阅读说明：本技术 一种确定特高压直流送端新能源最大占比的方法及系统 (Method and system for determining maximum ratio of new energy at extra-high voltage direct current sending end ) 是由 王铁柱 汪梦军 马士聪 张曦 曾思成 郭剑波 赵兵 王姗姗 王天昊 于光耀 马世 于 2019-10-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种确定特高压直流送端新能源最大占比的方法及系统,属于电力系统运行控制技术领域。本发明方法包括：将特高压直流送端交流系统交流主网等值为等值交流系统,特高压直流送端交流系统近区配套新能源机组等值为近区等值新能源系统,获取等值参数；确定特高压直流送端交流系统近区新能源占比；根据新能源占比确定特高压直流送端交流系统暂态压升；获取特高压直流送端交流系统新能源最大占比。本发明可用于实际电网的分析和运行,可以在保证计算结果准确性的同时,简化分析计算难度,具有较高的工程适用性,可以有效保障电网的安全、稳定运行。(The invention discloses a method and a system for determining the maximum ratio of new energy at an extra-high voltage direct current sending end, and belongs to the technical field of operation control of power systems. The method comprises the following steps: the method comprises the steps that an alternating-current main network of an extra-high voltage direct-current sending end alternating-current system is equivalent to an equivalent alternating-current system, a new energy unit equivalent matched with the extra-high voltage direct-current sending end alternating-current system in a near area is equivalent to a new energy system in the near area, and equivalent parameters are obtained; determining the new energy ratio of the near area of the extra-high voltage direct current sending end alternating current system; determining the transient voltage rise of an extra-high voltage direct current sending end alternating current system according to the new energy ratio; and acquiring the maximum ratio of new energy of the extra-high voltage direct current sending end alternating current system. The method can be used for analyzing and operating the actual power grid, can simplify the analysis and calculation difficulty while ensuring the accuracy of the calculation result, has higher engineering applicability, and can effectively ensure the safe and stable operation of the power grid.)

一种确定特高压直流送端新能源最大占比的方法及系统

技术领域

本发明涉及电力系统运行控制技术领域，并且更具体地，涉及一种确定特高压直流送端新能源最大占比的方法及系统。

背景技术

我国的风、光资源主要集中在三北地区，负荷中心集中在华东和华中地区，风、光能源基地与负荷中心的距离在800公里到3000公里之间。特高压直流输电具备点对点、超远距离、大容量送电能力，是解决我国能源与电力负荷逆向分布问题、实施国家“西电东送”战略的核心技术。风电单独输送时，其不确定性将为电网安全稳定运行带来风险，且输电通道无法得到充分利用，经济性差；采用风电与近区火电“打捆”的方式混合外送，是较为理想的输电模式。

在实际运行过程中，当特高压直流发生换相失败或发生闭锁故障时，将会给送端电网带来较大的功率扰动，并伴随发生暂态过电压，可能引起近区新能源机组因耐高压能力不足而脱网。特高压直流换相失败引起的送端暂态过电压问题成为制约“风火打捆”直流送出能力与新能源接入能力的主要因素。

受制于大容量特高压直流换相失败引起的送端暂态过电压问题，直流送端的新能源占比不能无限增加，而是有一个系统可接纳的最大占比；对于考虑暂态过电压的直流送端新能源最大占比，目前并无实用化的确定方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种确定特高压直流送端新能源最大占比的方法，包括：

将特高压直流送端交流系统交流主网等值为等值交流系统，特高压直流送端交流系统近区配套新能源机组等值为近区等值新能源系统，获取等值等值参数；

获取近区新能源系统装机容量S_wind和直流系统换相失败前正常运行时输送的有功功率P_dc，根据S_wind和P_dc确定特高压直流送端交流系统近区新能源占比k_wind；

获取直流系统换相失败前正常运行时消耗的无功功率Q_dc和近区新能源系统进入低穿时发出的无功功率Q_wind、根据等值参数、Q_dc、Q_wind及新能源占比k_wind确定特高压直流送端交流系统暂态压升ΔU₂；

将特高压直流送端交流系统暂态压升ΔU₂作为特高压直流送端交流系统运行所允许的最大暂态压升ΔU_2MAX，根据ΔU_2MAX获取特高压直流送端交流系统新能源最大占比k_{wind_max}。

可选的，等值参数，包括：

交流系统的内电势U₁、交流系统送出的有功功率P₁、交流系统送出的无功功率Q₁、交流系统的等值阻抗Z_eq、交流系统注入特高压直流送端的有功功率P₂、交流系统注入特高压直流送端的无功功率Q₂、近区新能源系统注入特高压直流送端的有功功率P₃和近区新能源系统注入特高压直流送端的无功功率Q₃。

可选的，确定特高压直流送端交流系统近区新能源占比k_wind，确定公式如下：

可选的，确定特高压直流送端交流系统暂态过电压ΔU₂，具体为：

当特高压直流换相失败时，获取直流送端换流器暂态压升ΔU₂，公式如下：

其中，X_eq为交流系统的等值阻抗Z_eq的虚部，U₁为交流系统的内电势；确定直流系统换相失败前正常运行时消耗的无功功率Q_dc与直流系统换相失败前正常运行时输送的有功功率P_dc的比例k₁；

确定近区新能源系统进入低穿时发出的无功功率Q_wind与近区新能源系统装机容量S_wind的比例k₂，公式如下：

根据等值参数、k_wind、k₁及k₂确定新能源占比后的直流送端暂态压升ΔU₂，公式如下：

可选的，获取特高压直流送端交流系统新能源最大占比k_{wind_max}，获取公式如下；

本发明还提供了一种确定特高压直流送端新能源最大占比的系统，所述系统包括：

等值模块，将特高压直流送端交流系统交流主网等值为等值交流系统，特高压直流送端交流系统近区配套新能源机组等值为近区等值新能源系统，获取等值等值参数；

第一计算模块，获取近区新能源系统装机容量S_wind和直流系统换相失败前正常运行时输送的有功功率P_dc，根据S_wind和P_dc确定特高压直流送端交流系统近区新能源占比k_wind；

第二计算模块，获取直流系统换相失败前正常运行时消耗的无功功率Q_dc和近区新能源系统进入低穿时发出的无功功率Q_wind、根据等值参数、Q_dc、Q_wind及新能源占比k_wind确定特高压直流送端交流系统暂态压升ΔU₂；

第三计算模块，将特高压直流送端交流系统暂态压升ΔU₂作为特高压直流送端交流系统运行所允许的最大暂态压升ΔU_2MAX，根据ΔU_2MAX获取特高压直流送端交流系统新能源最大占比k_{wind_max}。

可选的，等值参数，包括：

交流系统的内电势U₁、交流系统送出的有功功率P₁、交流系统送出的无功功率Q₁、交流系统的等值阻抗Z_eq、交流系统注入特高压直流送端的有功功率P₂、交流系统注入特高压直流送端的无功功率Q₂、近区新能源系统注入特高压直流送端的有功功率P₃和近区新能源系统注入特高压直流送端的无功功率Q₃。

可选的，确定特高压直流送端交流系统近区新能源占比k_wind，确定公式如下：

可选的，确定特高压直流送端交流系统暂态过电压ΔU₂，具体为：

当特高压直流换相失败时，获取直流送端换流器暂态压升ΔU₂，公式如下：

其中，X_eq为交流系统的等值阻抗Z_eq的虚部，U₁为交流系统的内电势；确定直流系统换相失败前正常运行时消耗的无功功率Q_dc与直流系统换相失败前正常运行时输送的有功功率P_dc的比例k₁；

确定近区新能源系统进入低穿时发出的无功功率Q_wind与近区新能源系统装机容量S_wind的比例k₂，公式如下：

根据等值参数、k_wind、k₁及k₂确定新能源占比后的直流送端暂态压升ΔU₂，公式如下：

可选的，获取特高压直流送端交流系统新能源最大占比k_{wind_max}，获取公式如下；

本发明可用于实际电网的分析和运行，可以在保证计算结果准确性的同时，简化分析计算难度，具有较高的工程适用性，可以有效保障电网的安全、稳定运行。

附图说明

图1为本发明一种确定特高压直流送端新能源最大占比的方法特高压直流送端交流系统拓扑结构图；

图2为本发明一种确定特高压直流送端新能源最大占比的方法等值交流系统及近区新能源系统拓扑结构图；

图3为本发明一种确定特高压直流送端新能源最大占比的方法流程图；

图4为本发明一种确定特高压直流送端新能源最大占比的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种确定特高压直流送端新能源最大占比的方法，如图3所示，包括：

将特高压直流送端交流系统的交流主网等值为等值交流系统，特高压直流送端交流系统的近区配套新能源机组等值为近区等值新能源系统，获取等值参数；

特高压直流送端交流系统拓扑结构如图1所示，其中Wind_1～Wind_M为近区配套的M台风电机组，E_W1～E_WM表示风电机组等值端电压，Z_TW1～Z_TWN表示各风电机组对应升压变压器的等值阻抗，Z_{L_Wind}表示近区配套风电机组至特高压直流送端的输电线路等值阻抗；Gen_1～Gen_N为近区配套的N台火电机组，E_G1～E_GN表示发电机等值内电势，Z_G1～Z_GN表示相应机组的等值阻抗，Z_TG1～Z_TGN表示各机组对应升压变压器的等值阻抗，Z_{L_Gen}表示近区配套火电机组至特高压直流送端的输电线路等值阻抗；U_S表示交流主网等值内电势，Z_S表示交流主网等值阻抗，U₂表示特高压直流送端交流电压。

等值交流系统及近区新能源系统如图2所示，包括：

交流系统的内电势U₁、交流系统送出的有功功率P₁、交流系统送出的无功功率Q₁、交流系统的等值阻抗Z_eq、交流系统注入特高压直流送端的有功功率P₂、交流系统注入特高压直流送端的无功功率Q₂、近区新能源系统注入特高压直流送端的有功功率P₃和近区新能源系统注入特高压直流送端的无功功率Q₃。

等值交流系统及近区新能源系统中，U₁、P₁、Q₁、Z_eq、Z的取值如下所示：

其中，R_eq为Z_eq的实部，X_eq为Z_eq的虚部。

获取近区新能源系统装机容量S_wind和直流系统换相失败前正常运行时输送的有功功率P_dc，根据S_wind和P_dc确定特高压直流送端交流系统近区新能源占比k_wind；

确定公式如下：

获取直流系统换相失败前正常运行时消耗的无功功率Q_dc和近区新能源系统进入低穿时发出的无功功率Q_wind、根据等值参数、Q_dc、Q_wind及新能源占比k_wind确定特高压直流送端交流系统暂态压升ΔU₂，具体为：

当特高压直流换相失败时，获取直流送端换流器暂态压升ΔU₂，公式如下：

其中，X_eq为交流系统的等值阻抗Z_eq的虚部，U₁为交流系统的内电势；确定直流系统换相失败前正常运行时消耗的无功功率Q_dc与直流系统换相失败前正常运行时输送的有功功率P_dc的比例k₁；

确定近区新能源系统进入低穿时发出的无功功率Q_wind与近区新能源系统装机容量S_wind的比例k₂，公式如下：

根据等值参数、k_wind、k₁及k₂确定新能源占比后的直流送端暂态压升ΔU₂，公式如下：

将特高压直流送端交流系统暂态压升ΔU₂作为特高压直流送端交流系统运行所允许的最大暂态压升ΔU_2MAX，根据ΔU_2MAX获取特高压直流送端交流系统新能源最大占比k_{wind_max}，获取公式如下；

本发明还提出了一种确定特高压直流送端新能源最大占比的系统200，如图4所示包括：

等效模块201，将特高压直流送端交流系统交流主网等值为等值交流系统，特高压直流送端交流系统近区配套新能源机组等值为近区等值新能源系统，获取等值参数；

等值参数，包括：

交流系统的内电势U₁、交流系统送出的有功功率P₁、交流系统送出的无功功率Q₁、交流系统的等值阻抗Z_eq、交流系统注入特高压直流送端的有功功率P₂、交流系统注入特高压直流送端的无功功率Q₂、近区新能源系统注入特高压直流送端的有功功率P₃和近区新能源系统注入特高压直流送端的无功功率Q₃。

第一计算模块202，获取近区新能源系统装机容量S_wind和直流系统换相失败前正常运行时输送的有功功率P_dc，根据S_wind和P_dc确定特高压直流送端交流系统近区新能源占比k_wind，公式如下：

第二计算模块203，获取直流系统换相失败前正常运行时消耗的无功功率Q_dc和近区新能源系统进入低穿时发出的无功功率Q_wind、根据等值参数、Q_dc、Q_wind及新能源占比k_wind确定特高压直流送端交流系统暂态压升ΔU₂，具体为：

具体为：

当特高压直流换相失败时，获取直流送端换流器暂态压升ΔU₂，公式如下：

其中，X_eq为交流系统的等值阻抗Z_eq的虚部，U₁为交流系统的内电势；确定直流系统换相失败前正常运行时消耗的无功功率Q_dc与直流系统换相失败前正常运行时输送的有功功率P_dc的比例k₁；

确定近区新能源系统进入低穿时发出的无功功率Q_wind与近区新能源系统装机容量S_wind的比例k₂，公式如下：

根据等值参数、k_wind、k₁及k₂确定新能源占比后的直流送端暂态压升ΔU₂，公式如下：

第三计算模块204，将特高压直流送端交流系统暂态压升ΔU₂作为特高压直流送端交流系统运行所允许的最大暂态压升ΔU_2MAX，根据ΔU_2MAX获取特高压直流送端交流系统新能源最大占比k_{wind_max}，公式如下。

本发明可用于实际电网的分析和运行，可以在保证计算结果准确性的同时，简化分析计算难度，具有较高的工程适用性，可以有效保障电网的安全、稳定运行。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。