本發(fā)明屬于風(fēng)電機(jī)組等值參數(shù)計算領(lǐng)域，特別是涉及一種基于改進(jìn)節(jié)點(diǎn)方程的集電網(wǎng)絡(luò)等值方法。

背景技術(shù)：

1、新能源機(jī)組具有隨機(jī)性、分散性、低慣量、低抗擾的特點(diǎn)。無論是電網(wǎng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行與暫態(tài)過程，亦或是電網(wǎng)的頻率特性與電壓特性，在高比例新能源接入后都會發(fā)生顯著的變化；因此，在新能源大規(guī)模接入背景下，有必要開展新能源場站建模研究。

2、針對風(fēng)電場規(guī)模越來越大造成復(fù)雜度高、難度大等問題，需要對風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機(jī)群進(jìn)行高精度等值，但現(xiàn)有引入移相變壓器進(jìn)行集電網(wǎng)絡(luò)變換的方法，將引入的移相變壓器轉(zhuǎn)換為非移相變壓器處理，進(jìn)而直接列寫節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣并化簡，損失了數(shù)學(xué)原理的嚴(yán)謹(jǐn)性，可能會導(dǎo)致動態(tài)誤差的存在，進(jìn)而影響等值精度，因此，需要設(shè)計一種基于改進(jìn)節(jié)點(diǎn)方程的集電網(wǎng)絡(luò)等值方法來解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于改進(jìn)節(jié)點(diǎn)方程的集電網(wǎng)絡(luò)等值方法，該方法通過在風(fēng)電機(jī)組等值中引入移相變壓器后保留移相變壓器網(wǎng)絡(luò)，基于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)原理，對改進(jìn)后的集電網(wǎng)絡(luò)列寫改進(jìn)節(jié)點(diǎn)電壓方程，進(jìn)而通過聯(lián)立求解改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)方程來得到嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓?jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，再對變壓器參數(shù)部分進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化簡轉(zhuǎn)換以得等值參數(shù)，解決了風(fēng)電機(jī)組等值方法將引入的移相變壓器轉(zhuǎn)換為非移相變壓器網(wǎng)絡(luò)存在動態(tài)誤差，導(dǎo)致等值精度低的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)效果，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于改進(jìn)節(jié)點(diǎn)方程的集電網(wǎng)絡(luò)等值方法，包括以下步驟：

4、s1，引入移相變壓器對風(fēng)電機(jī)群進(jìn)行集電網(wǎng)絡(luò)變換，并保留移相變壓器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；使風(fēng)電機(jī)群中的風(fēng)電機(jī)組的動態(tài)特性不損失；

5、s2，構(gòu)建集電網(wǎng)絡(luò)變換后的節(jié)點(diǎn)電壓方程，結(jié)合ward等值法以及多端口網(wǎng)絡(luò)h參數(shù)變換法，求解得到改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；

6、s201，對變換后的集電網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)電壓方程；

7、s202，通過聯(lián)立方程組并結(jié)合ward等值法以及多端口網(wǎng)絡(luò)h參數(shù)變換法，求解改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；

8、s203，構(gòu)造含變壓器支路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；

9、s3，基于變壓器π型等值法，對改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的變壓器參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到風(fēng)機(jī)等值參數(shù)。

10、優(yōu)選地，步驟s1中，引入移相變壓器對風(fēng)電機(jī)群進(jìn)行集電網(wǎng)絡(luò)變換，并保留移相變壓器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體方法為：

11、s101，設(shè)定計算變量：

12、設(shè)定風(fēng)電場中的風(fēng)電機(jī)組分為m群，第k個分群中風(fēng)電機(jī)組個數(shù)為nk個，群體內(nèi)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)電壓為ui，第k個分群等值風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓為uk；uk通過取平均值進(jìn)行獲??；

13、s102，進(jìn)行等值計算，使第k個分群中每個風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)電壓均被設(shè)定為uk，uk計算方法為：

14、；

15、；

16、式中，i表示第k個分群中的第i個機(jī)組；和分別為第k個分群等值風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓uk的幅值和相角；和分別為第k個分群內(nèi)風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)電壓的ui幅值和相角；

17、s103，引入變比為αi的移相變壓器來進(jìn)行集電網(wǎng)絡(luò)變換，保留每個風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)在等值前后的電壓特性：

18、；

19、式中，表示變換后集電網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓，表示變換后集電網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)機(jī)并網(wǎng)點(diǎn)電壓相位角，表示電壓的相角差。

20、優(yōu)選地，步驟s2中，構(gòu)建集電網(wǎng)絡(luò)變換后的節(jié)點(diǎn)電壓方程，結(jié)合ward等值法以及多端口網(wǎng)絡(luò)h參數(shù)變換法，求解得到改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的具體方法包括：

21、s201，對引入移相變壓器并進(jìn)行變換后的集電網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)電壓方程：

22、針對變換后的集電網(wǎng)絡(luò)，令pcc公共連接點(diǎn)的電壓和注入電流分別為和，風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)電壓和注入電流分別為u ’和i ’，u ’=?[ u1 ’, u2 ’,…, un’]t,i ’=?[ i1 ’, i2 ’,…, in’]t； n為風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組數(shù)； un’表示第n組風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)點(diǎn)電壓， in’表示第n組風(fēng)機(jī)的并網(wǎng)點(diǎn)注入電流；列寫集電網(wǎng)絡(luò)方程如下：

23、；

24、式中，yzz表示不考慮風(fēng)電機(jī)組情況下的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；yzp表示不考慮風(fēng)電機(jī)組情況下風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)與pcc公共連接點(diǎn)之間的互導(dǎo)納向量；ypz表示不考慮風(fēng)電機(jī)組情況下pcc公共連接點(diǎn)與風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)之間的互導(dǎo)納向量；ypp表示pcc公共連接點(diǎn)的自導(dǎo)納；表示由風(fēng)電機(jī)組對并網(wǎng)點(diǎn)提供的注入電流，建立方程組如下：

25、；

26、式中，i為風(fēng)電機(jī)組機(jī)端變壓器高壓側(cè)注入電流；表示移相變壓器變比的共軛；表示第1,2,…,n組風(fēng)機(jī)的移相變壓器變比的共軛；表示第1,2,…,n組風(fēng)機(jī)的機(jī)端變壓器高壓側(cè)注入電流；t表示向量的轉(zhuǎn)置；表示第n組風(fēng)機(jī)的移相變壓器變比的共軛；表示第n組風(fēng)機(jī)的機(jī)端變壓器高壓側(cè)注入電流；diag為diag函數(shù)，表示構(gòu)造對角矩陣；

27、基于風(fēng)電機(jī)組機(jī)端變壓器高壓側(cè)電壓u，建立方程組如下：

28、；

29、式中，i為風(fēng)電機(jī)組機(jī)端變壓器高壓側(cè)電壓，表示移相變壓器變比；表示第n組風(fēng)機(jī)的移相變壓器變比；表示第n組風(fēng)機(jī)的機(jī)端變壓器高壓側(cè)電壓；表示第1,2,…,n組風(fēng)機(jī)的移相變壓器變比，表示第1,2,…,n組風(fēng)機(jī)的機(jī)端變壓器高壓側(cè)電壓。

30、優(yōu)選地，步驟s2中，構(gòu)建集電網(wǎng)絡(luò)變換后的節(jié)點(diǎn)電壓方程，結(jié)合ward等值法以及多端口網(wǎng)絡(luò)h參數(shù)變換法，求解得到改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的具體方法包括：

31、s202，通過聯(lián)立方程組并結(jié)合ward等值法以及多端口網(wǎng)絡(luò)h參數(shù)變換法，求解改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣：

32、聯(lián)立步驟s201中的網(wǎng)絡(luò)方程和方程組：

33、；

34、消掉風(fēng)電機(jī)組機(jī)端變壓器高壓側(cè)的同群節(jié)點(diǎn)，公式變換為：

35、；

36、；

37、；

38、；

39、；

40、式中，為第k個分群等值風(fēng)電機(jī)組的移相變壓器與第 i個風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)的等值變比；表示等值風(fēng)電機(jī)組的機(jī)端變壓器高壓側(cè)注入電流矢量，表示第k個分群等值風(fēng)電機(jī)組的機(jī)端變壓器高壓側(cè)注入電流；表示等值風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)點(diǎn)電壓矢量；表示第k個分群等值風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)電壓；表示等值風(fēng)電機(jī)組等值移相變壓器的變比矩陣，其元素為；表示的共軛；表示的轉(zhuǎn)置；m表示風(fēng)電場內(nèi)風(fēng)電機(jī)組分群總數(shù)量；

41、當(dāng)i’=?0時，通過ward等值法，將公式變換為：

42、；

43、進(jìn)一步簡化為多端口網(wǎng)絡(luò)h參數(shù)形式，且h12≠h21t：

44、；

45、；

46、將多端口網(wǎng)絡(luò)的h參數(shù)形式轉(zhuǎn)換為y參數(shù)形式，得到等效網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣ynet如下：

47、；

48、；

49、式中，為等效網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣。

50、進(jìn)一步地，對于該等效網(wǎng)絡(luò)而言，將一個實(shí)際復(fù)雜的風(fēng)電場簡化為一個或多個等效的風(fēng)電機(jī)組所形成的網(wǎng)絡(luò)模型，稱之為等效網(wǎng)絡(luò)；這種等效模型能夠反映風(fēng)電場對電網(wǎng)的主要影響，如功率輸出、電壓穩(wěn)定性等，同時減少計算量和復(fù)雜度；通過等值模型，可以更方便地評估風(fēng)電場接入電網(wǎng)后的性能表現(xiàn)和潛在影響。

51、優(yōu)選地，步驟s2中，構(gòu)建集電網(wǎng)絡(luò)變換后的節(jié)點(diǎn)電壓方程，結(jié)合ward等值法以及多端口網(wǎng)絡(luò)h參數(shù)變換法，求解得到改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的具體方法包括：

52、s203，構(gòu)造含變壓器支路的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣：

53、由步驟s202中h12≠h21t可知，步驟s202中求解的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣是不對稱的，沒有對應(yīng)的等效網(wǎng)絡(luò)；因此本發(fā)明構(gòu)造一個盡可能接近于的等效節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣ynet'：

54、根據(jù)構(gòu)造節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣ynet'：

55、；

56、式中 ypk表示第k個分群等值風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)點(diǎn)與pcc公共連接點(diǎn)之間移相變壓器的支路導(dǎo)納；表示風(fēng)電場分群序列集合，,m等于分群數(shù)；符號表示取差集；比如表示從原集合中剔除元素1；為下標(biāo)，表示pcc公共連接點(diǎn)；，，，，，，，，，，，均為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣中的元素；

57、構(gòu)造非線性方程組如下：

58、；

59、式中，ynet,ij和ynet,ij′分別表示矩陣ynet和ynet′的第i行第j列的元素；該式可以用newton-raphson法快速求解。

60、優(yōu)選地，步驟s3中，基于變壓器π型等值法，對改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的變壓器參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到風(fēng)機(jī)等值參數(shù)具體方法為：

61、對于阻抗為yk，變換比為1: tk的變壓器支路，導(dǎo)納矩陣如下：

62、；

63、不含變壓器支路的等效三機(jī)圖的等效電路圖中對地導(dǎo)納 yi0和支路阻抗計算式如下：

64、；

65、；

66、式中, i∈ωn=?{ p,1,2,…, m}； i+表示ωn中元素 i之后的元素集合，例如 p+={1,2,…,m}； i-表示ωn中元素 i之前的元素集合，例如 p-=??；表示第i臺等值風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)和第j臺等值風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)之間的互導(dǎo)納；表示第k臺等值風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)與pcc公共連接點(diǎn)節(jié)點(diǎn)之間導(dǎo)納； kpk表示第k個分群等值風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)點(diǎn)與pcc公共連接點(diǎn)之間移相變壓器的變比， ypk表示相應(yīng)移相變壓器的支路導(dǎo)納； yij，如 y12、 y23，表示第 i個等值風(fēng)電機(jī)組機(jī)端變壓器高壓側(cè)與第 j個等值風(fēng)電機(jī)組機(jī)端變壓器高壓側(cè)之間的導(dǎo)納； kij，如 k12、 k23，表示相應(yīng)移相變壓器的變比；表示第k臺等值風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)與第i臺等值風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)之間的互導(dǎo)納，表示對應(yīng)移相變壓器的變比。

67、本發(fā)明的有益效果如下：

68、1，本技術(shù)通過引入移相變壓器對風(fēng)電機(jī)群進(jìn)行集電網(wǎng)絡(luò)變換，與常規(guī)將移相變壓器轉(zhuǎn)換為非移相變壓器進(jìn)而直接列寫節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣方法相比，本技術(shù)直接針對引入移相變壓器變換后的集電網(wǎng)絡(luò)，列寫改進(jìn)后的節(jié)點(diǎn)電壓方程，通過聯(lián)立方程組并結(jié)合ward等值、多端口網(wǎng)絡(luò)h參數(shù)變換，來求解節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，避免了動態(tài)誤差；進(jìn)而采用變壓器π型等值對所求解的改進(jìn)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣的變壓器參數(shù)部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到風(fēng)機(jī)等值參數(shù)。

69、2，本技術(shù)將整個風(fēng)電場簡化為多個等值風(fēng)電機(jī)組，并確保等值模型能夠準(zhǔn)確地反映風(fēng)電場在電力系統(tǒng)中的動態(tài)和靜態(tài)行為；簡化的等值模型能夠顯著減少計算時間和所需的計算資源，使得電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析、故障模擬、規(guī)劃研究等過程更加高效；等值后的風(fēng)電場模型更容易進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和動態(tài)性能的分析，也更方便進(jìn)行電力系統(tǒng)的控制策略設(shè)計和優(yōu)化；等值模型有助于電力公司進(jìn)行電網(wǎng)規(guī)劃和運(yùn)行決策，包括電力潮流計算、電壓穩(wěn)定分析、故障恢復(fù)策略制定等。