界短路比的实时计算方法，为判断系统电压支撑强度的安全裕度提供了稳定判据，进一步地，提供了系统电压支撑强度安全裕度的判断阈值，为电压支撑强度的强弱划分提供了技术支撑。