本發(fā)明涉及一種適用于高比例新能源電力系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)的計(jì)算方法，適用于高比例新能源并網(wǎng)的電力系統(tǒng)，該指標(biāo)可評(píng)估高比例新能源電力系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)下系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性以及系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度，此外，該指標(biāo)能夠反映系統(tǒng)電壓失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源的快速發(fā)展，新能源裝機(jī)容量也在不斷增加，高比例新能源發(fā)電場(chǎng)站并網(wǎng)后，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)由同步發(fā)電機(jī)主導(dǎo)的運(yùn)行特性和動(dòng)態(tài)行為發(fā)生了改變，從而影響系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。此外，由于新能源發(fā)電場(chǎng)站往往處在電網(wǎng)末端，與電網(wǎng)呈弱連接狀態(tài)，電壓支撐能力較差。新能源發(fā)電場(chǎng)站與電網(wǎng)的交互耦合作用加劇，使其對(duì)電網(wǎng)擾動(dòng)和負(fù)荷波動(dòng)的承受能力降低，暫態(tài)電壓失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)加劇，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。因此，評(píng)估高比例新能源電力系統(tǒng)在故障期間的電壓穩(wěn)定裕度和失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)是目前風(fēng)電發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者展開(kāi)的相關(guān)研究主要針對(duì)新能源電力系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性判別，如已公開(kāi)的下列文獻(xiàn)：

2、[1]薛安成,周健,劉瑞煌.采用多二元表判據(jù)的實(shí)用暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)研究[j].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2018,38(14):4117-4125。

3、[2]wei?zhang,zhaolin?liu,yulin?zhao.an?online?method?to?identify?thevoltage?stability?of?power?systems?during?transients[c].//2017ieeeinternational?conference?on?energy?internet(icei).2017:119-124。

4、文獻(xiàn)[1]基于現(xiàn)有的實(shí)用暫態(tài)電壓穩(wěn)定判據(jù)及其衍生的暫態(tài)電壓跌落可接受性指標(biāo)，提出單二元表判據(jù)，進(jìn)一步考慮電壓不同跌落程度的權(quán)重，提出多二元表判據(jù)。結(jié)合暫態(tài)電壓穩(wěn)定的要求得到了暫態(tài)電壓的穩(wěn)定裕度指標(biāo)。文獻(xiàn)[2]基于節(jié)點(diǎn)等效法將電力系統(tǒng)等效成經(jīng)典的兩機(jī)系統(tǒng)，并結(jié)合pv曲線的原理推導(dǎo)了兩機(jī)系統(tǒng)的最大功率傳輸極限，通過(guò)比較最大功率傳輸極限與負(fù)荷的功率的大小作為暫態(tài)電壓穩(wěn)定的判據(jù)，并以負(fù)荷功率與極限傳輸功率的差值作為暫態(tài)電壓的穩(wěn)定裕度指標(biāo)。上述文獻(xiàn)主要從負(fù)荷的角度考慮暫態(tài)期間負(fù)荷特性對(duì)系統(tǒng)電壓的影響，但都沒(méi)有涉及到新能源和同步機(jī)節(jié)點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響，從而忽略了電源側(cè)的影響因素。實(shí)際上，在電網(wǎng)故障期間，新能源場(chǎng)站的輸出方式以及同步機(jī)的功角特性也會(huì)在故障期間通過(guò)交流線路的耦合作用影響到系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定。此外，電力系統(tǒng)暫態(tài)期間電源失穩(wěn)也會(huì)惡化系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提出一種適用于高比例新能源電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)的計(jì)算方法，該指標(biāo)綜合考慮了系統(tǒng)中負(fù)荷節(jié)點(diǎn)、新能源節(jié)點(diǎn)以及同步機(jī)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性，通過(guò)該指標(biāo)能夠直觀地判斷系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定與否。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種適用于高比例新能源電力系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)的計(jì)算方法，具體步驟如下：

4、a1)將高比例新能源電力系統(tǒng)中的不同類型的電源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行諾頓等值；按照下式分別計(jì)算同步機(jī)節(jié)點(diǎn)、全功率換流器型新能源節(jié)點(diǎn)和雙饋機(jī)組節(jié)點(diǎn)諾頓等值：

5、同步機(jī)節(jié)點(diǎn)諾頓等值計(jì)算式：

6、

7、式中ysg、isg分別為同步機(jī)的諾頓等值導(dǎo)納和電流；ra、ed、eq、xd、xq分別為同步機(jī)定子電阻、d軸和q軸的電勢(shì)和電抗；

8、全功率換流器型新能源節(jié)點(diǎn)諾頓等值計(jì)算式：

9、

10、式中yvsc、ivsc分別為全功率換流器型新能源節(jié)點(diǎn)諾頓等效導(dǎo)納和電流；egd、egq、rf、lf、ω1分別表示網(wǎng)側(cè)變流器端電壓dq軸分量、網(wǎng)側(cè)進(jìn)線濾波電阻和電抗、同步角速度；

11、雙饋機(jī)組節(jié)點(diǎn)諾頓等值計(jì)算式:

12、

13、式中ydfig、idfig分別為雙饋機(jī)組節(jié)點(diǎn)諾頓等效導(dǎo)納和電流；rs、ls分別為定子繞組電阻、定子繞組自感；esd、esq分別為定子電勢(shì)dq軸分量；

14、a2)將高比例新能源電力系統(tǒng)中的不同類型的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行等值；按照下式分別計(jì)算恒阻抗負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等值、恒功率負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等值、恒電流負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等值以及感應(yīng)電機(jī)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等值：

15、恒阻抗負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等值計(jì)算式：

16、

17、式中yil、pil0、qil0、uil0分別為恒阻抗負(fù)荷等值導(dǎo)納、始狀態(tài)下的恒阻抗負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功、無(wú)功以及節(jié)點(diǎn)電壓；

18、恒功率負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等值計(jì)算式：

19、

20、式中ypl、upl、ppl0、qpl0分別為恒功率負(fù)荷等值導(dǎo)納、負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓、始狀態(tài)下的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功功率、無(wú)功功率；

21、恒電流負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等值計(jì)算式：

22、ycl＝0

23、式中ycl為恒電流負(fù)荷等值導(dǎo)納；

24、感應(yīng)電機(jī)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)等值計(jì)算式：

25、

26、式中ygl、ugl、pgl、qgl分別為感應(yīng)電機(jī)負(fù)荷等值導(dǎo)納、節(jié)點(diǎn)電壓、有功功率、無(wú)功功率；

27、a3)對(duì)系統(tǒng)中電源節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)利用步驟a1)和a2)計(jì)算所得對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣進(jìn)行修正，并對(duì)系統(tǒng)各負(fù)荷節(jié)點(diǎn)進(jìn)行戴維南等值，具體為：將電源節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的等值導(dǎo)納矩陣帶入到系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中并更新節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，再基于時(shí)域仿真的戴維南等值參數(shù)計(jì)算方法求解等值系統(tǒng)參數(shù)et,ithev、zt,ithev；計(jì)算表達(dá)式如下：

28、

29、

30、式中et,ithev、zt,ithev分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i處戴維南等效電壓和阻抗；zil、zii分別為節(jié)點(diǎn)負(fù)荷阻抗和節(jié)點(diǎn)自阻抗；ut,i為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)母線電壓；

31、a4)基于步驟a3)得到的各節(jié)點(diǎn)戴維南等值系統(tǒng)，依據(jù)pv曲線原理獲得等值系統(tǒng)臨界電壓，其計(jì)算表達(dá)式：

32、

33、式中：uicr、rithev和xithev分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i的臨界電壓、戴維南等值電阻和電抗；ei.thev為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i的戴維南等效電壓；pilmax、qil分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)i的有功功率最大值和無(wú)功功率；

34、a5)定義負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)μ，同步機(jī)節(jié)點(diǎn)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)a，新能源節(jié)點(diǎn)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)s；其表達(dá)式如下：

35、

36、

37、

38、式中ui為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓；△δmax為仿真期間各發(fā)電機(jī)功角與平衡節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)功角差的最大值，uw為風(fēng)電節(jié)點(diǎn)電壓；

39、a6)將a4)和a5)的暫態(tài)電壓失穩(wěn)指標(biāo)結(jié)合考慮，用f表示整體電力系統(tǒng)的電壓暫態(tài)裕度穩(wěn)定指標(biāo)，其定義式如下：

40、

41、μmin、smin分別為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)和新能源節(jié)點(diǎn)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)最小值；在仿真過(guò)程中實(shí)時(shí)計(jì)算f的值，若f>0表明系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定，且f值越大表示系統(tǒng)暫態(tài)電壓越穩(wěn)定；f<0表明系統(tǒng)暫態(tài)電壓失穩(wěn)；若f＝0表明系統(tǒng)暫態(tài)電壓臨界穩(wěn)定。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

43、本發(fā)明提出的暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度指標(biāo)考慮了電源側(cè)、負(fù)荷側(cè)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性，反映了電力系統(tǒng)整體的暫態(tài)電壓穩(wěn)定裕度，通過(guò)該指標(biāo)能夠直觀地判斷系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定與否。能夠較為全面適用于電力系統(tǒng)的暫態(tài)電壓失穩(wěn)類型判定。

44、此外，該穩(wěn)定裕度指標(biāo)具有實(shí)時(shí)性且能夠反映系統(tǒng)暫態(tài)電壓失穩(wěn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。