[发明专利]风光储联合发电系统的仿真等值方法

摘要

本发明属于电力系统领域，涉及潮流计算和机电暂态仿真中风光储联合发电系统的仿真等值方法。本发明对风光储联合发电系统的等值总体方案采用组合等值的方法，通过将联合发电系统划分为风电场、光伏电站和电池储能电站三部分，对各部分分别按照自身的运行特性进行等值聚合，得到若干台“机”集聚后的场/电站等值模型。最终，风电场、光伏电站和电池储能电站在公共连接点汇集实现并网，并且在PCC点对电网表现出整个风光储联合发电系统的运行特性，实现风光储联合发电系统的等值建模。

主权项

1.一种潮流计算和机电暂态仿真中风光储联合发电系统的仿真等值方法，其特征在于包括风光储联合发电系统的潮流计算等值方法和机电暂态仿真动态等值方法，风光储联合发电系统的典型拓扑结构包括风电场、光伏电站和储能电站，风电场、光伏电站和储能电站内部分别由单台风机、光伏发电单元和储能单元通过各自的单机联单元变形式升压到高一等级的母线，各母线在站内通过多条馈线形成的集电系统将风电场、光伏电站和储能电站的电力送至联合发电系统主变的低压侧母线，最终通过联合发电系统主变并入主网，对电网反映出联合发电系统的发电特性；通过对风光储联合发电系统的等值采用组合等值的方法；通过将联合发电系统划分为风电场、光伏电站和电池储能电站三部分，对各部分分别按照自身的运行特性进行等值聚合，得到若干台“机”集聚后的场/电站等值模型；最终，风电场、光伏电站和电池储能电站在公共连接点汇集实现并网，并且在PCC点对电网表现出整个风光储联合发电系统的运行特性，实现风光储联合发电系统的等值建模；一、潮流计算中的风光储联合发电系统的等值方法单元机组的等值方法(1)风电机组的等值对于风电场，按照功率守恒的原则将风电机组累加等值成一台风电机组，即等值风电机组的出力容量等于每台风力发电机的容量之和：SequΣΣ=Σi=1NΣj=1MPi,j+Σi=1NΣj=1MQi,j---(1)]]>其中，S_equ∑∑为等值风电机组的出力容量，P_i，j为第i条亏线上第j台机组的有功出力，Q_i，j为第i条亏线上第j台机组的无功出力，N为风电场馈线的数目，M为第i条馈线上所连接的风电机组的数目；对于等值风电机组的无功，则决定于风电机组的并网控制模式；如下表1所示，若风电场全场采用恒功率因数并网控制模式，则将风电场等值成为PQ节点；若风电场全场采用恒电压控制方式，则可将风电场等值成PV节点；若风电场采用混合控制方式，一部分机组恒功率因数控制，一部分机组恒电压控制，则同样将风电场等值成PV节点，只需根据采用恒电压控制的风电机组的数目确定等值机的无功容量的上下限；表1风电机组的等值潮流模型(2)光伏发电单元、电池储能单元的等值光伏发电单元、电池储能单元利用电压源型逆变器实现并网，其在潮流计算中表现出的稳态运行特性主要由逆变器的并网控制模式决定；电压源型逆变器采用IGBT全控型电力电子器件，潮流计算中根据并网逆变器的并网控制模式，采用PQ节点或PV节点来表示光伏电站；等值光伏电站或电池储能电站的出力容量与风电场的等值机出力容量计算方法一致，如上式(1)所示；光伏电站或电池储能电站采用定功率因数的控制模式，功率因数为1，在这种情况下将光伏电站或电池储能电站等值为PQ节点；若光伏电站或电池储能电站中有并网逆变器采用定电压控制，则将它们等值为PV节点，其无功容量的上下限则由采用定电压控制的并网逆变器数目决定，其计算公式与表1所示的风电场无功限值的计算相同；二、集电系统的等值方法风光储联合发电系统的集电系统包括：主变、集电线路和单机联变三大系统；在风光储联合发电系统的等值中考虑集电系统的影响；(1)主变主变不经等值直接采用变压器模型；(2)集电线路设集电线路的等值前后损耗相等；等值方法采用两点假设：1)由于一条馈线内两机组之间的线路为800～1000m，馈线上的电压跌落很小，设机组的机端电压幅值相等；2)设各机组的功率因数相同；利用以上1)-2)得到集电线路的总损耗为：SLOSS=(SZ12Z1+SZ22Z2)/U2---(2)]]>其中，S_Z1＝S₁，S_Z2＝S₁+S₂；S_LOSS为集电系统的总损耗，S_Z1为馈线第1段的潮流，S_Z2为馈线第2段的潮流，S₁为1号机组的出力，S₂为2号机组的出力，Z₁为馈线第1段的阻抗，Z₂为馈线第2段的阻抗，U为主变低压侧的母线电压；利用等值前后总损耗不变的原则，得到等值阻抗为：ZS=(SZ12Z1+SZ22Z2)|S1+S2|2---(3)]]>将以上的结论推广到n台风机的集电线路等值中，可得等值阻抗：ZS=Σj=1nSZj2Zj|Σi=1nSi|2=Σj=1nSZj2ZjSZn2---(4)]]>其中，Z_S为集电线路等值阻抗，为馈线第j段的潮流，S_i为i号机组的出力，S_Zn为馈线上的总出力，Z_j为馈线第j段的阻抗；同样，利用等值前后线路补偿无功不变的原则，可得集电线路等值电纳：B=Σi=1nBi---(5)]]>B为集电线路等值电纳，B_i为馈线第i段的电纳值；(3)单机联变对单机联变的等值采用倍乘的方法实现；单机联变的等值模型直接通过n台变压器的并联得到，即Z_{T_equ}＝Z_T1||…||Z_Tn；Z_{T_equ}为等值单机联变阻抗，Z_Tn为第n台单机联变的阻抗；单机联变等值后的值计为Z_{T_equ}＝Z_Ti/n；三、机电暂态仿真中的风光储联合发电系统动态等值(1)读入潮流计算的风光储联合发电系统的风电、光伏、电池储能的出力；(2)按照联合发电系统内部风电场、光伏电站、电池储能电站的有功出力分别除以风电、光伏、出力的额定容量，得到单元机组满出力情况下的开机台数；(3)对联合发电系统内部风电场、光伏电站、电池储能电站的每台机组按满有功出力初始化，无功出力按照平均原则分配给机组；(4)按“倍乘”原则计算风电场、光伏电站和电池储能电站的动态响应过程，具体为：把风电场、光伏电站、电池储能电站设成从同一节点并网的n台一样的风电、光储、电池储能单元机组，在机电暂态仿真中，微分方程计算时采用一台单元机组的模型框图计算其动态响应的过程，得到单台机组的并网注入电流I_di和I_qi，再通过简单的倍乘方法等值得到风电场、光伏电站、电池储能电站的并网注入电流I_d和I_q，其中I_d＝n*I_di和I_q＝n*I_qi；I_d为等值注入电流，I_di为单台机组的注入电流，n为机组的台数；(5)通过集电系统形成风光储联合发电系统的并网注入电流，得到联合发电系统的动态等值模型。