维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法及系统

1.本发明涉及新能源并网技术领域，尤其涉及维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.以风电、光伏为代表的新能源快速发展，传统电力系统正在逐渐向高比例新能源电力系统转化，静态电压稳定问题逐渐显现。
4.现有方法在确定新能源无功需求时，仅是通过新能源并网系统的无功潮流方程及新能源的输出功率进行确定，并没有考虑电压相角求解过程中产生的误差对无功需求产生的影响，使得确定的无功需求误差较大。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法及系统，通过不断的对电压相角和无功需求进行计算，实现了对系统的无功需求的准确计算。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.第一方面，提出了维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法，包括：
8.获取新能源并网系统的短路比及阻抗比；
9.根据短路比和阻抗比，计算获得初始无功需求为零时的电压相角；
10.根据初始无功需求为零时的电压相角、短路比和阻抗比，确定初始无功需求的初始值；
11.确定初始无功需求为初始值时的电压相角；
12.根据初始无功需求为初始值时的电压相角，确定修正后无功需求；
13.计算修正后无功需求与初始值之差的绝对值；
14.当绝对值大于等于设定阈值时，将修正后无功需求作为初始无功需求的初始值，重新确定电压相角和修正后无功需求，直至修正后无功需求与初始值之差的绝对值小于设定阈值；
15.根据绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求，确定新能源并网系统的无功需求。
16.第二方面，提出了维持并网点电压水平的新能源无功需求确定系统，包括：
17.数据获取模块，用于获取新能源并网系统的短路比及阻抗比；
18.无功需求初始值获取模块，用于根据短路比和阻抗比，计算获得初始无功需求为零时的电压相角；根据初始无功需求为零时的电压相角、短路比和阻抗比，确定初始无功需求的初始值；
19.修正后无功需求获取模块，用于确定初始无功需求为初始值时的电压相角；根据初始无功需求为初始值时的电压相角，确定修正后无功需求；
20.无功需求修正模块，用于计算修正后无功需求与初始值之差的绝对值；当绝对值大于等于设定阈值时，将修正后无功需求作为初始无功需求的初始值，重新确定电压相角和修正后无功需求，直至修正后无功需求与初始值之差的绝对值小于设定阈值；
21.系统无功需求确定模块，用于根据绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求，确定新能源并网系统的无功需求。
22.第三方面，提出了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法所述的步骤。
23.第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法所述的步骤。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.1、本发明通过不断的对电压相角和无功需求进行计算，实现了对系统的无功需求的修正，进而获取了准确的无功需求。
26.2、本发明仅根据并网点处的短路比信息以及阻抗比信息，可以较为准确地计算新能源无功需求，进而指导新能源场站内无功补偿容量的配置，简化计算方法。
27.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
28.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
29.图1为实施例1公开方法的流程图；
30.图2为新能源单馈入系统分析模型；
31.图3为新能源多馈入系统分析模型；
32.图4为搭建的新能源单馈入系统模型；
33.图5为新能源渗透率为30％时的无功需求计算结果；
34.图6为新能源渗透率为40％时的无功需求计算结果；
35.图7为新能源渗透率为50％时的无功需求计算结果；
36.图8为搭建的新能源多馈入系统模型；
37.图9为新能源多馈入系统不同新能源渗透率时的无功需求计算结果。
具体实施方式
38.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
39.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
40.实施例1
41.在该实施例中，公开了维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法，如图1所示，包括：
42.s1：获取新能源并网系统的短路比及阻抗比。
43.新能源并网系统包括新能源单馈入系统和新能源多馈入系统，根据并网系统的类型，获取相应类型系统的短路比和阻抗比。
44.其中，新能源单馈入系统的短路比和阻抗比，及新能源多馈入系统的阻抗比为直接获得。
45.对于新能源多馈入系统，通过节点i的自阻抗、节点i与节点j的互阻抗、节点j的原注入复功率及节点i的原注入复功率计算获得节点i的等效短路比，节点i的等效短路比即为节点i的短路比，从而获得新能源多馈入系统的短路比。
46.根据戴维南定理，新能源多馈入系统可以视为交流系统与新能源系统的叠加，构建的新能源多馈入系统分析模型，如图3所示。
47.图3中为同步机组节点电压，为新能源机组节点电压，为同步机节点注入电流，为新能源节点注入电流，为新能源节点注入电流，为同步机单独作用时新能源机组节点电压，为新能源机组单独作用时新能源机组节点电压。
48.在图3中(b)的交流系统中，同步机组节点电压为：
[0049][0050]
式中，u
ac
是同步机组节点电压向量，z是系统的阻抗矩阵，i
ac
是同步机节点注入电流向量，此时，新能源节点注入电流向量是0。
[0051]
交流系统向新能源节点i提供的短路容量s
ac,i
为：
[0052][0053]
式中，e
eq,i
是新能源节点i的开路电压，un是新能源的额定电压，z
ii
是系统阻抗矩阵中节点i的自阻抗。
[0054]
在图3中(c)的新能源系统中，新能源节点电压为：
[0055][0056]
式中，δu是新能源注入功率导致的节点电压变化量向量，ie是新能源节点注入电流向量，此时，同步机节点注入电流向量是0。
[0057]
新能源节点注入功率引起节点i的节点电压变化量为：
[0058][0059]
式中，为式(3)中节点电压向量δu的第i个元素，为系统阻抗矩阵中节点i
的自阻抗，为系统阻抗矩阵中节点i与节点j的互阻抗，分别为新能源节点i、j的注入电流。
[0060]
如果将其他新能源节点注入功率对节点i电压的影响转化为节点i自身的附加功率对节点i电压的影响，那么经过变换可以得到节点i的等效并网容量为：
[0061][0062]
式中，为节点i的等效并网容量，p
eq,i
为节点i的等效有功功率，p
eq,i
＝pi+δpi，δpi为节点i的附加有功功率，pi为节点i新能源发出的有功功率，q
eq,i
为节点i的等效无功功率，q
eq,i
＝qi+δqi，qi为节点i新能源发出的无功功率，δqi为节点i的附加无功功率，为节点i的等效注入电流，为节点i的原注入复功率，为节点i的附加复功率，δpi为节点i的附加有功功率，δqi为节点i的附加无功功率。
[0063]
节点i的短路容量与等效并网容量的比值，为节点i的等效短路比，结合式(2)和式(6)，获得节点i的等效短路比scri，该等效短路比为节点i的短路比，等效短路比scri为：
[0064][0065]
本实施例计算获得新能源多馈入系统节点i的短路比的过程为：
[0066]
从系统阻抗矩阵中获取节点i的自阻抗节点i与节点j的互阻抗及节点j的原注入复功率
[0067]
根据节点i的自阻抗节点i与节点j的互阻抗及节点j的原注入复功率通过公式(5)中的计算获得节点i的附加有功功率δpi及节点i的附加无功功率δqi。
[0068]
根据计算获得节点i的附加有功功率δpi、节点i的附加无功功率δqi，利用公式(5)中的计算获得节点i的附加复功率
[0069]
根据计算获得节点i的附加复功率及节点i的原注入复功率利用公式(5)计算获得节点i的等效并网容量
[0070]
根据计算获得的等效并网容量利用公式(6)，计算获得节点i的等效短路比，即为节点i的短路比。
[0071]
s2：根据短路比和阻抗比，计算获得初始无功需求为零时的电压相角；根据初始无功需求为零时的电压相角、短路比和阻抗比，确定初始无功需求的初始值。
[0072]
在具体实施时，根据短路比、阻抗比和电压相角计算模型，确定电压相角；
[0073]
根据电压相角、短路比、阻抗比和初始无功需求计算模型，确定初始无功需求。
[0074]
新能源并网系统包括新能源单馈入系统和新能源多馈入系统，根据戴维南定理，构建新能源单馈入系统，如图2所示。
[0075]
图2中，e为等效电源的端电压幅值，u为新能源接入点的电压幅值，θ为新能源接入点的电压相角，z为线路阻抗，r为线路电阻，x为线路电抗，i为线路传输电流，s为新能源发出的复功率，p为新能源发出的有功功率，q为新能源发出的无功功率。模型中忽略了线路导纳的影响。
[0076]
对于新能源并网系统，无论为单馈入系统，还是多馈入系统，其并网点处的无功潮流方程、系统的压降公式、阻抗比公式均相同。
[0077]
并网点处的无功潮流方程为：
[0078][0079]
系统的压降公式为：
[0080][0081]
系统的阻抗比公式为：
[0082]
α＝x/r (9)
[0083]
其中，α为阻抗比。
[0084]
但是单馈入系统和多馈入系统的短路比方程不同。
[0085]
新能源单馈入系统的短路比方程为：
[0086][0087]
式中，e为新能源节点的开路电压，un为新能源的额定电压，z为线路阻抗，在实际系统中，为系统阻抗矩阵中pcc点的自阻抗。
[0088]
将式(10)、(9)代入式(7)、(8)中，取电压基值ub＝un，功率基值sb＝s＝p，对式(7)、(8)进行标幺化，近似取e＝1，并令u＝e，可以得到：
[0089][0090][0091]
其中，q为单馈入系统的初始无功需求。
[0092]
其中，式(11)为单馈入系统的初始无功需求计算模型，式(12)为单馈入系统的电压相角计算模型。
[0093]
对于单馈入系统，将s1获取单馈入系统的短路比和阻抗比，代入式(12)中，计算获得初始无功需求为零时的电压相角。
[0094]
将初始无功需求为零时的电压相角、短路比和阻抗比，代入式(11)中，计算获得初始无功需求的初始值，记为q1。
[0095]
对于新能源多馈入系统，新能源多馈入系统的短路比方程为公式(6)，将式(6)、
(9)代入式(7)、(8)，取电压基值ub＝un，功率基值sb＝s
eq,i
，对式(7)、(8)进行标幺化，近似取e
eq,i
＝1，并令ui＝e
eq,i
，可以得到：
[0096][0097][0098]
其中，式(13)为多馈入系统的初始无功需求计算模型，式(14)为多馈入系统的电压相角计算模型。q
eq
为多馈入系统的初始无功需求，p
eq
为多馈入系统的等效有功功率，为新能源发出的有功功率与附加有功功率之和，式(13)(14)中省略了下标i。
[0099]
将s1获取多馈入系统的短路比和阻抗比，代入式(14)中，计算获得初始无功需求为零时的电压相角。
[0100]
将初始无功需求为零时的电压相角、短路比和阻抗比，代入式(13)中，计算获得初始无功需求的初始值，记为q
eq1
。
[0101]
s3：确定初始无功需求为初始值时的电压相角；根据初始无功需求为初始值时的电压相角，确定修正后无功需求。
[0102]
对于单馈入系统，将初始无功需求初始值、短路比和阻抗比，代入式(12)中，计算获得初始无功需求为初始值时的电压相角。
[0103]
将初始无功需求为初始值时的电压相角、短路比和阻抗比，代入式(11)中，计算获得的初始无功需求，为修正后无功需求，记为q2。
[0104]
对于多馈入系统，将初始无功需求初始值、短路比和阻抗比，代入式(14)中，计算获得初始无功需求为初始值时的电压相角。
[0105]
将初始无功需求为初始值时的电压相角、短路比和阻抗比，代入式(13)中，计算获得的初始无功需求，为修正后无功需求，记为q
eq2
。
[0106]
s4：计算修正后无功需求与初始值之差的绝对值；当绝对值大于等于设定阈值时，将修正后无功需求作为无功需求的初始值，重新确定电压相角和修正后无功需求，直至修正后无功需求与初始值之差的绝对值小于设定阈值。
[0107]
对于单馈入系统，计算abs(q
2-q1)，若abs(q
2-q1)《设定阈值δ，则修正结束，否则，令q1＝q2，返回s3。
[0108]
对于多馈入系统，计算abs(q
eq2-q
eq1
)，若abs(q
eq2-q
eq1
)《设定阈值δ，则修正结束，否则，令q
eq1
＝q
eq2
，返回s3。
[0109]
s5：根据绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求，确定新能源并网系统的无功需求。
[0110]
对于新能源单馈入系统，绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求，为新能源并网系统的无功需求。
[0111]
对于新能源多馈入系统，将绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求减去新能源的附加无功功率δq，为新能源并网系统的无功需求。
[0112]
其中，根据节点i的自阻抗、节点i与节点j的互阻抗，及节点j的原注入复功率，计算获得节点i的附加无功功率，进而获得新能源的附加无功功率。
[0113]
分别搭建如图4、图8所示的三机九节点的单馈入系统模型和三机九节点的多馈入
系统模型，并分别在不同位置接入不同渗透率的新能源，计算新能源接入前后维持接入点电压不变所需的无功功率支撑能力。对本实施例公开方法进行验证。
[0114]
对于单馈入系统，新能源线路line1的参数如表1，其他线路参数为ieee 9-bus模型标准参数。
[0115]
表1line1参数
[0116]
电阻r/p.u.电抗x/p.u.0.01510.3987
[0117]
将仿真结果与所提出的简化计算结果进行对比，结果如图5-图7所示。具体计算结果如表2所示：
[0118]
表2单馈入系统具体计算结果
[0119][0120]
根据对比结果，本公开提出的维持新能源并网点电压水平的新能源无功支撑需求简化计算方法算出的无功功率需求与仿真结果相比误差最大均在5％以内，计算精度满足工程上的要求，且具有计算速度快、信息需求量少的优点，一定程度上简化了新能源接入电网的无功支撑需求分析计算，可以一定程度上指导新能源场站内无功补偿容量的配置。
[0121]
对于多馈入系统，在节点8接入3个新能源场站，计算新能源接入前后维持场站1接入点电压不变所需的无功功率支撑能力。新能源线路参数如表3，其他线路参数为ieee 9-bus模型标准参数。
[0122]
表3线路参数
[0123] 电阻r/p.u.电抗x/p.u.line10.03020.7387line20.03780.9087line30.03780.9087
[0124]
将仿真结果与所提出的简化计算结果进行对比，结果如图9所示。
[0125]
根据对比结果，本公开提出的维持新能源并网点电压水平的新能源无功支撑需求简化计算方法算出的无功功率需求与仿真结果相比误差最大均在4％以内，计算精度满足工程上的要求，且具有计算速度快、信息需求量少的优点，一定程度上简化了新能源接入电网的无功支撑需求分析计算，可以一定程度上指导新能源场站内无功补偿容量的配置。
[0126]
故本实施例公开方法，通过不断的对电压相角和无功需求进行计算，实现了对系统的无功需求的准确计算，且仅根据并网点处的短路比信息以及阻抗比信息，可以较为准确地计算新能源无功需求，进而指导新能源场站内无功补偿容量的配置，简化计算方法。
[0127]
实施例2
[0128]
在该实施例中，公开了维持并网点电压水平的新能源无功需求确定系统，包括：
[0129]
数据获取模块，用于获取新能源并网系统的短路比及阻抗比；
[0130]
无功需求初始值获取模块，用于根据短路比和阻抗比，计算获得初始无功需求为零时的电压相角；根据初始无功需求为零时的电压相角、短路比和阻抗比，确定初始无功需求的初始值；
[0131]
修正后无功需求获取模块，用于确定初始无功需求为初始值时的电压相角；根据初始无功需求为初始值时的电压相角，确定修正后无功需求；
[0132]
无功需求修正模块，用于计算修正后无功需求与初始值之差的绝对值；当绝对值大于等于设定阈值时，将修正后无功需求作为初始无功需求的初始值，重新确定电压相角和修正后无功需求，直至修正后无功需求与初始值之差的绝对值小于设定阈值；
[0133]
系统无功需求确定模块，用于根据绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求，确定新能源并网系统的无功需求。
[0134]
实施例3
[0135]
在该实施例中，公开了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1公开的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法所述的步骤。
[0136]
实施例4
[0137]
在该实施例中，公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1公开的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法所述的步骤。
[0138]
最后应当说明的是：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应当理解：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，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法，其特征在于，包括：获取新能源并网系统的短路比及阻抗比；根据短路比和阻抗比，计算获得初始无功需求为零时的电压相角；根据初始无功需求为零时的电压相角、短路比和阻抗比，确定初始无功需求的初始值；确定初始无功需求为初始值时的电压相角；根据初始无功需求为初始值时的电压相角，确定修正后无功需求；计算修正后无功需求与初始值之差的绝对值；当绝对值大于等于设定阈值时，将修正后无功需求作为初始无功需求的初始值，重新确定电压相角和修正后无功需求，直至修正后无功需求与初始值之差的绝对值小于设定阈值；根据绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求，确定新能源并网系统的无功需求。2.如权利要求1所述的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法，其特征在于，对于新能源单馈入系统，绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求，为新能源并网系统的无功需求。3.如权利要求1所述的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法，其特征在于，对于新能源多馈入系统，根据节点i的自阻抗、节点i与节点j的互阻抗及节点j的原注入复功率，计算获得节点i的附加有功功率及节点i的附加无功功率；根据节点i的附加有功功率、节点i的附加无功功率，计算获得节点i的附加复功率；根据节点i的附加复功率及节点i的原注入复功率，计算获得节点i的等效并网容量；节点i的短路容量与节点i等效并网容量的比值，为节点i的短路比。4.如权利要求3所述的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法，其特征在于，对于新能源多馈入系统，将绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求减去新能源的附加无功功率，获得新能源并网系统的无功需求。5.如权利要求1所述的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法，其特征在于，根据短路比、阻抗比和电压相角计算模型，确定电压相角；对于新能源多馈入系统，电压相角计算模型为：对于新能源单馈入系统，电压相角计算模型为：其中，θ为电压相角，q
eq
为多馈入系统的初始无功需求，p
eq
为多馈入系统的等效有功功率，scr为短路比，α为阻抗比。6.如权利要求5所述的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法，其特征在于，多馈入系统的等效有功功率为新能源发出的有功功率与附加有功功率之和。7.如权利要求1所述的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法，其特征在于，根据电压相角、短路比、阻抗比和无功需求计算模型，确定无功需求；对于新能源多馈入系统，无功需求计算模型为：
对于新能源单馈入系统，无功需求计算模型为：其中，scr为短路比，α为阻抗比，q
eq
为多馈入系统的初始无功需求，q为单馈入系统的初始无功需求，θ为新能源接入点的电压相角。8.维持并网点电压水平的新能源无功需求确定系统，其特征在于，包括：数据获取模块，用于获取新能源并网系统的短路比及阻抗比；无功需求初始值获取模块，用于根据短路比和阻抗比，计算获得初始无功需求为零时的电压相角；根据初始无功需求为零时的电压相角、短路比和阻抗比，确定初始无功需求的初始值；修正后无功需求获取模块，用于确定初始无功需求为初始值时的电压相角；根据初始无功需求为初始值时的电压相角，确定修正后无功需求；无功需求修正模块，用于计算修正后无功需求与初始值之差的绝对值；当绝对值大于等于设定阈值时，将修正后无功需求作为初始无功需求的初始值，重新确定电压相角和修正后无功需求，直至修正后无功需求与初始值之差的绝对值小于设定阈值；系统无功需求确定模块，用于根据绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求，确定新能源并网系统的无功需求。9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法的步骤。10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法的步骤。

技术总结
本发明公开的维持并网点电压水平的新能源无功需求确定方法及系统，包括：根据初始无功需求为零时的电压相角、短路比和阻抗比，确定初始无功需求的初始值；确定初始无功需求为初始值时的电压相角；根据初始无功需求为初始值时的电压相角，确定修正后无功需求；计算修正后无功需求与初始值之差的绝对值；当绝对值大于等于设定阈值时，将修正后无功需求作为初始无功需求的初始值，重新确定电压相角和修正后无功需求，直至修正后无功需求与初始值之差的绝对值小于设定阈值；根据绝对值小于设定阈值时的修正后无功需求，确定新能源并网系统的无功需求。实现了新能源并网系统无功需求的准确计算。确计算。确计算。


技术研发人员：丁磊 张宇 王志浩 朱国防
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/8/28