風(fēng)電場電力系統(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)電場的無功功率特性與風(fēng)電場的有功功率特性有關(guān)。風(fēng)電場有功輸出較低時， 輸電線路輕載，線路充電無功過剩，風(fēng)力發(fā)電機組應(yīng)吸收無功功率。若風(fēng)力發(fā)電機組吸收的 無功功率不足，則風(fēng)電場將向電網(wǎng)注入無功，并可能出現(xiàn)高電壓問題。而風(fēng)電場有功輸出增 大時，輸電線路重載，消耗的感性無功隨之增加，線路充電無功不足W抵消線路及主變等元 件消耗的感性無功，風(fēng)力發(fā)電機組應(yīng)發(fā)出無功功率。若風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)出的無功功率不足， 則風(fēng)電場將從電網(wǎng)吸收無功。若風(fēng)電場從電網(wǎng)吸收無功，可能引起風(fēng)電場電壓跌落。因此， 當(dāng)電網(wǎng)無功不足，風(fēng)電機組有功出力大發(fā)或滿發(fā)時可能存在電壓穩(wěn)定問題，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，通過選擇一定的連續(xù)化參數(shù)W保證 臨界點及其附近潮流計算的收斂性，并引入預(yù)測、校正及步長調(diào)整等機制，W盡可能地減少 計算過程所需的迭代次數(shù)，減小計算量。它在A-V曲線的每一點均反復(fù)迭代，計算出準(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)上增加一個方程，同時將A當(dāng) 作變量，從而使雅可比矩陣的右下方加上一行一列，擴展后的雅可比矩陣即使在臨界點處 仍然是良態(tài)的;但是，其左上角部分在臨界點處卻仍是奇異的，故連續(xù)潮流計算在臨界點附 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)明實施例提供了一種風(fēng)電場電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析方法，W解決現(xiàn)有技術(shù) 中連續(xù)潮流計算在臨界點附近的收斂性難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展電力系統(tǒng)的 潮流方程，對擴展后的電力系統(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)點當(dāng)作注入功率及電壓幅值均指定的節(jié)點處理時的潮流雅可比矩陣；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)測方向；根據(jù)所述預(yù)測方 向和預(yù)設(shè)的步長，確定預(yù)測點;根據(jù)所述預(yù)測點分析風(fēng)電場電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定情況。
[0006] 在一個實施例中，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；J"是修正后的 Jkx'. b.k - 擴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)荷增長方 向；bk為b的第k個元素;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個元素;fkx^為函數(shù)fk(x)對的梯度向量；A 是與對應(yīng)的變化向量，AA 是風(fēng)電出力水平如勺變化量。
[0009] 在一個實施例中，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)前次潮流計算后，通過W下公式預(yù)測下一次潮流計算的潮流解，并將預(yù)測的潮 流解作為下一次潮流計算的初值： -f WfAxI 「〇 -
[0010] A A3 = 1 t 片' 0 Avi - 1
[0011]其中，tk是第k個元素為1，其余元素為0的列向量;b是負(fù)荷增長方向；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]在一個實施例中，通過W下公式計算所述預(yù)設(shè)的步長： 巧
[001 引 & = &曲抵/max (托)
[0014] 其中，h為預(yù)設(shè)的步長;hmax為常數(shù);y功預(yù)測方向y的第i個分量，n是正整數(shù)。
[0015] 本發(fā)明實施例還提供了一種風(fēng)電場電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析裝置，W解決現(xiàn)有技 術(shù)中連續(xù)潮流計算在臨界點附近的收斂性難W得到有效保證、算法的可靠性受到較大影響 的技術(shù)問題。該裝置包括:方程擴展修正模塊，用于選擇連續(xù)化參數(shù)形成新的方程，利用所 述新的方程擴展電力系統(tǒng)的潮流方程，對擴展后的電力系統(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)點當(dāng)作注入功率及電壓幅值均指定的節(jié)點處理 時的潮流雅可比矩陣;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)測方向；確定模塊，用于根據(jù)所述預(yù)測方向和預(yù)設(shè)的步長，確定預(yù)測點； 分析模塊，用于根據(jù)所述預(yù)測點分析風(fēng)電場電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定情況。
[0016] 在一個實施例中，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；，J"是修正后 _/iV h_ 的擴展的電力系統(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)荷增長方向b;bk為b的第k個元素;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個元素;為函數(shù)fk(x)對的梯度向量；A 是與對應(yīng)的變 化向量，A A是風(fēng)電出力水平A的變化量。
[0019] 在一個實施例中，所述求解模塊，具體用于當(dāng)前次潮流計算后，通過W下公式預(yù)測 下一次潮流計算的潮流解，并將預(yù)測的潮流解作為下一次潮流計算的初值： f bTM:1 「O
[0020] /7 。=, t& 0 A 義 -1
[0021] 其中，tk是第k個元素為1，其余元素為0的列向量;b是負(fù)荷增長方向；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] 在一個實施例中，還包括：步長計算模塊，用于通過W下公式計算所述預(yù)設(shè)的步 長： n
[002；3]々二 A,,…''max (.、，,）
[0024] 其中，h為預(yù)設(shè)的步長;hmax為常數(shù);y功預(yù)測方向y的第i個分量，n是正整數(shù)。
[0025] 在本發(fā)明實施例中，通過利用新的方程來擴展電力系統(tǒng)的潮流方程，使得擴展后 的潮流方程為可求得定值解的方程，并通過對擴展后的電力系統(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（即電壓幅值下降最大的節(jié)點）當(dāng) 作PV節(jié)點（即注入功率及電壓幅值均指定的節(jié)點）處理時的潮流雅可比矩陣，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)在臨界點及其附近也為 非奇異，解決了擴展潮流雅可比矩陣左上角部分矩陣（即潮流雅可比矩陣)臨界點處的奇異 問題，克服了潮流雅可比矩陣臨界點處奇異及其附近病態(tài)給數(shù)值計算帶來的不良影響，擴 展修正方程的計算精度可W得到有效保證，連續(xù)潮流計算在臨界點附近的收斂性大大提 高，增加了算法的可靠性。
【附圖說明】
[0026] 此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中：
[0027] 圖1是本發(fā)明實施例提供的一種風(fēng)電場電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析方法的流程圖；
[0028] 圖2是本發(fā)明實施例提供的一種逐點計算法的說明示意圖；
[0029] 圖3是本發(fā)明實施例提供的一種弧長連續(xù)法的說明示意圖；
[0030] 圖4是本發(fā)明實施例提供的一種同倫連續(xù)法的說明示意圖；
[0031] 圖5是本發(fā)明實施例提供的一種局部參數(shù)連續(xù)法的說明示意圖；
[0032] 圖6是本發(fā)明實施例提供的一種考慮無功限制時的A-V曲線示意圖之一；
[0033] 圖7是本發(fā)明實施例提供的一種考慮無功限制時的A-V曲線示意圖之二；
[0034] 圖8是本發(fā)明實施例提供的一種考慮無功限制時的A-V曲線示意圖之
[0035] 圖9是本發(fā)明實施例提供的一種風(fēng)電場電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定分析裝置的結(jié)構(gòu)框 圖。
【具體實施方式】
[0036] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施方式和附圖，對 本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。在此，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明用于解釋本發(fā)明，但并 不作為對本發(fā)明的限定。
[0037] 在本發(fā)明實施例中，提供了一種風(fēng)電場電力系統(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展電力系統(tǒng)的潮流 方程，對擴展后的電力系統(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)點當(dāng)作注入功率及電壓幅值均指定的節(jié)點處理時的潮流雅可比矩陣；
[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)測方向；
[0040] 步驟103:根據(jù)所述預(yù)測方向和預(yù)設(shè)的步長，確定預(yù)測點；
[0041] 步驟104:根據(jù)所述預(yù)測點分析風(fēng)電場電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定情況。
[0042] 由圖1所