[發(fā)明專利]一種基于短路計(jì)算的單點(diǎn)接入風(fēng)電裝機(jī)容量的估算方法

在審

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• 申請日: 2017-10-24
• 公開（公告）號: CN107546782A
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高效海;牛新生;趙龍;王艷;張杰;劉曉明;田鑫;曹相陽;叢恒;朱毅;畢家升;王明明;楊斌;楊思;軒正杰;張麗娜;付一木;孫東磊;魏鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H02J3/46
• 分類號: H02J3/46;H02J3/38
• 代理公司: 濟(jì)南誠智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司37105
• 代理人: 李修杰

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種基于短路計(jì)算的單點(diǎn)接入風(fēng)電裝機(jī)容量的估算方法。

背景技術(shù)

電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括電壓偏差、電壓波動(dòng)和電壓閃變等問題。隨著風(fēng)電大規(guī)模的并入，并網(wǎng)運(yùn)行的風(fēng)電場可能會(huì)引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，進(jìn)而可能引起可察覺的閃變現(xiàn)象。其主要原因在于風(fēng)速的隨機(jī)變化特性，以及風(fēng)電機(jī)組本身的一些固有特性的影響，如風(fēng)剪切、塔影效應(yīng)、葉片重力偏差以及偏航誤差等，嚴(yán)重時(shí)可能造成電壓失穩(wěn)、進(jìn)而頻率崩潰甚至系統(tǒng)解列。

基于以上原因，對電力系統(tǒng)中的某一并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)而言，所允許接入的風(fēng)電場的最大裝機(jī)容量是進(jìn)行風(fēng)電場并網(wǎng)設(shè)計(jì)比較關(guān)心的一個(gè)問題。但目前，對某一并網(wǎng)點(diǎn)能夠允許接入的風(fēng)電規(guī)模尚無統(tǒng)一結(jié)論。定義短路容量比為并網(wǎng)點(diǎn)風(fēng)電容量與并網(wǎng)點(diǎn)短路容量的比值，歐洲國家給出的經(jīng)驗(yàn)短路容量比為3.3％～5％，日本學(xué)者認(rèn)為短路容量比在10％左右也是允許的，不同國家對于單點(diǎn)接入風(fēng)電裝機(jī)的理解偏差較大，對單點(diǎn)接入風(fēng)電裝機(jī)多少才不影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行尚無統(tǒng)一結(jié)論。

因此，為了保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)一種單點(diǎn)接入風(fēng)電裝機(jī)容量的估算方案。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有電力系統(tǒng)中的某一并網(wǎng)節(jié)點(diǎn)無法確定所允許接入的風(fēng)電場最大裝機(jī)容量的不足，本發(fā)明提出了一種基于短路計(jì)算的單點(diǎn)接入風(fēng)電裝機(jī)容量的估算方法，其能夠保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于短路計(jì)算的單點(diǎn)接入風(fēng)電裝機(jī)容量的估算方法，它包括以下步驟：

步驟1，計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)的等效短路阻抗和短路容量；

步驟2、計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)的等效阻抗角；

步驟3、確定并網(wǎng)點(diǎn)的功率因素角和電壓波動(dòng)；

步驟4、計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)的接入風(fēng)電裝機(jī)容量。

作為本實(shí)施例一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述步驟1的具體過程為：利用電力系統(tǒng)仿真軟件，按照電網(wǎng)內(nèi)變電站的實(shí)際參數(shù)搭建風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)周邊的網(wǎng)架模型，并對搭建好的風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)周邊電網(wǎng)進(jìn)行短路計(jì)算，獲取并網(wǎng)點(diǎn)的母線短路容量S_k和等效短路阻抗Z，所述等效短路阻抗Z為：

Z＝R+jX

其中，R為電阻、X為電抗。

作為本實(shí)施例一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在步驟2中，根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)的等效短路阻抗Z計(jì)算等效阻抗角θ，所述等效阻抗角θ的計(jì)算公式為：

θ＝arctan(R/X)

其中，R為電阻、X為電抗。

作為本實(shí)施例一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在步驟3中，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)范要求的功率因素和電壓偏差確定并網(wǎng)點(diǎn)的功率因素角和允許的電壓波動(dòng)并根據(jù)電壓波動(dòng)計(jì)算短路比。

作為本實(shí)施例一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述電壓波動(dòng)的計(jì)算公式為：

其中，為電壓波動(dòng)；k_s為短路比，即并網(wǎng)點(diǎn)的接入風(fēng)電裝機(jī)容量P與并網(wǎng)點(diǎn)短路容量S_k之比；θ為并網(wǎng)點(diǎn)等效短路阻抗的阻抗角；為并網(wǎng)點(diǎn)的功率因素角。

作為本實(shí)施例一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在步驟4中，利用短路比k_s和短路容量S_k計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)的接入風(fēng)電裝機(jī)容量P，即P＝k_s×S_k。

作為本實(shí)施例一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)的功率因素角為0時(shí)，能夠求得在同一允許電壓波動(dòng)值的情況下并網(wǎng)點(diǎn)允許接入的最大風(fēng)電裝機(jī)容量。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種基于短路計(jì)算的單點(diǎn)接入風(fēng)電裝機(jī)容量的估算方法，它對并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行短路計(jì)算，并基于短路計(jì)算結(jié)果計(jì)算該并網(wǎng)點(diǎn)允許接入的風(fēng)電裝機(jī)容量。

作為本實(shí)施例一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，所述對并網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行短路計(jì)算的過程包括以下步驟：

計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)的等效短路阻抗和短路容量：利用電力系統(tǒng)仿真軟件，按照電網(wǎng)內(nèi)變電站的實(shí)際參數(shù)搭建風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)周邊的網(wǎng)架模型，并對搭建好的風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)周邊電網(wǎng)進(jìn)行短路計(jì)算，獲取并網(wǎng)點(diǎn)的母線短路容量S_k和等效短路阻抗Z，所述等效短路阻抗Z的計(jì)算公式為：Z＝R+jX，其中，R為電阻、X為電抗；

計(jì)算并網(wǎng)點(diǎn)的等效阻抗角：根據(jù)并網(wǎng)點(diǎn)的等效短路阻抗Z計(jì)算等效阻抗角θ，所述等效阻抗角θ的計(jì)算公式為：θ＝arctan(R/X)，其中，R為電阻、X為電抗；