一种高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法与流程

本发明涉及电压评估，具体为一种高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法。

背景技术：

1、近年来随着受电端电力消耗的稳步增长，大容量电源位于远离负荷中心的地方。为了保证重载情况下的稳定电力供应，远距离高压直流输电系统得到广泛应用。

2、由于新能源场站广泛馈入到受电端，暂态电压稳定性是主要问题。因此，有必要建立暂态电压稳定性的定量评价指标，以研究各种子系统相互作用下电压的变化程度。目前，国内外研究者已经提出了短路比、电机临界失稳转差、暂态压降接受度等一系列电压稳定性评估指标，以便快速准确地评估电压稳定裕度。但是上述暂态电压评价指标虽然反映了故障后电压的动态变化过程，但无法量化无功对暂态电压的影响程度。

3、因此，提供了一种高压直流和新能源接入下电网电压稳定性的定量评价方法。该方法基于新能源场站、直流系统和电机的负载功率特性方程，给出了每个设备的电压-无功功率关系以及改进的雅可比矩阵，并将改进的雅可比矩阵作为暂态电压灵敏度指标。该方法能准确评估配电网中各子系统之间的电压-无功的相互影响，且能准确判断各节点电压和无功之间的灵敏度，为配电网中的无功分布提供依据。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：如何提供一种高压直流和新能源接入下电网电压稳定性的定量评价方法，以解决高压直流和新能源接入下受电端电网电压异常状况时，直流输电系统、新能源并网以及感应电机负荷之间的交互影响以及各节点电压与无功功率的关系，寻找受电端配电网的电压薄弱点为无功补偿装置的配置提供依据。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法，包括：建立高压直流和新能源接入配电网系统的电压-无功功率模型；所述电压-无功功率模型包括lcc-hvdc并网点电压-无功功率模型、新能源场站并网点电压-无功功率模型、感应电机负载电压-无功功率模型，以及恒阻抗负载电压-无功功率模型；基于所述电压-无功功率模型，得到多节点潮流，并利用改进的雅可比矩阵求解各节点电压-无功功率的灵敏度；根据灵敏度排序识别薄弱节点，制定无功补偿策略，并通过比较补偿前后雅可比矩阵的奇异值来评估补偿效果。

4、作为本发明所述的高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法的一种优选方案，其中：所述lcc-hvdc并网点电压-无功功率模型是根据受电端注入配电网的有功功率和无功功率与电压的关系得到：

5、

6、其中，ωn是系统角频率，pl为lcc-hvdc有功功率；ql为变流器消耗的无功功率，ul为lcc-hvdc点耦合电压，qc为无功补偿装置的无功功率；pldc是直流侧的有功功率，qldc是直流侧的无功功率，c分别是无功补偿装置的电容值。

7、所述新能源场站并网点电压-无功功率模型是根据当接收端发生故障时，新能源站的有功功率和无功功率不受交流电压变化的影响得到，具体公式为：

8、

9、其中，pw是新能源场站输送的有功功率；qw为新能源场站传输的无功功率；pwdc是新能源场站直流输送的有功功率；qwdc为新能源场站直流侧传输的无功功率。

10、作为本发明所述的高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法的一种优选方案，其中：所述感应电机负载电压-无功功率模型是根据感应电动机等效电路研究负载电压与无功功率的关系，具体过程为：

11、获取感应电机无功功率qm、端口电压us和漏抗总和x：

12、

13、其中，us为端口电压，xp为电抗组合值，x为漏抗总和，pm为感应电机有功功率，qm为感应电机无功功率；xm为励磁电抗，x1为定子漏抗，x2为转子漏抗，xc为机端并联电容的电抗，r2为转子电阻，s为转差，忽略定子电阻。

14、根据感应电机无功功率qm、端口电压us和漏抗总和x，得到无功功率与电压的直接的关系：

15、

16、所述恒阻抗负载电压-无功功率模型是根据恒阻抗负载的功率与电压的平方成正比的关系，采用二次多项式来模拟电压-无功功率特性：

17、

18、其中，pl、ql分别为负载注入节点的有功功率和无功功率，pl0、ql0分别为负载注入节点的初始有功功率和无功功率，az为恒阻抗负载占比，ul为实际母线电压值；ul0为母线电压的初始值。

19、作为本发明所述的高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法的一种优选方案，其中：基于所述电压-无功功率模型，得到多节点潮流包括将所述电压-无功功率模型包括lcc-hvdc并网点电压-无功功率模型、新能源场站并网点电压-无功功率模型、感应电机负载电压-无功功率模型带到节点的非线性方程中，得出高压直流和风机接入下配电网各节点电压和无功功率的关系：

20、

21、其中，ui为节点i的电压幅值，gi,j为节点导纳矩阵第i行第j列元素的实部；bi,j为节点导纳矩阵第i行第j列元素的虚部，θi,j为节点i和j之间的相位差。

22、作为本发明所述的高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法的一种优选方案，其中：利用改进的雅可比矩阵求解各节点电压-无功功率的灵敏度包括采用牛顿拉夫逊法求解潮流计算模型的改进雅可比矩阵，在对雅可比矩阵求逆，得到各节点电压与无功功率之间的灵敏度关系：

23、

24、其中，δθi为电压相位变化、δui为电压幅值变化；δpj为节点j的有功功率变化值；pj为节点j有功功率；qj为节点j无功功率；δqj为节点j无功功率变化值；

25、计算电压相位变化δθi与无功功率变化的关系δθij、电压幅值变化δui与无功功率变化δuij的关系：

26、

27、作为本发明所述的高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法的一种优选方案，其中：对各节点灵敏度进行排序，识别出系统中的薄弱节点；利用电压-无功功率的灵敏度计算公式，得出电压偏移量与无功补偿量的关系选择无功补偿装置进行无功补偿。

28、作为本发明所述的高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法的一种优选方案，其中：在无功补偿实施后，对系统的运行状态进行评估，通过比较补偿前后雅可比矩阵的奇异值来评估补偿效果：

29、

30、其中，η表示奇异值偏离程度，若η为正数，数值越大代表系统越稳定，若η为负数，数值越大代表越不稳定；y0表示高比例新能源直流多馈入系统发生故障时没有无功补偿的雅可比矩阵奇异值，y1表示高比例新能源直流多馈入系统发生相同故障时有无功补偿的雅可比矩阵奇异值。

31、为进一步解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估系统，包括：模型建立模块，用于建立高压直流和新能源接入配电网系统的电压-无功功率模型；灵敏度计算模块，用于基于电压-无功功率模型得到多节点潮流，并利用改进的雅可比矩阵求解各节点电压-无功功率的灵敏度；稳定性评估模块，用于根据灵敏度排序识别薄弱节点，制定无功补偿策略，并通过比较补偿前后雅可比矩阵的奇异值来评估补偿效果。

32、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法的步骤。

33、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述高压直流和新能源接入下电网电压稳定性评估方法的步骤。

34、本发明的有益效果：本发明基于新能源场站、直流系统和电机的负载功率特性方程，给出了每个设备的电压-无功功率关系以及改进的雅可比矩阵，并将改进的雅可比矩阵作为暂态电压灵敏度指标。本发明能准确评估配电网中各子系统之间的电压-无功的相互影响，且能准确判断各节点电压和无功之间的灵敏度，为配电网中的无功分布提供依据。