一种新能源多场站短路比全景化评估方法、系统、存储介质及计算设备与流程

1.本发明涉及一种新能源多场站短路比全景化评估方法、系统、存储介质及计算设备，属于电网调度运行与控制技术领域。


背景技术：

2.随着新能源快速发展，局部地区新能源接入规模与系统强度不匹配，带来暂态电压控制、锁相同步稳定等一系列新的问题，给电网安全造成严重威胁，成为制约新能源继续发展的重要因素。研究表明，这些问题的形成均与新能源集群接入交流系统的相对强度高度关联。在传统时域仿真分析的基础上，迫切需要提出揭示新能源接入系统强度与安全稳定水平之间关联关系清晰的评价指标，指导新能源并网接入和安全运行，推动新能源高质量快速发展。
3.同一地区由于新能源接入线路电气距离、装机容量、发电出力等不同，不同新能源多场站短路比差异较大，新能源接入点电网强度呈分散化、差异化特征。目前，调度运行人员基于传统时域仿真分析电网的安全稳定水平，难以满足在线实时计算需求。根据新能源多场站短路比评价是否存在接入弱交流电网的问题，可以避免控制措施存在安全隐患和过于保守的问题。但由于新能源机组数量庞大、时空分布特性明显，难以界定新能源集群合理范围和表征短路比大小的计算节点，导致现有新能源短路比计算方法不能够应用于工程实际。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种新能源多场站短路比全景化评估方法、系统、存储介质及计算设备，解决了现有新能源场站时空分布分散，难以满足在线实时计算的问题。。
5.为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
6.本发明提供一种新能源多场站短路比全景化评估方法，包括：
7.根据全网新能源机组的实时有功功率和投运状态统计参与新能源多场站短路比计算的新能源机组集w1，并形成包含新能源机组模型的全电压等级电网实时运行方式数据；
8.基于新能源机组集w1统计运行方式下参与新能源多场站短路比计算的节点集合a；
9.计算运行方式下节点集合a中的每个节点进行新能源短路比计算时的强相关新能源机组集合；
10.基于节点的强相关新能源机组集合计算节点的多场站短路比；
11.基于节点的多场站短路比进行新能源多场站短路比全景化评估。
12.优选的，基于数据采集与监视控制系统获取新能源机组实时运行数据，选择有功功率大于0且投运状态为投运的新能源机组作为参与新能源多场站短路比计算的新能源机
组集w1。
13.优选的，所述形成包含新能源机组模型的全电压等级电网实时运行方式数据，包括：
14.根据能量管理系统和新能源机组的关联关系，通过能量管理系统的在线等值支路，识别出新能源场站与主网的联络线及边界节点；
15.采用深度优先算法从边界节点开始向新能源场站所在低压网络进行拓扑搜索，整合生成包含新能源机组模型的全电压等级电网实时运行方式数据。
16.优选的，所述计算运行方式下节点集合a中的每个节点进行新能源短路比计算时的强相关新能源机组集合，包括：
17.计算新能源机组集w1中所有新能源机组与节点集合a中节点之间的电气距离，筛选电气距离小于设定门槛值的新能源机组纳入所对应节点的强相关新能源机组集合；
18.计算运行方式下新能源机组集w1中所有新能源机组与节点集合a中节点的无功电压灵敏度，筛选小于设定门槛值的新能源机组纳入所对应节点的强相关新能源机组集合；
19.运行方式下进行模态分析，得到电压薄弱母线和新能源机组的参与因子，筛选参与因子大于设定门槛值的新能源机组纳入所对应节点的强相关新能源机组集合。
20.优选的，所述基于节点的强相关新能源机组集合计算节点的多场站短路比，包括：
21.计算节点与节点的强相关新能源机组集合中新能源机组的影响因子：
[0022][0023]
其中，i
i,k
为节点i的强相关新能源机组集合中新能源机组k和节点i的影响因子，z
i,k
为新能源机组k和节点i之间的互阻抗，z
i,i
为节点i的自阻抗，uk和ui分别为新能源机组k和节点i的电压幅值；
[0024]
筛选i
i,k
大于设定门槛值的新能源机组，作为节点i的最优强相关新能源机组；
[0025]
基于最优相关新能源机组计算节点的多场站短路比为：
[0026][0027]
式中，scr
i,j
、s
i,j
和q
i,j
分别为第j类电压等级的节点i的多场站短路比、短路容量和无功功率，pi为节点i的新能源功率注入量，pm为节点i的最优相关新能源机组中新能源机组m的有功功率，i
i,m
为新能源机组m与节点i的影响因子，nk为节点i的最优相关新能源机组中新能源机组的个数。
[0028]
优选的，所述基于节点的多场站短路比进行新能源多场站短路比全景化评估，包括：
[0029]
a、评估全网安全等级，
[0030]
全网多场站短路比大于3.5，则安全等级为安全；
[0031]
全网多场站短路比在2.5-3.5之间，则安全等级为预警；
[0032]
全网多场站短路比在1.5-2.5之间，则安全等级为告警；
[0033]
全网多场站短路比小于1.5，则安全等级为紧急；
[0034]
其中，全网多场站短路比为全网节点集合a中节点多场站短路比的最小值；
[0035]
b、计算全网多场站短路比分散度d
scr
：
[0036][0037]
其中，na为全网节点集合a中节点数，nb为全网多场站短路比关键设备集合中节点数，μ
scr.ij
为关键设备集合中节点i和节点j的多场站短路比平均值，μ
scr.a
为全网多场站短路比均值，z
scr.ij
为电网当前运行状态下关键设备集合中节点i阻抗中心点与节点j阻抗中心点之间的互阻抗，z
scr.kl
为电网当前运行状态下节点集合a中节点k阻抗中心点与节点l阻抗中心点之间的互阻抗；
[0038]
所述全网多场站短路比关键设备集合为节点多场站短路比小于全网安全等级档位区间上限的节点集合；
[0039]
所述全网多场站短路比均值为全网多场站短路比关键设备集合中所有节点多场站短路比的平均值。
[0040]
优选的，还包括：
[0041]
按照全网、各省分区、各新能源场站统计分析过去某一时段内多场站短路比历史变化趋势和多场站短路比时空分布情况，以地理接线图、柱状图和曲线图的形式进行调度中心新能源多场站短路比全景化展示。
[0042]
本发明还提供一种新能源多场站短路比全景化评估系统，包括：
[0043]
数据获取模块，用于根据全网新能源机组的实时有功功率和投运状态统计参与新能源多场站短路比计算的新能源机组集w1，并形成包含新能源机组模型的全电压等级电网实时运行方式数据；
[0044]
筛选模块，用于基于新能源机组集w1统计运行方式下参与新能源多场站短路比计算的节点集合a；
[0045]
第一计算模块，用于计算运行方式下节点集合a中的每个节点进行新能源短路比计算时的强相关新能源机组集合；
[0046]
第二计算模块，用于基于节点的强相关新能源机组集合计算节点的多场站短路比；
[0047]
以及，
[0048]
评估模块，用于基于节点的多场站短路比进行新能源多场站短路比全景化评估。
[0049]
优选的，所述第一计算模块具体用于，
[0050]
计算新能源机组集w1中所有新能源机组与节点集合a中节点之间的电气距离，筛选电气距离小于设定门槛值的新能源机组纳入所对应节点的强相关新能源机组集合；
[0051]
计算运行方式下新能源机组集w1中所有新能源机组与节点集合a中节点的无功电压灵敏度，筛选小于设定门槛值的新能源机组纳入所对应节点的强相关新能源机组集合；
[0052]
运行方式下进行模态分析，得到电压薄弱母线和新能源机组的参与因子，筛选参与因子大于设定门槛值的新能源机组纳入所对应节点的强相关新能源机组集合。
[0053]
优选的，所述第二计算模块具体用于，
[0054]
计算节点与节点的强相关新能源机组集合中新能源机组的影响因子：
[0055][0056]
其中，i
i,k
为节点i的强相关新能源机组集合中新能源机组k和节点i的影响因子，zi,k
为新能源机组k和节点i之间的互阻抗，z
i,i
为节点i的自阻抗，uk和ui分别为新能源机组k和节点i的电压幅值；
[0057]
筛选i
i,k
大于设定门槛值的新能源机组，作为节点i的最优强相关新能源机组；
[0058]
基于最优相关新能源机组计算节点的多场站短路比为：
[0059][0060]
式中，scr
i,j
、s
i,j
和q
i,j
分别为第j类电压等级的节点i的多场站短路比、短路容量和无功功率，pi为节点i的新能源功率注入量，pm为节点i的最优相关新能源机组中新能源机组m的有功功率，i
i,m
为新能源机组m与节点i的影响因子，nk为节点i的最优相关新能源机组中新能源机组的个数。
[0061]
优选的，所述评估模块具体用于：
[0062]
评估全网安全等级，
[0063]
全网多场站短路比大于3.5，则安全等级为安全；
[0064]
全网多场站短路比在2.5-3.5之间，则安全等级为预警；
[0065]
全网多场站短路比在1.5-2.5之间，则安全等级为告警；
[0066]
全网多场站短路比小于1.5，则安全等级为紧急；
[0067]
其中，全网多场站短路比为全网节点集合a中节点多场站短路比的最小值；
[0068]
以及，
[0069]
计算全网多场站短路比分散度d
scr
：
[0070][0071]
其中，na为全网节点集合a中节点数，nb为全网多场站短路比关键设备集合中节点数，μ
scr.ij
为关键设备集合中节点i和节点j的多场站短路比平均值，μ
scr.a
为全网多场站短路比均值，z
scr.ij
为电网当前运行状态下关键设备集合中节点i阻抗中心点与节点j阻抗中心点之间的互阻抗，z
scr.kl
为电网当前运行状态下节点集合a中节点k阻抗中心点与节点l阻抗中心点之间的互阻抗；
[0072]
所述全网多场站短路比关键设备集合为节点多场站短路比小于全网安全等级档位区间上限的节点集合；
[0073]
所述全网多场站短路比均值为全网多场站短路比关键设备集合中所有节点多场站短路比的平均值。
[0074]
本发明第三方面提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行前述的方法中的任一方法。
[0075]
本发明第四方面提供一种计算设备，包括，
[0076]
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行前述的方法中的任一方法的指令。
[0077]
本发明所达到的有益效果：本发明根据全网新能源机组的实时有功功率和投运状态统计参与新能源多场站短路比计算的新能源机组集，并形成包含新能源机组模型的全电
压等级电网实时运行方式数据，为新能源短路比评估提供准确的数据基础；基于节点的强相关新能源机组集合计算节点的多场站短路比，再进行新能源多场站短路比全景化评估，提高了计算结果的准确性和时效性。
附图说明
[0078]
图1为本发明实施例中的新能源多场站短路比全景化评估方法流程图。
具体实施方式
[0079]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0080]
本发明提供一种新能源多场站短路比全景化评估方法，包括：
[0081]
根据全网新能源机组的实时有功功率和投运状态统计参与新能源多场站短路比计算的新能源机组集w1，并形成包含新能源机组模型的全电压等级电网实时运行方式数据s；
[0082]
统计运行方式下参与新能源多场站短路比计算的新能源节点集合a；
[0083]
计算新能源节点集合a中的每个新能源节点的强相关新能源机组集合；
[0084]
根据新能源节点集合a中新能源节点的强相关新能源机组集合计算新能源节点的多场站短路比；
[0085]
基于新能源节点的多场站短路比进行新能源多场站短路比全景化评估。
[0086]
本发明的一个实施例提供的新能源多场站短路比全景化评估方法，参见图1，具体实施过程如下：
[0087]
1)获取全网风电/光伏等新能源机组集w，建立新能源机组与能量管理系统ems建模的汇集站、并网母线和所属分区的关联关系，按照新能源机组类型、电压等级、所属场站、所属分区、所属调度机构、新能源并网母线、动态模型参数、在线等值支路等分类标签构建新能源机组集w的模型库。每个新能源机组都有自己的标签，模型库包括的内容为新能源机组及其分类标签。
[0088]
2)基于数据采集与监视控制系统(scada)获取电网设备实时运行数据，根据w的实时有功功率和投运状态信息，选择有功功率大于0且投运状态为投运的机组作为参与新能源多场站短路比计算的新能源机组集w1。
[0089]
3)若参与计算的新能源机组w1的数目大于0，则形成包含新能源机组模型的全电压等级电网实时运行方式数据s；否则，结束本方法。新能源机组模型指的是电力系统仿真计算时使用的机组静态模型和动态模型。
[0090]
4)针对运行方式下的计算节点，将包含新能源机组的节点作为参与新能源多场站短路比计算的节点集合(记为a)，包括新能源机端母线集合a1、并网母线集合a2及其新能源注入有功功率、场站汇集母线集合a3及其新能源注入有功功率、指定高电压等级母线集合a4及其新能源注入有功功率。
[0091]
5)针对运行方式s，采用潮流计算和灵敏度分析方法进行新能源机组模式识别，获取a中每一个节点的强相关新能源机组集合，确定每个节点进行新能源短路比计算时应该考虑的新能源机组集群。
[0092]
6)根据a中节点的强相关新能源机组集合在线量化计算新能源多场站短路比。
[0093]
7)计算新能源多场站全景化评估指标，包括scr短路比、scr安全等级、scr关键设备数、scr均值和scr分散度。
[0094]
8)按照全网、各省分区、各新能源场站统计分析过去某一时段内短路比历史变化趋势和短路比时空分布情况，以地理接线图、柱状图和曲线图等多种形式进行调度中心新能源多场站短路比全景化展示。
[0095]
本实施例中，形成包含新能源机组模型的全电压等级电网实时运行方式数据s，具体为：
[0096]
(1)利用数据采集与监视控制系统(scada)的量测信息和状态估计数据，获取w中新能源机组的投停状态、上网功率等实时信息；scada量测信息包括电压、电流、功率等；状态估计就是利用scada量测数据的冗余性，应用估计算法来检测与剔除坏数据。
[0097]
(2)根据新能源机组分类标签，识别出风电场站和光伏场站与主网的联络线及边界节点；步骤1的模型库中，建立了ems在线等值支路与新能源机组的关联关系。
[0098]
(3)采用深度优先算法从边界节点开始向新能源场站所在低压网络进行拓扑搜索，整合生成包含新能源机组模型的全电压等级电网实时运行方式数据s。
[0099]
本实施例中，采用潮流计算和灵敏度分析方法进行新能源机组模式识别，获取a中每一个节点的强相关新能源机组集合，具体为：
[0100]
(1)针对节点集合a，依次计算w1中新能源机组与集合a中节点i之间的电气距离e
v,i
，筛选e
v,i
小于设定门槛值的新能源机组纳入节点i的强相关新能源机组集合gi。
[0101]
(2)运行方式s下进行潮流计算和灵敏度分析，依次计算w1中新能源机组与集合a中新能源节点i的无功电压灵敏度η
v,i
，筛选η
v,i
小于设定门槛值的新能源机组纳入新能源节点i的强相关新能源机组集合gi。
[0102]
(3)运行方式s下进行模态分析，得到电压薄弱母线和新能源机组的参与因子δi，筛选δi大于设定门槛值的新能源机组纳入新能源节点i的强相关新能源机组集合gi。
[0103]
本实施例中，根据a中节点的强相关新能源机组集合在线量化计算新能源多场站短路比，具体为：
[0104]
(1)基于s下潮流计算结果获取集合a中新能源节点的母线电压，并采用潮流算法计算其短路容量。
[0105]
(2)针对a，分别计算gi中新能源机组k与a中新能源节点i的影响因子：
[0106][0107]
式中，z
i,k
为新能源机组k和新能源节点i之间的互阻抗，z
i,i
为新能源节点i的自阻抗；uk和ui分别为新能源机组k和新能源节点i的电压幅值；
[0108]
(3)筛选i
i,k
大于设定门槛值i
min
的新能源机组，作为新能源节点i的强相关机组mi，数目为nk。
[0109]
(4)计算新能源节点i的多场站短路比为：
[0110][0111]
式中，scr
i,j
、s
i,j
和q
i,j
分别为第j类电压等级的新能源节点i的短路比、短路容量
和无功功率；pi为新能源节点i的新能源功率注入量；pm为新能源节点i的强相关机组中新能源机组m的新能源有功功率；i
i,m
为新能源机组m与新能源节点i的影响因子。
[0112]
本实施例中，进行新能源多场站全景化评估，具体为：
[0113]
(1)计算全网多场站短路比scr：
[0114]
全网多场站短路比为全网确定的节点集合a中节点短路比的最小值，
[0115]
分区多场站短路比为分区中节点短路比的最小值。
[0116]
(2)确定scr安全等级：包括全网安全等级和分区安全等级，
[0117]
根据scr短路比所处的用于scr分级的短路比档位区间确定scr安全等级，安全等级划分标准及颜色默认为：
[0118]
安全(绿色)：新能源多场站短路比大于3.5；
[0119]
预警(黄色)：新能源多场站短路比在2.5-3.5之间；
[0120]
告警(橙色)：新能源多场站短路比在1.5-2.5之间；
[0121]
紧急(红色)：新能源多场站短路比小于1.5。
[0122]
(3)确定scr关键设备：包括全网关键设备和分区关键设备。
[0123]
将scr短路比小于scr安全等级对应的短路比告警等级档位区间上限的设备作为scr关键设备，将关键设备组成的集合记为b。
[0124]
(4)计算scr短路比均值：集合b中新能源节点短路比的平均值。
[0125]
(5)计算scr分散度d
scr
：
[0126][0127]
式中，na为a中节点数，nb为b中节点数，μ
scr.ij
为b中节点i和节点j的scr短路比平均值，μ
scr.a
为scr短路比均值，z
scr.ij
为电网当前运行状态下b中节点i阻抗中心点与节点j阻抗中心点之间的互阻抗，z
scr.kl
为电网当前运行状态下a中节点k阻抗中心点与节点l阻抗中心点之间的互阻抗。
[0128]
本发明另一个实施例提供一种新能源多场站短路比全景化评估系统，包括：
[0129]
数据获取模块，用于根据全网新能源机组的实时有功功率和投运状态统计参与新能源多场站短路比计算的新能源机组集w1，并形成包含新能源机组模型的全电压等级电网实时运行方式数据；
[0130]
筛选模块，用于基于新能源机组集w1统计运行方式下参与新能源多场站短路比计算的节点集合a；
[0131]
第一计算模块，用于计算运行方式下节点集合a中的每个节点进行新能源短路比计算时的强相关新能源机组集合；
[0132]
第二计算模块，用于基于节点的强相关新能源机组集合计算节点的多场站短路比；
[0133]
以及，
[0134]
评估模块，用于基于节点的多场站短路比进行新能源多场站短路比全景化评估。
[0135]
本发明实施例中，第一计算模块具体用于，
[0136]
计算新能源机组集w1中所有新能源机组与节点集合a中节点之间的电气距离，筛选电气距离小于设定门槛值的新能源机组纳入所对应节点的强相关新能源机组集合；
[0137]
计算运行方式下新能源机组集w1中所有新能源机组与节点集合a中节点的无功电压灵敏度，筛选小于设定门槛值的新能源机组纳入所对应节点的强相关新能源机组集合；
[0138]
运行方式下进行模态分析，得到电压薄弱母线和新能源机组的参与因子，筛选参与因子大于设定门槛值的新能源机组纳入所对应节点的强相关新能源机组集合。
[0139]
本发明实施例中，第二计算模块具体用于，
[0140]
计算节点与节点的强相关新能源机组集合中新能源机组的影响因子：
[0141][0142]
其中，i
i,k
为节点i的强相关新能源机组集合中新能源机组k和节点i的影响因子，z
i,k
为新能源机组k和节点i之间的互阻抗，z
i,i
为节点i的自阻抗，uk和ui分别为新能源机组k和节点i的电压幅值；
[0143]
筛选i
i,k
大于设定门槛值的新能源机组，作为节点i的最优强相关新能源机组；
[0144]
基于最优相关新能源机组计算节点的多场站短路比为：
[0145][0146]
式中，scr
i,j
、s
i,j
和q
i,j
分别为第j类电压等级的节点i的多场站短路比、短路容量和无功功率，pi为节点i的新能源功率注入量，pm为节点i的最优相关新能源机组中新能源机组m的有功功率，i
i,m
为新能源机组m与节点i的影响因子，nk为节点i的最优相关新能源机组中新能源机组的个数。
[0147]
本发明实施例中，评估模块具体用于：
[0148]
计算全网多场站短路比：为全网节点集合a中节点多场站短路比的最小值；
[0149]
计算分区多场站短路比：为分区节点集合中节点多场站短路比的最小值；
[0150]
确定多场站短路比安全等级：包括：全网安全等级和分区安全等级，
[0151]
按如下方式进行划分：
[0152]
安全：全网/分区多场站短路比大于3.5；
[0153]
预警：全网/分区多场站短路比在2.5-3.5之间；
[0154]
告警：全网/分区多场站短路比在1.5-2.5之间；
[0155]
紧急：全网/分区多场站短路比小于1.5；
[0156]
确定多场站短路比关键设备：
[0157]
将节点多场站短路比小于全网安全等级档位区间上限的节点作为全网多场站短路比关键设备；
[0158]
将节点多场站短路比小于分区安全等级档位区间上限的节点作为分区多场站短路比关键设备；
[0159]
计算多场站短路比均值μ
scr.a
：将多场站短路比关键设备集合中所有节点多场站短路比的平均值作为多场站短路比均值μ
scr.a
；
[0160]
计算全网多场站短路比分散度d
scr
：
[0161][0162]
其中，na为节点集合a中节点数，nb为多场站短路比关键设备集合中节点数，μ
scr.ij
为关键设备集合中节点i和节点j的多场站短路比平均值，μ
scr.a
为多场站短路比均值，z
scr.ij
为电网当前运行状态下关键设备集合中节点i阻抗中心点与节点j阻抗中心点之间的互阻抗，z
scr.kl
为电网当前运行状态下节点集合a中节点k阻抗中心点与节点l阻抗中心点之间的互阻抗。
[0163]
本发明第三实施例提供一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行前述的方法中的任一方法。
[0164]
本发明第四个实施例提供一种计算设备，包括，
[0165]
一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行前述的方法中的任一方法的指令。
[0166]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术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，本技术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。
[0167]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、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。
[0168]
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。
[0169]
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。
[0170]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。