一种基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升方法与流程

本发明涉及新能源发电技术和电力系统领域，尤其涉及一种基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升方法。

背景技术：

1、促进新能源的安全高效消纳是构建以新能源为主体的新型电力系统的迫切要求[1]。预计2023年底，我国新能源装机容量将达到9.6亿千瓦，新能源发电规模不断扩大的同时由于新能源场站本身的弱支撑性，出力随机性等特点给双高电力系统的电网强度评估和提升带来了严峻挑战[2]。

2、新能源多场站短路比考虑了多新能源场站之间的相互影响并计及了新能源发电设备无功功率的影响，可以评估新能源场站并网点以及新能源设备机端等各种场合的电网强度[3]，根据新能源多场站短路比的大小可以划分新能源场站接入电力系统的电网强弱，新能源多场站短路比越大，电网强度越强，为电力系统的安全稳定运行以及规划提供参考[4]。因此基于新能源多场站短路比优化新能源出力提升电网强度对电力系统至关重要。

3、基于新能源多场站短路比提高电网强度的方法主要有：方法(1)在规划层面，加强系统结构或配置调相机等，减小交流系统等效阻抗；方法(2)在运行层面，优化新能源场站出力，实现新能源最优消纳；方法(3)在控制层面，更新控制算法或对变流器参数做出适应性调节等，相关研究表明采用构网型控制可以降低电网阻抗，提高系统新能源多场站短路比。方法(1)通过加强交流系统网架结构提高电网强度，经济成本高，实施复杂，换流站安装调相机来提高电网强度，会随之发生交流短路电流超标，需安装串联电抗加以限制。方法(3)通过构网型控制提高电网强度会导致短路电流增大，增加系统过电流风险，对于构网型控制还需深入研究[5]。

4、基于新能源多场站短路比优化区域的新能源出力是提升电网强度的最有效的方法之一[6]，该方法的核心是建立考虑电网强度的新能源接入电力系统的优化模型[7]。针对新能源场站接入的交流系统，以新能源场站出力最大为目标，考虑新能源场站的电压支撑能力和新能源设备的低短路比运行能力，建立考虑新能源多场站短路比约束的优化模型。根据优化模型的求解结果调整新能源出力，使短路比达到合理水平[8]。

5、然而，在实际应用中，上述方法存在以下不足：

6、(1)新能源多场站短路比需要计算系统的节点阻抗矩阵，对于大规模实际系统，计算缓慢，计算效率低；(2)现有基于新能源多场站短路比的新能源出力优化模型只考虑了新能源出力成本没有考虑交流系统的火电机组成本，模型不完善；(3)现有的新能源多场站短路比约束都是新能源多场站短路比大于由工程经验得到的极限新能源多场站短路比，是非线性约束，不便于优化模型的求解；(4)现有的基于短路比的新能源出力优化大多考虑新能源场站并网点处短路比，很少有考虑新能源设备机端短路比[9]。

7、所以如何构建合理的新能源多场站短路比约束，然后基于新能源多场站短路比约束构建电网强度提升模型成为当前研究的重点[10]。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升方法，本发明提供了适合高比例新能源电力系统电网强度提升的新能源多场站短路比约束，构建了基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升模型，保证了新能源并网点和新能源设备机端可以具备合理的新能源多场站短路比水平，详见下文描述：

2、一种基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升方法，所述方法包括：

3、将风电场接入部分进行两机等效或三机等效，计算等效后的各个参数；

4、基于风电机组两机等效或三机等效的各个参数构建等效后风电机组机端的新能源多场站短路比约束；

5、以机组运行成本和风电弃风惩罚成本为目标，建立基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升模型，采用求解器对电网强度的提升模型进行求解；

6、当发现风电机组机端的新能源多场站短路比小于1.5时，场站发出控制指令根据求解的结果降低风电机组出力，增加火电机组出力，使风电机组机端新能源多场站短路比满足要求。

7、其中，所述将风电场接入部分进行两机等效或三机等效，计算等效后的各个参数为：

8、利用变压器漏抗与变压器变比表示出部分节点导纳矩阵，并将部分结构中k1母线左侧的整个交流主网系统等值为一个导纳p，作为导纳元素加入到节点导纳矩阵中；

9、

10、将节点导纳矩阵y求逆，获取对应的节点阻抗矩阵z：

11、

12、将节点阻抗矩阵z中元素代入到中：

13、

14、

15、

16、其中，与存在倍数关系，预先设定的阈值，通过等式即可约束和的出力。

17、其中，所述新能源多场站短路比约束为：

18、

19、本发明提供的技术方案的有益效果是：

20、1、对于大规模的电力系统，本发明不仅计算简单，计算效率高，而且工程实用性强；与传统的机端新能源短路比约束相比，本发明所提出的约束是线性约束，本发明所提出的新能源多场站约束不用计算全网的节点阻抗矩阵，极大减少了计算量；

21、2、本发明可实现电力系统电网强度的明显提升，与传统电网强度提升方法相比，本方法更简单实用，计算效率高；

22、3、本发明优化区域的新能源出力，可以实现区域新能源机组在国标要求的新能源多场站水平下运行，既可以降低新能源机组发生电压稳定问题的风险，又实现了新能源的合理消纳；

23、4、本发明提出的新能源多场站短路比构建方法，省略了全网电力系统节点阻抗矩阵的计算，便于电力系统快速调整机组出力，具有较高的工程实用价值；

24、5、本发明所提的基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升模型，考虑了火电机组运行的安全约束，电网潮流约束，新能源机组运行约束，以及新能源机组机端短路比约束，可以使得新能源机组在允许的新能源多场站短路比水平长期运行。

技术特征：

1.一种基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升方法，其特征在于，所述将风电场接入部分进行两机等效或三机等效，计算等效后的各个参数为：

3.根据权利要求1所述的一种基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升方法，其特征在于，所述新能源多场站短路比约束为：

技术总结
本发明公开了一种基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升方法，方法包括：将风电场接入部分进行两机等效或三机等效，计算等效后的各个参数；基于风电机组两机等效或三机等效的各个参数构建等效后风电机组机端的新能源多场站短路比约束；以机组运行成本和风电弃风惩罚成本为目标，建立基于新能源多场站短路比约束的电网强度提升模型，采用求解器对电网强度的提升模型进行求解；当发现风电机组机端的新能源多场站短路比小于1.5时，场站发出控制指令根据求解的结果降低风电机组出力，增加火电机组出力，使风电机组机端新能源多场站短路比满足要求。本发明保证了新能源并网点和新能源设备机端可以具备合理的新能源多场站短路比水平。

技术研发人员：付小标,宋晓喆,王泽一,曲绍杰,王鼎,李宝聚,高重晖,徐红岩,刘大为,刘旻序,陈顺,王长江
受保护的技术使用者：国网吉林省电力有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15