一種基于源流路徑電氣剖分的風(fēng)電系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于源流路徑電氣剖分的風(fēng)電系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，主要包括：根據(jù)實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)參數(shù)信息，獲得全網(wǎng)路徑鏈的最終詳細(xì)電氣剖分參數(shù)，提取剖分子網(wǎng)絡(luò)的源功率、流功率以及子支路的阻抗信息，分析有多少電源和負(fù)荷成分通過何種路徑傳輸及供求信息，計(jì)算獲得所有機(jī)組對(duì)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的支撐度，根據(jù)支撐度數(shù)值大小確定網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)集；獲取關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上的補(bǔ)償裝置對(duì)風(fēng)電場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓支撐度以及其對(duì)提升全局電壓平均水平的貢獻(xiàn)，將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證。該識(shí)別方法，可以在系統(tǒng)發(fā)生故障初期，有效識(shí)別系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并在這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，具有大幅降低風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模脫網(wǎng)故障發(fā)生概率的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種基于源流路徑電氣剖分的風(fēng)電系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種基于源流路徑 電氣剖分的風(fēng)電系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 我國風(fēng)電進(jìn)入規(guī)?；l(fā)展階段以后所產(chǎn)生的大型新能源基地多數(shù)位于"三北地 區(qū)"（西北、東北、華北），大型新能源基地一般遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，其電力需要經(jīng)過長距離、高電 壓輸送到負(fù)荷中心進(jìn)行消納。以甘肅電網(wǎng)為例，截至2014年4月，甘肅電網(wǎng)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī) 容量已達(dá)707萬千瓦，約占甘肅電網(wǎng)總裝機(jī)（3500萬千瓦）容量的20. 2%，成為僅次于火 電的第二大主力電源；光伏發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到435萬千瓦，約占甘肅電網(wǎng)總裝機(jī)容量的 12. 4%，同時(shí)甘肅成為我國光伏裝機(jī)規(guī)模最大的省份。目前，甘肅電網(wǎng)風(fēng)電、光伏發(fā)電裝機(jī) 約占甘肅電網(wǎng)總裝機(jī)容量的1/3。
[0003] 由于風(fēng)、光資源的間歇性、隨機(jī)性和波動(dòng)性，風(fēng)電出力的波動(dòng)性會(huì)導(dǎo)致大型風(fēng)電場(chǎng) 電壓出現(xiàn)相應(yīng)波動(dòng)。當(dāng)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生電壓較大擾動(dòng)時(shí)，若沒有足夠的動(dòng)態(tài)無功支撐，將引起風(fēng) 電場(chǎng)電壓跌落。由于交流聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整個(gè)電網(wǎng)的電壓和頻率之間相互影響、酒泉地區(qū)風(fēng)電 出力大幅度變化必然引起整個(gè)系統(tǒng)的電壓、頻率波動(dòng)，導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴(kuò)大。
[0004] 自2011年以來我國連續(xù)發(fā)生了三次大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事故，集中反映了風(fēng)電 機(jī)組的低電壓穿越能力、高電壓穿越能力以及無功補(bǔ)償裝置控制策略等方面存在的不足。 大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)事故的起因及其對(duì)電網(wǎng)無功電壓控制策略的影響已成為當(dāng)前風(fēng)電研 究領(lǐng)域中最為引人關(guān)注的問題之一。風(fēng)電場(chǎng)脫網(wǎng)事故具有典型的連鎖故障特性，即事故往 往是從電網(wǎng)中某個(gè)較小的元件故障開始，逐步發(fā)展演變直至造成風(fēng)電機(jī)組大面積脫網(wǎng)的嚴(yán) 重后果。在系統(tǒng)發(fā)生故障初期，若能識(shí)別出系統(tǒng)中的某些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并在這些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上進(jìn) 行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，則有望在很大程度上降低風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模脫網(wǎng)故障發(fā)生的概率。
[0005] 為解決上述問題，需要對(duì)無功電壓進(jìn)行控制，為控制無功電壓需要對(duì)含大規(guī)模風(fēng) 電的電力系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別。
[0006] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在電力系統(tǒng)故障發(fā)生初期 無法有效識(shí)別系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，從而導(dǎo)致連鎖故障最終造成大規(guī)模風(fēng)電脫網(wǎng)的缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)上述問題，提出一種基于源流路徑電氣剖分的風(fēng)電系統(tǒng) 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)發(fā)生故障初期，有效識(shí)別系統(tǒng)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，并在這些關(guān) 鍵節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，具有大幅降低風(fēng)電場(chǎng)大規(guī)模脫網(wǎng)故障發(fā)生概率的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于源流路徑電氣剖分的風(fēng)電 系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，主要包括：
[0009] a、根據(jù)實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)參數(shù)信息，獲得系統(tǒng)的具體潮流分布情況；基于 計(jì)算得到的實(shí)時(shí)潮流信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有源流對(duì)進(jìn)行雙向電氣剖分，獲得全網(wǎng)路徑鏈的最 終詳細(xì)電氣剖分參數(shù)；
[0010] b、基于最終詳細(xì)電氣剖分參數(shù)，提取剖分子網(wǎng)絡(luò)的源功率、流功率以及子支路的 阻抗信息；
[0011] c、根據(jù)已得到的全網(wǎng)源流路徑鏈信息，分析有多少電源成分通過何種路徑傳輸至 某一負(fù)荷以及有多少負(fù)荷成分通過何種路徑從某一電源汲取功率的詳細(xì)供求信息；
[0012] d、根據(jù)源流對(duì)的電氣剖分信息，計(jì)算獲得所有機(jī)組對(duì)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的支撐度，根據(jù)支 撐度數(shù)值大小確定網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)集；
[0013] e、通過在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)加無功動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，得出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上的補(bǔ)償裝置對(duì)風(fēng)電 場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的電壓支撐度以及其對(duì)提升全局電壓平均水平的貢獻(xiàn)，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn) 證所提關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)辨識(shí)方法的有效性和合理性。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟a，具體包括：
[0015] 1)剖分子網(wǎng)絡(luò)源、流節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度
[0016] 根據(jù)某一源流路徑鏈.

【權(quán)利要求】
1. 一種基于源流路徑電氣剖分的風(fēng)電系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，其特征在于，主要包 括： a、 根據(jù)實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電網(wǎng)參數(shù)信息，獲得系統(tǒng)的具體潮流分布情況；基于計(jì)算 得到的實(shí)時(shí)潮流信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中所有源流對(duì)進(jìn)行雙向電氣剖分，獲得全網(wǎng)路徑鏈的最終詳 細(xì)電氣剖分參數(shù)； b、 基于最終詳細(xì)電氣剖分參數(shù)，提取剖分子網(wǎng)絡(luò)的源功率、流功率以及子支路的阻抗 信息； c、 根據(jù)已得到的全網(wǎng)源流路徑鏈信息，分析有多少電源成分通過何種路徑傳輸至某一 負(fù)荷以及有多少負(fù)荷成分通過何種路徑從某一電源汲取功率的詳細(xì)供求信息； d、 根據(jù)源流對(duì)的電氣剖分信息，計(jì)算獲得所有機(jī)組對(duì)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的支撐度，根據(jù)支撐度 數(shù)值大小確定網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)集； e、 通過在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)加無功動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，得出關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上的補(bǔ)償裝置對(duì)風(fēng)電場(chǎng)節(jié) 點(diǎn)的電壓支撐度以及其對(duì)提升全局電壓平均水平的貢獻(xiàn)，并將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證所 提關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)辨識(shí)方法的有效性和合理性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于源流路徑電氣剖分的風(fēng)電系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，其特 征在于，所述步驟a，具體包括： 1)剖分子網(wǎng)絡(luò)源、流節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度 根據(jù)某一源流路徑鏈相關(guān)電氣信息，分別求取子網(wǎng)絡(luò)源節(jié)點(diǎn)輸出的功率和流 節(jié)點(diǎn)輸入的功率占全網(wǎng)源、流功率的比例；所占比例越高，說明源節(jié)點(diǎn)和流節(jié)點(diǎn)在全網(wǎng)中關(guān) 鍵度越高；源、流節(jié)點(diǎn)的重要度具有間接反映電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)特性； 假設(shè)某源流路徑鏈4 /中，該剖分子網(wǎng)絡(luò)從送端源*;中獲得的有功功率為 l-J 受端流從該源流路徑輸入的有功功率為該子網(wǎng)絡(luò)中源、流節(jié) 點(diǎn)的關(guān)鍵度定義為：
當(dāng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，源流對(duì)之間的路徑鏈及路徑鏈傳輸?shù)墓β蕰?huì) 隨之發(fā)生改變，并在一定程度上表現(xiàn)為源、流節(jié)點(diǎn)的重要度的數(shù)值變化； 2)剖分路徑鏈電氣距離 由于線路的電阻相對(duì)于電抗可忽略不計(jì)，因此，采取剖分子支路的電抗作為衡量源 流節(jié)點(diǎn)之間的電氣距離；對(duì)某一源流路徑鏈中的第m段剖分子支路，其電氣距離 7々 一 (,W表示為：
源流路徑鏈上的節(jié)點(diǎn)η和送端源之間的電氣距離表示為：
式中，M為節(jié)點(diǎn)η和送端源*之間的剖分子支路總數(shù)；越小，說明送端源利 用源流路徑鏈傳輸功率時(shí)經(jīng)過該剖分子支路的等效距離越短，較短的電氣長度會(huì)增強(qiáng)之間 的電氣聯(lián)系，對(duì)辨識(shí)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)影響更大； 綜合以上電氣特征參數(shù)，定義源流路徑鏈的送端源和受端流對(duì)路徑 鏈中任意節(jié)點(diǎn)η的支撐度為： T- = XI1; Ik Dk^n = I,2 N αι I j ' ' (5). 式中，λ為發(fā)電機(jī)和節(jié)點(diǎn)之間的電氣聯(lián)系系數(shù)，基于雙向電氣剖分后源流路徑鏈，若發(fā) 電機(jī)通過該節(jié)點(diǎn)傳輸功率時(shí)，說明發(fā)電機(jī)和該節(jié)點(diǎn)沒有直接的電氣聯(lián)系，則λ= 〇 ;反之若 發(fā)電機(jī)的傳輸功率路徑不經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)，說明λ= 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于源流路徑電氣剖分的風(fēng)電系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，其特 征在于，所述步驟d，具體包括： 式（5)求得的是源流路徑鏈?上源節(jié)點(diǎn)對(duì)節(jié)點(diǎn)η的支撐度；在衡量原始網(wǎng)絡(luò)中對(duì)應(yīng) 節(jié)點(diǎn)η的關(guān)鍵度時(shí)，需要考慮其在不同源流路徑鏈中受到支撐度的綜合累積效應(yīng)； 當(dāng)風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，采用節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度指標(biāo)可以評(píng)估出最能有效阻止故障連鎖反應(yīng) 的節(jié)點(diǎn)，通過在該點(diǎn)加動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，使得該節(jié)點(diǎn)控制效果最優(yōu)，達(dá)到防御連鎖故障的 最佳效果； 將原始網(wǎng)絡(luò)中所有發(fā)電機(jī)組對(duì)節(jié)點(diǎn)η的支撐度之和定義為節(jié)點(diǎn)η的關(guān)鍵度：
從電氣原理出發(fā)，既能發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度指標(biāo)隨系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)變化的規(guī)律，又能獲得關(guān) 鍵節(jié)點(diǎn)上的無功源與系統(tǒng)其他節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生電氣供求關(guān)系的路徑關(guān)系，辨識(shí)出最能有效防 御連鎖故障發(fā)生的節(jié)點(diǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于源流路徑電氣剖分的風(fēng)電系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，其特 征在于，所述步驟e，具體包括： 基于路徑鏈的雙向電氣剖分算法分析得出不同系統(tǒng)運(yùn)行方式下的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，驗(yàn)證關(guān)鍵 節(jié)點(diǎn)和系統(tǒng)運(yùn)行方式密切相關(guān)； 根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行關(guān)于網(wǎng)絡(luò)源流對(duì)的第3類雙向電氣剖分，得到全網(wǎng) 源流路徑集合； 從全網(wǎng)所有源流路徑鏈集合中挑選出包含全網(wǎng)所有源節(jié)點(diǎn)和流節(jié)點(diǎn)16源流對(duì)的路徑 鏈子集，記為/二/一丨6 (Z二1"· 1%_16)其中?_16表示路徑鏈子集總數(shù)，i為流節(jié) 9 點(diǎn)16提供功率的網(wǎng)絡(luò)源； 根據(jù)公式（6)得到的節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度，取關(guān)鍵度最高的三個(gè)節(jié)點(diǎn)組成關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)集。
【文檔編號(hào)】H02J3/18GK104319785SQ201410505774
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月27日
【發(fā)明者】路亮, 汪寧渤, 黃華, 周強(qiáng), 韓自奮, 徐陸飛, 王定美, 馬明, 呂清泉, 張健美, 陳釗, 王明松 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心, 國電南瑞科技股份有限公司