本發(fā)明涉及新能源高滲透的新型電力系統(tǒng)電壓主動支撐，特別是涉及一種風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗的設(shè)計方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源發(fā)電滲透率的不斷提升，新能源高占比系統(tǒng)的短路容量隨之降低，導(dǎo)致系統(tǒng)短路比不足，已嚴(yán)重威脅到電壓穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的短路比計算模型僅考慮了同步發(fā)電機的短路容量，未計及新能源機組的電壓支撐能力。量化風(fēng)電機組的電壓主動支撐能力，保障電壓跌落安全約束下系統(tǒng)的短路比需求，是實現(xiàn)新能源高滲透的必要需求。因此，如何充分發(fā)揮風(fēng)電機組的電壓支撐能力，協(xié)調(diào)風(fēng)電機組暫態(tài)阻抗參數(shù)，有效保障新能源高滲透的新型電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定是實現(xiàn)新能源大規(guī)模安全入網(wǎng)亟待突破的技術(shù)瓶頸。因此，設(shè)計一種風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗的設(shè)計方法及系統(tǒng)是十分有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗的設(shè)計方法及系統(tǒng)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明提供了一種風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗的設(shè)計方法，包括：

4、基于風(fēng)電機組系統(tǒng)參數(shù)計算初始短路比，并基于初始短路比計算風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗初始值；

5、判斷電壓是否發(fā)生跌落，若未發(fā)生跌落，則不做處理；

6、若發(fā)生跌落，則基于并網(wǎng)點的短路容量及風(fēng)電機組的額定容量的容量要求，建立限流電抗與風(fēng)電機組等效電抗的關(guān)系式；

7、基于不同電壓程度跌落下風(fēng)電并網(wǎng)點短路容量以及風(fēng)電機組傳輸容量，獲取滿足電壓跌落安全約束下的短路比需求；

8、根據(jù)不同電壓跌落深度下短路比需求，設(shè)計風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗值；

9、判斷初始短路比需求是否大于短路比，若大于，則判斷風(fēng)機轉(zhuǎn)子電流ir是否大于轉(zhuǎn)子電流限值irmax，若小于則不做處理，若大于或等于，則對動態(tài)電壓進行調(diào)整，確保風(fēng)機轉(zhuǎn)子電流ir不越限，且保持風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗初始值；

10、若初始短路比需求小于或等于短路比，則將風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗初始值替換為此時計算的風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗值，并判斷風(fēng)機轉(zhuǎn)子電流ir是否大于轉(zhuǎn)子電流限值irmax，若小于則不做處理，若大于或等于，則對動態(tài)電壓進行調(diào)整，確保風(fēng)機轉(zhuǎn)子電流ir不越限。

11、優(yōu)選地，基于并網(wǎng)點的短路容量及風(fēng)電機組的額定容量的容量要求，建立限流電抗與風(fēng)電機組等效電抗的關(guān)系式，具體為：

12、獲取并網(wǎng)點處母線的短路容量為：

13、

14、式中，stp為并網(wǎng)點短路容量，e為系統(tǒng)等值電勢，xsr為限流電抗；

15、按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并網(wǎng)點處母線的短路容量stp為風(fēng)電機組的額定容量swtn的3倍，得到限流電抗xsr關(guān)于風(fēng)電機組等效電抗xwt的關(guān)系式為：

16、

17、對其進行轉(zhuǎn)換，得到滿足限流電抗xsr關(guān)于風(fēng)電機組等效電抗xwt的關(guān)系式為：

18、xsr＝ksetxwt?(3)

19、式中，kset的取值范圍為(0,1/3]。

20、優(yōu)選地，基于不同電壓程度跌落下風(fēng)電并網(wǎng)點短路容量以及風(fēng)電機組傳輸容量，獲取滿足電壓跌落安全約束下的短路比需求，具體為：

21、當(dāng)發(fā)生接地短路故障，可得并網(wǎng)點電壓un＝me，其中，m為電壓跌落程度，取值范圍為[0,1]，e為交流系統(tǒng)等值電勢，un為風(fēng)電機組并網(wǎng)點電壓；

22、當(dāng)電壓發(fā)生跌落后，獲取并網(wǎng)點短路容量以及風(fēng)電機組傳輸容量為：

23、

24、式中，swt為風(fēng)電機組傳輸容量；

25、并網(wǎng)點短路容量及風(fēng)電機組傳輸容量的比值即為系統(tǒng)短路比scrm，為：

26、

27、對系統(tǒng)短路比進行改進，將風(fēng)機對電壓的支撐作用以同步發(fā)電機的形式計入系統(tǒng)短路比，得到滿足電壓跌落安全約束的短路比需求，將其表示為：

28、

29、式中，xd′為發(fā)電機組暫態(tài)電抗標(biāo)幺值，xt為線路變壓器等值電抗標(biāo)幺值，xn為交流系統(tǒng)側(cè)等值電抗標(biāo)幺值，e′為虛擬同步機暫態(tài)電抗后的虛擬電動勢，scrm為滿足電壓跌落安全約束的短路比需求，un為風(fēng)電機組并網(wǎng)點電壓，pwf為風(fēng)電機組輸出的有功功率。

30、優(yōu)選地，根據(jù)不同電壓跌落深度下短路比需求，設(shè)計風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗值，具體為：

31、根據(jù)滿足電壓跌落安全約束的短路比需求，計算風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗值，為：

32、

33、本發(fā)明還提供了一種風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗的設(shè)計系統(tǒng)，包括：

34、限流電抗獲取模塊，用于基于并網(wǎng)點的短路容量及風(fēng)電機組的額定容量的容量要求，建立限流電抗與風(fēng)電機組等效電抗的關(guān)系式；

35、故障測試模型構(gòu)建模塊，用于基于不同電壓程度跌落下風(fēng)電并網(wǎng)點短路容量以及風(fēng)電機組傳輸容量，獲取滿足電壓跌落安全約束下的短路比需求；

36、風(fēng)電機組暫態(tài)電抗參數(shù)設(shè)計模塊，用于根據(jù)不同電壓跌落深度下短路比需求，設(shè)計風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗值。

37、根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

38、本發(fā)明提供了一種風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗的設(shè)計方法及系統(tǒng)，相比于傳統(tǒng)方法，首先，基于并網(wǎng)點的短路容量與風(fēng)電機組的額定容量的容量要求，建立限流電抗與風(fēng)電機組等效電抗的關(guān)系式；其次，基于不同電壓程度跌落下風(fēng)電并網(wǎng)點短路容量以及風(fēng)電機組傳輸容量，得到滿足電壓跌落條件下的短路比需求；最后，基于滿足電壓跌落約束條件下短路比需求模型，協(xié)調(diào)設(shè)計風(fēng)電機組暫態(tài)電抗參數(shù)值，獲取最優(yōu)的暫態(tài)阻抗值，用于充分發(fā)揮風(fēng)電機組電壓支撐潛力。本發(fā)明通過獲取最優(yōu)的暫態(tài)電抗值，進而充分發(fā)揮了風(fēng)電機組的電壓支撐潛力，可顯著提升風(fēng)電機組系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗的設(shè)計方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基于并網(wǎng)點的短路容量及風(fēng)電機組的額定容量的容量要求，建立限流電抗與風(fēng)電機組等效電抗的關(guān)系式，具體為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，基于不同電壓程度跌落下風(fēng)電并網(wǎng)點短路容量以及風(fēng)電機組傳輸容量，獲取滿足電壓跌落安全約束下的短路比需求，具體為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，根據(jù)不同電壓跌落深度下短路比需求，設(shè)計風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗值，具體為：

5.一種風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗的設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種風(fēng)電機組虛擬暫態(tài)電抗的設(shè)計方法及系統(tǒng)，該方法首先基于并網(wǎng)點的短路容量與風(fēng)電機組的額定容量的容量要求，建立限流電抗與風(fēng)電機組等效電抗的關(guān)系式；其次，基于不同電壓程度跌落下風(fēng)電并網(wǎng)點短路容量以及風(fēng)電機組傳輸容量，得到滿足電壓跌落條件下的短路比需求；最后，基于滿足電壓跌落約束條件下短路比需求模型，協(xié)調(diào)設(shè)計風(fēng)電機組暫態(tài)電抗參數(shù)值，獲取最優(yōu)的暫態(tài)阻抗值，用于充分發(fā)揮風(fēng)電機組電壓支撐潛力。本發(fā)明通過獲取最優(yōu)的暫態(tài)電抗值，進而充分發(fā)揮了風(fēng)電機組的電壓支撐潛力，可顯著提升風(fēng)電機組系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：張祥宇,吳佳慧,付媛
受保護的技術(shù)使用者：華北電力大學(xué)（保定）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10