風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電力安全技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析方 法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電場(chǎng)的無(wú)功功率特性與風(fēng)電場(chǎng)的有功功率特性有關(guān)。風(fēng)電場(chǎng)有功輸出較低時(shí)， 輸電線路輕載，線路充電無(wú)功過(guò)剩，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)吸收無(wú)功功率。若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組吸收的 無(wú)功功率不足，則風(fēng)電場(chǎng)將向電網(wǎng)注入無(wú)功，并可能出現(xiàn)高電壓?jiǎn)栴}。而風(fēng)電場(chǎng)有功輸出增 大時(shí)，輸電線路重載，消耗的感性無(wú)功隨之增加，線路充電無(wú)功不足W抵消線路及主變等元 件消耗的感性無(wú)功，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組應(yīng)發(fā)出無(wú)功功率。若風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)出的無(wú)功功率不足， 則風(fēng)電場(chǎng)將從電網(wǎng)吸收無(wú)功。若風(fēng)電場(chǎng)從電網(wǎng)吸收無(wú)功，可能引起風(fēng)電場(chǎng)電壓跌落。因此， 當(dāng)電網(wǎng)無(wú)功不足，風(fēng)電機(jī)組有功出力大發(fā)或滿發(fā)時(shí)可能存在電壓穩(wěn)定問(wèn)題，有必要進(jìn)行詳 細(xì)的電壓穩(wěn)定分析。
[0003] 連續(xù)潮流法是電壓穩(wěn)定分析的基本方法之一，通過(guò)選擇一定的連續(xù)化參數(shù)W保證 臨界點(diǎn)及其附近潮流計(jì)算的收斂性，并引入預(yù)測(cè)、校正及步長(zhǎng)調(diào)整等機(jī)制，W盡可能地減少 計(jì)算過(guò)程所需的迭代次數(shù)，減小計(jì)算量。它在A-V曲線的每一點(diǎn)均反復(fù)迭代，計(jì)算出準(zhǔn)確的 潮流，所W能得到準(zhǔn)確的A-V曲線等信息，并能考慮一定的非線性控制及不等式約束條件， 具有較強(qiáng)的魯棒性。
[0004] 現(xiàn)有的連續(xù)潮流法一般是在連續(xù)潮流基本方程基礎(chǔ)上增加一個(gè)方程，同時(shí)將A當(dāng) 作變量，從而使雅可比矩陣的右下方加上一行一列，擴(kuò)展后的雅可比矩陣即使在臨界點(diǎn)處 仍然是良態(tài)的;但是，其左上角部分在臨界點(diǎn)處卻仍是奇異的，故連續(xù)潮流計(jì)算在臨界點(diǎn)附 近的收斂性難W得到有效保證，算法的可靠性受到較大影響，進(jìn)而影響到風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng) 的電壓穩(wěn)定分析的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析方法，W解決現(xiàn)有技術(shù) 中連續(xù)潮流計(jì)算在臨界點(diǎn)附近的收斂性難W得到有效保證、算法的可靠性受到較大影響的 技術(shù)問(wèn)題。該方法包括:選擇連續(xù)化參數(shù)形成新的方程，利用所述新的方程擴(kuò)展電力系統(tǒng)的 潮流方程，對(duì)擴(kuò)展后的電力系統(tǒng)的潮流方程進(jìn)行修正，得到修正后的電力系統(tǒng)的潮流方程， 在修正后的電力系統(tǒng)的潮流方程中，修正后的潮流雅可比矩陣是將電力系統(tǒng)中電壓幅值下 降最大的節(jié)點(diǎn)當(dāng)作注入功率及電壓幅值均指定的節(jié)點(diǎn)處理時(shí)的潮流雅可比矩陣；采用牛 頓-拉夫遜法迭代求解所述修正后的電力系統(tǒng)的潮流方程，得到預(yù)測(cè)方向；根據(jù)所述預(yù)測(cè)方 向和預(yù)設(shè)的步長(zhǎng)，確定預(yù)測(cè)點(diǎn);根據(jù)所述預(yù)測(cè)點(diǎn)分析風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定情況。
[0006] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述修正后的電力系統(tǒng)的潮流方程為：
「/;' r]
[000引其中，X是狀態(tài)向量;f(x)是潮流平衡方程，k是行號(hào)；J"是修正后的 Jkx'. b.k - 擴(kuò)展潮流方程的雅可比矩陣；是修正后的潮流雅可比矩陣；b/是修正后的負(fù)荷增長(zhǎng)方 向；bk為b的第k個(gè)元素;為修正后的狀態(tài)向量;f/(X)為修正后的潮流方程組;fk(x)為向量 函數(shù)f (X)的第k個(gè)元素;fkx^為函數(shù)fk(x)對(duì)的梯度向量；A 是與對(duì)應(yīng)的變化向量，AA 是風(fēng)電出力水平如勺變化量。
[0009] 在一個(gè)實(shí)施例中，采用牛頓-拉夫遜法迭代求解所述修正后的電力系統(tǒng)的潮流方 程，包括：當(dāng)前次潮流計(jì)算后，通過(guò)W下公式預(yù)測(cè)下一次潮流計(jì)算的潮流解，并將預(yù)測(cè)的潮 流解作為下一次潮流計(jì)算的初值： -f WfAxI 「〇 -
[0010] A A3 = 1 t 片' 0 Avi - 1
[0011]其中，tk是第k個(gè)元素為1，其余元素為0的列向量;b是負(fù)荷增長(zhǎng)方向；fx是電力系統(tǒng) 的潮流方程的雅可比矩陣；AA是風(fēng)電出力水平A的變化量，Ax是狀態(tài)變化向量，Axk是Ax 的第k行元素，將A Xk當(dāng)作常量。
[0012]在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)W下公式計(jì)算所述預(yù)設(shè)的步長(zhǎng)： 巧
[001 引 & = &曲抵/max (托)
[0014] 其中，h為預(yù)設(shè)的步長(zhǎng);hmax為常數(shù);y功預(yù)測(cè)方向y的第i個(gè)分量，n是正整數(shù)。
[0015] 本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析裝置，W解決現(xiàn)有技 術(shù)中連續(xù)潮流計(jì)算在臨界點(diǎn)附近的收斂性難W得到有效保證、算法的可靠性受到較大影響 的技術(shù)問(wèn)題。該裝置包括:方程擴(kuò)展修正模塊，用于選擇連續(xù)化參數(shù)形成新的方程，利用所 述新的方程擴(kuò)展電力系統(tǒng)的潮流方程，對(duì)擴(kuò)展后的電力系統(tǒng)的潮流方程進(jìn)行修正，得到修 正后的電力系統(tǒng)的潮流方程，在修正后的電力系統(tǒng)的潮流方程中，修正后的潮流雅可比矩 陣是將電力系統(tǒng)中電壓幅值下降最大的節(jié)點(diǎn)當(dāng)作注入功率及電壓幅值均指定的節(jié)點(diǎn)處理 時(shí)的潮流雅可比矩陣;求解模塊，用于采用牛頓-拉夫遜法迭代求解所述修正后的電力系統(tǒng) 的潮流方程，得到預(yù)測(cè)方向；確定模塊，用于根據(jù)所述預(yù)測(cè)方向和預(yù)設(shè)的步長(zhǎng)，確定預(yù)測(cè)點(diǎn)； 分析模塊，用于根據(jù)所述預(yù)測(cè)點(diǎn)分析風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定情況。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述修正后的電力系統(tǒng)的潮流方程為： ,"Ax' r /'(x) + Ab'
[0017] r /
[m」L乂(X)+%」 -尸 起f -
[0018] 其中，X是狀態(tài)向量，f(x)是潮流平衡方程，k是行號(hào)；，J"是修正后 _/iV h_ 的擴(kuò)展的電力系統(tǒng)的潮流方程的雅可比矩陣;f/X是修正后的潮流雅可比矩陣;b/是修正后 的負(fù)荷增長(zhǎng)方向b;bk為b的第k個(gè)元素;為修正后的向量;f/(X)為修正后的潮流方程組;fk (X)為向量函數(shù)f (X)的第k個(gè)元素;為函數(shù)fk(x)對(duì)的梯度向量；A 是與對(duì)應(yīng)的變 化向量，A A是風(fēng)電出力水平A的變化量。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述求解模塊，具體用于當(dāng)前次潮流計(jì)算后，通過(guò)W下公式預(yù)測(cè) 下一次潮流計(jì)算的潮流解，并將預(yù)測(cè)的潮流解作為下一次潮流計(jì)算的初值： f bTM:1 「O
[0020] /7 。=, t& 0 A 義 -1
[0021] 其中，tk是第k個(gè)元素為1，其余元素為0的列向量;b是負(fù)荷增長(zhǎng)方向；fx是電力系統(tǒng) 的潮流方程的雅可比矩陣；AA是風(fēng)電出力水平A的變化量；Ax是狀態(tài)變化向量；Axk是Ax 的第k行元素，將A Xk當(dāng)作常量。
[0022] 在一個(gè)實(shí)施例中，還包括：步長(zhǎng)計(jì)算模塊，用于通過(guò)W下公式計(jì)算所述預(yù)設(shè)的步 長(zhǎng)： n
[002；3]々二 A,,…''max (.、，,）
[0024] 其中，h為預(yù)設(shè)的步長(zhǎng);hmax為常數(shù);y功預(yù)測(cè)方向y的第i個(gè)分量，n是正整數(shù)。
[0025] 在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)利用新的方程來(lái)擴(kuò)展電力系統(tǒng)的潮流方程，使得擴(kuò)展后 的潮流方程為可求得定值解的方程，并通過(guò)對(duì)擴(kuò)展后的電力系統(tǒng)的潮流方程進(jìn)行修正，使 得修正后的潮流雅可比矩陣是將電力系統(tǒng)中最薄弱節(jié)點(diǎn)（即電壓幅值下降最大的節(jié)點(diǎn)）當(dāng) 作PV節(jié)點(diǎn)（即注入功率及電壓幅值均指定的節(jié)點(diǎn)）處理時(shí)的潮流雅可比矩陣，即修正后的電 力系統(tǒng)的潮流方程的雅可比矩陣在臨界點(diǎn)及其附近為非奇異，且修改后的潮流雅可比矩陣 (即修正后的電力系統(tǒng)的潮流方程的雅可比矩陣左上角部分矩陣)在臨界點(diǎn)及其附近也為 非奇異，解決了擴(kuò)展潮流雅可比矩陣左上角部分矩陣（即潮流雅可比矩陣)臨界點(diǎn)處的奇異 問(wèn)題，克服了潮流雅可比矩陣臨界點(diǎn)處奇異及其附近病態(tài)給數(shù)值計(jì)算帶來(lái)的不良影響，擴(kuò) 展修正方程的計(jì)算精度可W得到有效保證，連續(xù)潮流計(jì)算在臨界點(diǎn)附近的收斂性大大提 高，增加了算法的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不 構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0027] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析方法的流程圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種逐點(diǎn)計(jì)算法的說(shuō)明示意圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種弧長(zhǎng)連續(xù)法的說(shuō)明示意圖；
[0030] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種同倫連續(xù)法的說(shuō)明示意圖；
[0031] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種局部參數(shù)連續(xù)法的說(shuō)明示意圖；
[0032] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種考慮無(wú)功限制時(shí)的A-V曲線示意圖之一；
[0033] 圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種考慮無(wú)功限制時(shí)的A-V曲線示意圖之二；
[0034] 圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種考慮無(wú)功限制時(shí)的A-V曲線示意圖之
[0035] 圖9是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析裝置的結(jié)構(gòu)框 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施方式和附圖，對(duì) 本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本發(fā)明的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，但并 不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
[0037] 在本發(fā)明實(shí)施例中，提供了一種風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析方法，如圖1所 示，該方法包括：
[0038] 步驟101:選擇連續(xù)化參數(shù)形成新的方程，利用所述新的方程擴(kuò)展電力系統(tǒng)的潮流 方程，對(duì)擴(kuò)展后的電力系統(tǒng)的潮流方程進(jìn)行修正，得到修正后的電力系統(tǒng)的潮流方程，在修 正后的電力系統(tǒng)的潮流方程中，修正后的潮流雅可比矩陣是將電力系統(tǒng)中電壓幅值下降最 大的節(jié)點(diǎn)當(dāng)作注入功率及電壓幅值均指定的節(jié)點(diǎn)處理時(shí)的潮流雅可比矩陣；
[0039] 步驟102:采用牛頓-拉夫遜法迭代求解所述修正后的電力系統(tǒng)的潮流方程，得到 預(yù)測(cè)方向；
[0040] 步驟103:根據(jù)所述預(yù)測(cè)方向和預(yù)設(shè)的步長(zhǎng)，確定預(yù)測(cè)點(diǎn)；
[0041] 步驟104:根據(jù)所述預(yù)測(cè)點(diǎn)分析風(fēng)電場(chǎng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定情況。
[0042] 由圖1所