阅读说明：本技术 一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法及装置 (Method and device for evaluating oscillation risk of wind power plant convergence system ) 是由 赵岳恒 胡凯 周俊东 陈宇 钱纹 王志敏 王凌谊 张秀钊 刘民伟 赵爽 于 2019-10-28 设计创作，主要内容包括：本申请实施例公开了一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法及装置,在该方法中,首先获取风电场汇集系统的规划方案,然后针对次/超同步频段,获取风电场汇集系统规划方案的所有谐振模式,以及获取所有谐振模式中的衰减因子,根据所述衰减因子的大小,判断每一种电网规划方案以及每一种风电场并网规划方案是否存在振荡风险,并且评估每一种电网规划方案以及所述每一种风电场并网规划方案的稳定性。本申请公开的方法中针对每一种电网规划方案以及风电场并网规划方案进行分析,不仅能够判断每种方案是否存在振荡风险,还能评估每种方案的稳定性,为实际风电场并网操作选取稳定性较好的规划方案,具备较强的工程实用性。(The embodiment of the application discloses a method and a device for evaluating oscillation risk of a wind power plant collection system. According to the method, each power grid planning scheme and each wind power plant grid-connected planning scheme are analyzed, whether oscillation risks exist in each scheme can be judged, the stability of each scheme can be evaluated, the planning scheme with good stability is selected for actual wind power plant grid-connected operation, and the method has strong engineering practicability.)

一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法及装置

技术领域

本申请涉及风电场并网技术领域，尤其涉及一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法及装置。

背景技术

目前，风力发电在我国正处于快速发展的状态，大型风力发电机直接并入电网运行，能够向电网输送强大的电力。将风电场并入电网形成的风电场汇集系统存在振荡风险，我国西北部地区的风电场汇集系统曾发生多起因发生次/超同步振荡而导致的振荡事故，这些振荡事故造成电力系统存在巨大不稳定风险，因此，为保障电力系统的安全稳定运行，在风电场汇集系统投入运营之前，需要对风电场并网的规划方案进行次/超同步振荡风险评估。

风电场并网时，关于电网线路的改接和风电场接入节点存在多种规划方案，不同规划方案发生振荡风险的可能性不同，也就是说不同的规划方案下形成的风电场汇集系统稳定性不同。目前，针对风电场汇集系统的振荡风险评估方式，大多集中于分析风电场汇集系统的次/超同振荡机理。具体的，通过研究风电场汇集系统的次/超同步振荡机理，使用频率扫描法判断风电场汇集系统是否存在振荡风险。

针对不同规划方案下的风电场汇集系统，利用频率扫描法只能判断出其是否存在振荡风险，而不能评估各自的稳定性。实际应用中，若存在多种规划方案没有振荡风险，最好采取稳定性最强的规划方案进行风电场并网操作，然而由于频率扫描法无法评估规划方案的稳定性，因而无法为实际风电场并网操作选取稳定性较好的规划方案。

发明内容

为了解决频率扫描法无法评估规划方案的稳定性，因而无法为实际风电场并网操作选取稳定性较好的规划方案的问题，本申请通过以下实施例公开了一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法及装置。

本申请第一方面公开了一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法，包括：

获取风电场汇集系统的规划方案，所述风电场汇集系统的规划方案包括多种电网规划方案以及多种风电场并网规划方案，所述电网规划方案包括电网的网架规划以及电网中电力设备的参数，所述风电场并网规划方案包括风电场的并网点位置规划以及风电场中设备参数；

针对次/超同步频段，获取风电场汇集系统规划方案的所有谐振模式，所述谐振模式包括每一种电网规划方案的谐振模式以及每一种风电网并网规划方案的谐振模式；

获取所有谐振模式中的衰减因子；

根据所述衰减因子的大小，判断每一种电网规划方案以及每一种风电场并网规划方案是否存在振荡风险，并且评估所述每一种电网规划方案以及所述每一种风电场并网规划方案的稳定性。

可选的，所述针对次/超同步频段，获取风电场汇集系统规划方案的所有谐振模式，包括：

针对次/超同步频段，获取每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，以及，针对次/超同步频段，获取每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路；

根据所述每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，构建每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵，以及，根据所述每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，构建每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵；

获取s域节点导纳矩阵的行列式零根，所述行列式零根包括所述每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵行列式零根以及所述每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵行列式零根；

根据所述s域节点导纳矩阵的行列式零根，获取每一种电网规划方案的所有谐振模式以及每一种风电网并网规划方案的所有谐振模式。

可选的，所述获取所有谐振模式中的衰减因子包括：

获取所述s域节点导纳矩阵的行列式零根的实部相反数；

根据所述s域节点导纳矩阵的行列式零根的实部相反数，获取每一种电网规划方案中的所有谐振模式的衰减因子以及每一种风电网并网规划方案中的所有谐振模式的衰减因子。

可选的，所述根据所述衰减因子的大小，判断每一种电网规划方案以及每一种风电场并网规划方案是否存在振荡风险，并且评估所述每一种电网规划方案以及所述每一种风电场并网规划方案的稳定性，包括：

获取目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子以及目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子，其中，所述目标电网规划方案为任一种电网规划方案，所述目标风电场并网规划方案为任一种风电场并网规划方案；

判断所述目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子是否小于0，若是，则判定所述目标电网规划方案存在振荡风险；判断所述目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子是否小于0，若是，则判定所述目标风电场并网规划方案存在振荡风险；

根据所述目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子大小，评估所述目标电网规划方案的稳定性；根据所述目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子大小，评估所述目标风电场并网规划方案的稳定性。

可选的，所述次/超同步频段的范围为10Hz-100Hz。

本申请第二方面公开了一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的装置，该装置应用于本申请第一方面公开的一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法，该装置包括：

规划方案获取模块，用于获取风电场汇集系统的规划方案，所述风电场汇集系统的规划方案包括多种电网规划方案以及多种风电场并网规划方案，所述电网规划方案包括电网的网架规划以及电网中电力设备的参数，所述风电场并网规划方案包括风电场的并网点位置规划以及风电场中设备参数；

谐振模式获取模块，用于针对次/超同步频段，获取风电场汇集系统规划方案的所有谐振模式，所述谐振模式包括每一种电网规划方案的谐振模式以及每一种风电网并网规划方案的谐振模式；

衰减因子计算模块，用于获取所有谐振模式中的衰减因子；

风险评估模块，用于根据所述衰减因子的大小，判断每一种电网规划方案以及每一种风电场并网规划方案是否存在振荡风险，并且评估所述每一种电网规划方案以及所述每一种风电场并网规划方案的稳定性。

可选的，所述谐振模式获取模块包括：

s域等效电路建立单元，用于针对次/超同步频段，获取每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，以及，针对次/超同步频段，获取每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路；

s域节点导纳矩阵构建单元，用于根据所述每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，构建每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵，以及，根据所述每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，构建每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵；

零根计算单元，用于获取s域节点导纳矩阵的行列式零根，所述行列式零根包括所述每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵行列式零根以及所述每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵行列式零根；

谐振模式获取单元，用于根据所述s域节点导纳矩阵的行列式零根，获取每一种电网规划方案的所有谐振模式以及每一种风电网并网规划方案的所有谐振模式。

可选的，所述衰减因子计算模块包括：

相反数计算单元，用于获取所述s域节点导纳矩阵的行列式零根的实部相反数；

衰减因子获取单元，用于根据所述s域节点导纳矩阵的行列式零根的实部相反数，获取每一种电网规划方案中的所有谐振模式的衰减因子以及每一种风电网并网规划方案中的所有谐振模式的衰减因子。

可选的，所述风险评估模块包括：

最小衰减因子获取单元，用于获取目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子以及目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子，其中，所述目标电网规划方案为任一种电网规划方案，所述目标风电场并网规划方案为任一种风电场并网规划方案；

风险判断单元，用于判断所述目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子是否小于0，若是，则判定所述目标电网规划方案存在振荡风险；判断所述目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子是否小于0，若是，则判定所述目标风电场并网规划方案存在振荡风险；

稳定性评估单元，用于根据所述目标电网规划方案的所有谐振模式中的最小衰减因子大小，评估所述目标电网规划方案的稳定性；根据所述目标风电场并网规划方案的的所有谐振模式中的最小衰减因子大小，评估所述目标风电场并网规划方案的稳定性。

本申请实施例公开了一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法及装置，在该方法中，首先获取风电场汇集系统的规划方案，然后针对次/超同步频段，获取风电场汇集系统规划方案的所有谐振模式，以及获取所有谐振模式中的衰减因子，根据所述衰减因子的大小，判断每一种电网规划方案以及每一种风电场并网规划方案是否存在振荡风险，并且评估所述每一种电网规划方案以及所述每一种风电场并网规划方案的稳定性。本申请公开的方法中针对每一种电网规划方案以及风电场并网规划方案进行分析，不仅能够判断每种方案是否存在振荡风险，还能评估每种方案的稳定性，为实际风电场并网操作选取稳定性较好的规划方案，具备较强的工程实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法的工作流程示意图；

图2为本申请实施例公开的一种风电场汇集系统的电气结构示意图；

图3为本申请实施例公开的电网规划方案的示意图；

图4为本申请实施例公开的风电场并网规划方案的示意图；

图5为本申请实施例公开的一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的装置的结构示意图。

具体实施方式

为了解决频率扫描法无法评估规划方案的稳定性，因而无法为实际风电场并网操作选取稳定性较好的规划方案的问题，本申请通过以下实施例公开了一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法及装置。

本申请第一实施例公开了一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法，参见图1所示，该方法包括：

步骤S11，获取风电场汇集系统的规划方案，所述风电场汇集系统的规划方案包括多种电网规划方案以及多种风电场并网规划方案，所述电网规划方案包括电网的网架规划以及电网中电力设备(相关变压器以及线路等)的参数，所述风电场并网规划方案包括风电场的并网点位置规划以及风电场中设备参数(风电场的装机容量及设备类型等)。

步骤S12，针对次/超同步频段，获取风电场汇集系统规划方案的所有谐振模式，所述谐振模式包括每一种电网规划方案的谐振模式以及每一种风电网并网规划方案的谐振模式。

步骤S13，获取所有谐振模式中的衰减因子。

步骤S14，根据所述衰减因子的大小，判断每一种电网规划方案以及每一种风电场并网规划方案是否存在振荡风险，并且评估所述每一种电网规划方案以及所述每一种风电场并网规划方案的稳定性。

本申请上述实施例公开了一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法，在该方法中，首先获取风电场汇集系统的规划方案，然后针对次/超同步频段，获取风电场汇集系统规划方案的所有谐振模式，以及获取所有谐振模式中的衰减因子，根据所述衰减因子的大小，判断每一种电网规划方案以及每一种风电场并网规划方案是否存在振荡风险，并且评估所述每一种电网规划方案以及所述每一种风电场并网规划方案的稳定性。本申请公开的方法中针对每一种电网规划方案以及风电场并网规划方案进行分析，不仅能够判断每种方案是否存在振荡风险，还能评估每种方案的稳定性，为实际风电场并网操作选取稳定性较好的规划方案，具备较强的工程实用性。

进一步的，所述针对次/超同步频段，获取风电场汇集系统规划方案的所有谐振模式，包括：

针对次/超同步频段，获取每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，以及，针对次/超同步频段，获取每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，其中，所述次/超同步频段的范围为10Hz-100Hz。

根据所述每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，构建每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵，以及，根据所述每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，构建每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵。

获取s域节点导纳矩阵的行列式零根，所述行列式零根包括所述每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵行列式零根以及所述每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵行列式零根。

s域节点导纳矩阵的行列式零根即为电力系统的网络谐振模式，其实部反映了谐振模式的阻尼，而其虚部反映了谐振模式的频率。

根据所述s域节点导纳矩阵的行列式零根，获取每一种电网规划方案的所有谐振模式以及每一种风电网并网规划方案的所有谐振模式。

进一步的，所述获取所有谐振模式中的衰减因子包括：

获取所述s域节点导纳矩阵的行列式零根的实部相反数。

根据所述s域节点导纳矩阵的行列式零根的实部相反数，获取每一种电网规划方案中的所有谐振模式的衰减因子以及每一种风电网并网规划方案中的所有谐振模式的衰减因子。

进一步的，所述根据所述衰减因子的大小，判断每一种电网规划方案以及每一种风电场并网规划方案是否存在振荡风险，并且评估所述每一种电网规划方案以及所述每一种风电场并网规划方案的稳定性，包括：

获取目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子以及目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子，其中，所述目标电网规划方案为任一种电网规划方案，所述目标风电场并网规划方案为任一种风电场并网规划方案。

判断所述目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子是否小于0，若是，则判定所述目标电网规划方案存在振荡风险；判断所述目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子是否小于0，若是，则判定所述目标风电场并网规划方案存在振荡风险。

根据所述目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子大小，评估所述目标电网规划方案的稳定性；根据所述目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子大小，评估所述目标风电场并网规划方案的稳定性。

接下来以基于IEEE 9节点系统改造的风电场汇集系统为例对本申请公开的方案进行具体说明，该风电场汇集系统的电气结构示意图如图2所示，图2中的Bus 1-Bus 10分别指节点1-节点10，A处的风电机为装机容量80MW，直驱型风力发电机。

首先，获取风电场汇集系统规划方案。

获取电网规划方案。参见图3，该风电场汇集系统中存在三种电网规划方案，电网规划1：将节点7和节点8之间的联络线以及节点7和节点5之间的联络线改为双回线，所增加线路的参数与原线路相同；电网规划2：将节点9和节点8之间的联络线以及节点9和节点6之间的联络线改为双回线，所增加线路的参数与原线路相同；电网规划3：将节点4和节点5之间的联络线以及节点4和节点6之间的联络线改为双回线，所增加线路的参数与原线路相同。

获取风电场并网规划方案。参见图4，该风电场汇集系统中存在三种风电场并网规划方案，图4中，a表示风电场规划1，即新建风电场在节点9并网，装机容量为80MW，风电机组类型为直驱型风力发电机；b表示风电场规划2，即新建风电场在节点6并网，装机容量为80MW，风电机组类型为直驱型风力发电机；c表示风电场规划3，即新建风电场在节点4并网，装机容量为80MW，风电机组类型为直驱型风力发电机。

其次，对该风电场汇集系统在次/超同步频段内的谐振结构进行分析。

针对次/超同步频段(10Hz-100 Hz)，建立每一种电网规划方案以及风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，并构建s域等效电路对应的s域节点导纳矩阵，通过计算s域节点导纳矩阵的行列式零根来确定不同电网规划方案和不同风电场并网规划方案下的风电场汇集系统在次/超同步频段内所有的谐振模式。分析结果如下：

在电网规划1下的风电场汇集系统在次/超同步频段内存在1个谐振模式，谐振频率为75.4Hz，衰减因子为4.6737s^-1。

在电网规划2下的风电场汇集系统在次/超同步频段内存在1个谐振模式，谐振频率为75.3Hz，衰减因子为4.9277s^-1。

在电网规划3下的风电场汇集系统在次/超同步频段内存在1个谐振模式，谐振频率为75.4Hz，衰减因子为3.0634s^-1。

在风电场并网规划1下的风电场汇集系统在次/超同步频段内存在2个谐振模式，谐振频率分别为72.9Hz和79.2Hz，衰减因子分别为-1.7845s^-1和1.9210s^-1。

在风电场并网规划2下的风电场汇集系统在次/超同步频段内存在2个谐振模式，谐振频率分别为73.1Hz和78.2Hz，衰减因子分别为1.2555s^-1和0.2430s^-1。

在风电场并网规划3下的风电场汇集系统在次/超同步频段内存在2个谐振模式，谐振频率分别为73.5Hz和78.3Hz，衰减因子分别为1.7706s^-1和0.2400s^-1。

上述分析中，建立s域等效电路、构建s域节点导纳矩阵以及计算s域节点导纳矩阵的行列式零根的数学计算过程均可以通过现有技术实现，本申请实施例不进行详细介绍。

然后，对该风电场汇集系统的次/超同步振荡风险进行判断以及评估。

统计上述所得谐振模式的衰减因子，比较衰减因子的大小，可得不同电网规划方案下和不同风电场并网规划方案下风电场汇集系统在次/超同步频段内所有谐振模式的最小衰减因子。经统计可知，电网规划方案1-3和风电场并网规划方案1-3下风电场汇集系统的最小衰减因子分别为4.6737s^-1，4.9277s^-1，3.0634s^-1，-1.7845s^-1，0.2430s^-1，0.2400s^-1。然后，根据最小衰减因子指标可对风电场汇集系统的次/超同步振荡风险进行评估。若最小衰减因子小于零，则表明风电场汇集系统存在次/超同步振荡风险；若最小衰减因子大于零，则表明风电场汇集系统不存在次/超同步振荡风险，而且最小衰减因子的数值越大，表明系统的稳定性越强。因此，从最小衰减因子的大小来看，风电场汇集系统仅在风电场并网规划1下会存在次/超同步振荡风险，而在其他规划下均不存在次/超同步振荡风险，而且风电场汇集系统在电网规划2下的稳定性最强，在风电场并网规划3下的稳定性最弱。

最后，基于上述分析结果，为风电场并网工程的建设提供具体的参考和指导，实际风电场并网操作中，可选取稳定性最强的电网规划方案以及风电场并网规划方案进行实施。

下述为本申请公开的装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。

本申请第二实施例公开了一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的装置，该装置应用于本申请第一实施例公开的一种用于评估风电场汇集系统振荡风险的方法，参见图5所示，该装置包括：

规划方案获取模块10，用于获取风电场汇集系统的规划方案，所述风电场汇集系统的规划方案包括多种电网规划方案以及多种风电场并网规划方案，所述电网规划方案包括电网的网架规划以及电网中电力设备的参数，所述风电场并网规划方案包括风电场的并网点位置规划以及风电场中设备参数。

谐振模式获取模块20，用于针对次/超同步频段，获取风电场汇集系统规划方案的所有谐振模式，所述谐振模式包括每一种电网规划方案的谐振模式以及每一种风电网并网规划方案的谐振模式。

衰减因子计算模块30，用于获取所有谐振模式中的衰减因子。

风险评估模块40，用于根据所述衰减因子的大小，判断每一种电网规划方案以及每一种风电场并网规划方案是否存在振荡风险，并且评估所述每一种电网规划方案以及所述每一种风电场并网规划方案的稳定性。

进一步的，所述谐振模式获取模块20包括：

s域等效电路建立单元，用于针对次/超同步频段，获取每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，以及，针对次/超同步频段，获取每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路。

s域节点导纳矩阵构建单元，用于根据所述每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，构建每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵，以及，根据所述每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域等效电路，构建每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵。

零根计算单元，用于获取s域节点导纳矩阵的行列式零根，所述行列式零根包括所述每一种电网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵行列式零根以及所述每一种风电场并网规划方案下的风电场汇集系统的s域节点导纳矩阵行列式零根。

谐振模式获取单元，用于根据所述s域节点导纳矩阵的行列式零根，获取每一种电网规划方案的所有谐振模式以及每一种风电网并网规划方案的所有谐振模式。

进一步的，所述衰减因子计算模块30包括：

相反数计算单元，用于获取所述s域节点导纳矩阵的行列式零根的实部相反数。

衰减因子获取单元，用于根据所述s域节点导纳矩阵的行列式零根的实部相反数，获取每一种电网规划方案中的所有谐振模式的衰减因子以及每一种风电网并网规划方案中的所有谐振模式的衰减因子。

进一步的，所述风险评估模块40包括：

最小衰减因子获取单元，用于获取目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子以及目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子，其中，所述目标电网规划方案为任一种电网规划方案，所述目标风电场并网规划方案为任一种风电场并网规划方案。

风险判断单元，用于判断所述目标电网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子是否小于0，若是，则判定所述目标电网规划方案存在振荡风险；判断所述目标风电场并网规划方案中的所有谐振模式的最小衰减因子是否小于0，若是，则判定所述目标风电场并网规划方案存在振荡风险。

稳定性评估单元，用于根据所述目标电网规划方案的所有谐振模式中的最小衰减因子大小，评估所述目标电网规划方案的稳定性；根据所述目标风电场并网规划方案的的所有谐振模式中的最小衰减因子大小，评估所述目标风电场并网规划方案的稳定性。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。