一种考虑新能源贡献的短路电流计算方法、系统与流程

本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种考虑新能源贡献的短路电流计算方法、系统。

背景技术：

1、新能源发电作为无碳发电重要举措正高速发展。尤其在新建或改造建设工程中，新能源发电系统的应用日益增加，加快以新能源为主体的新型电力系统建设对推动“双碳”目标发展起着至关重要的作用。

2、大规模新能源机组接入对电网的安全稳定运行带来了更大的挑战，新能源在故障情况下向电网注入短路电流，从而导致短路点短路电流水平上升，场站短路电流水平接近/超过断路器额定遮断电流问题日益突出，这就要求我们针对新能源的投产建设，对短路电流进行全面计算分析。结合当前电网短路电流较高的突出问题，迫切需要研究新能源机组容量和模型对短路电流的具体影响，为后续大规模新能源接入下的电网规划设计和稳定运行提供技术保障。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的在于提供一种考虑新能源贡献的短路电流计算方法、系统，能够实现光伏、风机等新能源贡献的短路电流计算，解决大规模新能源机组接入后短路电流计算结果不准确的问题。

2、技术方案：本发明的一种考虑新能源贡献的短路电流计算方法，所述方法包括：

3、获取新能源发电单元的设备信息和控制方式；

4、基于新能源的电路模型，选择采用受控电流源模型或者采用电压源模型两种计算方法；

5、采用受控电流源模型时，基于低电压穿越期间的无功控制方式，确定新能源发电单元对交流系统的初始无功注入电流；

6、基于新能源发电单元对交流系统的初始无功注入电流与机端电压的变化关系，迭代计算新能源发电单元对交流系统最终的无功注入电流；

7、采用电压源模型时，根据双馈风机的等值电路计算新能源发电单元的等值阻抗。

8、进一步的，所述新能源发电单元的设备信息和控制方式包括从方式数据中获取新能源发电单元的额定容量、机组台数，最大电流限制、无功电流最大限制、低电压穿越期间无功控制方式、电压参考值和无功调整系数。

9、进一步的，当新能源贡献为光伏、直驱风机时，采用受控电流源模型；当新能源贡献为双馈风机时，采用受控电流源模型或电压源模型。

10、进一步的，当低电压穿越期间采用电压控制无功电流方式时，计算新能源并网点初始无功注入电流值iq：

11、iq＝(uref-u0)×qrate×i0

12、

13、其中，u0表示故障后新能源并网点不考虑注入电流时的初始电压；uref表示低电压穿越期间计算无功电流的电压参考值；qrate表示无功调整系数；n表示新能源并网点风电机台数或光伏阵列总数；pn表示单个风电机的额定容量或单个光伏阵列的额定容量；mvabase表示系统基准容量。

14、进一步的，所述无功调整系数qrate的取值不超过其最大值，无功调整系数最大值qratemax的计算方法如下：

15、

16、其中，iqmax表示无功电流最大限值；imax表示最大电流限值。

17、进一步的，当低电压穿越期间采用指定无功电流方式时，获取新能源低电压穿越无功控制模型中的指定无功电流值，折算为标幺值后，与最大电流限值imax和无功电流最大限值iqmax作比较，取最小值作为新能源并网点的无功注入电流值iq。

18、进一步的，基于新能源发电单元对交流系统的初始无功注入电流与机端电压的变化关系，迭代计算新能源发电单元对交流系统最终的无功注入电流，包括以下：

19、当低电压穿越期间采用电压控制无功电流方式时，根据新能源并网点注入无功电流和电压的变化关系，迭代计算新能源并网点最终的注入无功电流值，迭代步骤如下：

20、采用初始无功注入电流值iq计算对交流系统的影响，进而计算出新能源并网点的机端电压；

21、计算每轮次的新能源并网点电压变化量、新能源注入电流值变化量，计算下一次迭代时注入电流的变化量：当不基于潮流计算时，迭代变化量取新能源并网点电压变化量的百分比、新能源注入电流值变化量的百分比二者取大；当基于潮流计算时，迭代变化量取新能源并网点电压变化量的百分比和新能源注入电流值变化量的百分比二者求和；

22、当第一轮新能源并网点注入电流值在预设值以下并且并网点电压在预设值以下时，取本次迭代的注入电流值+注入电流变化量作为下一次迭代时的注入电流；当第一轮新能源并网点注入电流值在预设值以上或者并网点电压在预设值以上时，取本次迭代的注入电流值-注入电流变化量作为下一次迭代时的注入电流；

23、当新能源并网点电压大于或者接近初始电压时，取本轮注入电流的百分比作为下一轮注入电流；

24、当迭代过程中的新能源并网点电压变化量小于预设值时，退出迭代，设定最大迭代次数设；

25、判断最后一轮计算的注入电流值iq是否小于无功电流最大限制，若小于，则计算计及新能源无功注入电流值iq后的故障母线短路电流；否则，取无功电流最大限制作为新能源无功注入电流值。

26、进一步的，采用电压源模型时，根据双馈风机的等值电路计算新能源发电单元的等值阻抗，包括以下：

27、当双馈风机采用电压源模型时，等值阻抗计算方法如下：

28、

29、即，等值电阻r和等值电抗x如下：

30、

31、

32、式中，rs表示定子电阻；xs表示定子电抗；xm表示激磁电抗；rr表示转子电阻；xr表示转子电抗。

33、基于相同的发明构思，本发明的一种考虑新能源贡献的短路电流计算系统，包括：

34、数据获取模块，用于获取新能源发电单元的设备信息和控制方式；

35、计算方式选择模块，用于基于新能源的电路模型，选择采用受控电流源模型或者采用电压源模型两种计算方法；

36、计算模块，用于采用受控电流源模型时，基于低电压穿越期间的无功控制方式，确定新能源发电单元对交流系统的初始无功注入电流；以及

37、用于基于新能源发电单元对交流系统的初始无功注入电流与机端电压的变化关系，迭代计算新能源发电单元对交流系统最终的无功注入电流；以及

38、用于采用电压源模型时，根据双馈风机的等值电路计算新能源发电单元的等值阻抗。

39、进一步地，所述新能源发电单元的设备信息和控制方式包括从方式数据中获取新能源发电单元的额定容量、机组台数，最大电流限制、无功电流最大限制、低电压穿越期间无功控制方式、电压参考值和无功调整系数。

40、进一步地，当新能源贡献为光伏、直驱风机时，采用受控电流源模型；当新能源贡献为双馈风机时，采用受控电流源模型或电压源模型。

41、进一步地，当低电压穿越期间采用电压控制无功电流方式时，计算新能源并网点初始无功注入电流值iq：

42、iq＝(uref-u0)×qrate×i0

43、

44、其中，i0表示故障后新能源并网点不考虑注入电流时的初始电压；uref表示低电压穿越期间计算无功电流的电压参考值；qrate表示无功调整系数；n表示新能源并网点风电机台数或光伏阵列总数；pn表示单个风电机的额定容量或单个光伏阵列的额定容量；mvabase表示系统基准容量。

45、进一步地，所述无功调整系数qrate的取值不超过其最大值，无功调整系数最大值qratemax的计算方法如下：

46、

47、其中，iqmax表示无功电流最大限值；imax表示最大电流限值。

48、进一步地，当低电压穿越期间采用指定无功电流方式时，获取新能源低电压穿越无功控制模型中的指定无功电流值，折算为标幺值后，与最大电流限值imax和无功电流最大限值iqmax作比较，取最小值作为新能源并网点的无功注入电流值iq。

49、进一步地，基于新能源发电单元对交流系统的初始无法注入电流与机端电压的变化关系，迭代计算新能源发电单元对交流系统最终的无功注入电流，包括：

50、当低电压穿越期间采用电压控制无功电流方式时，根据新能源并网点注入无功电流和电压的变化关系，迭代计算新能源并网点最终的注入无功电流值，迭代步骤如下：

51、采用初始无功注入电流值iq计算对交流系统的影响，进而计算出新能源并网点的机端电压；

52、计算每轮次的新能源并网点电压变化量、新能源注入电流值变化量，计算下一次迭代时注入电流的变化量：当不基于潮流计算时，迭代变化量取新能源并网点电压变化量的百分比、新能源注入电流值变化量的百分比二者取大；当基于潮流计算时，迭代变化量取新能源并网点电压变化量的百分比和新能源注入电流值变化量的百分比二者求和；

53、当第一轮新能源并网点注入电流值在预设值以下并且并网点电压在预设值以下时，取本次迭代的注入电流值+注入电流变化量作为下一次迭代时的注入电流；当第一轮新能源并网点注入电流值在预设值以上或者并网点电压在预设值以上时，取本次迭代的注入电流值-注入电流变化量作为下一次迭代时的注入电流；

54、当新能源并网点电压大于或者接近初始电压时，取本轮注入电流的百分比作为下一轮注入电流；

55、当迭代过程中的新能源并网点电压变化量小于预设值时，退出迭代，设定最大迭代次数设；

56、判断最后一轮计算的注入电流值iq是否小于无功电流最大限制，若小于，则计算计及新能源无功注入电流值iq后的故障母线短路电流；否则，取无功电流最大限制作为新能源无功注入电流值。

57、进一步地，采用电压源模型时，根据双馈风机的等值电路计算新能源发电单元的等值阻抗，包括以下：

58、当双馈风机采用电压源模型时，等值阻抗计算方法如下：

59、

60、即，等值电阻r和等值电抗x如下：

61、

62、

63、式中，rs表示定子电阻；xs表示定子电抗；xm表示激磁电抗；rr表示转子电阻；xr表示转子电抗。

64、基于相同的发明构思，本发明的一种考虑新能源贡献的短路电流计算设备，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器用于执行所述存储器中存储的计算机指令，当所述计算机指令被处理器执行时该电子设备实现如上述考虑新能源贡献的短路电流计算方法的步骤。

65、基于相同的发明构思，本发明的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上述考虑新能源贡献的短路电流计算方法的步骤。

66、有益效果：与现有技术相比，本发明的显著技术效果为：

67、本发明通过获取新能源发电单元的设备信息和控制方式，基于不同模型对短路电流的影响，提出了对新能源发电单元采用受控电流源模型和采用电压源模型两种计算方法；采用受控电流源模型时，基于低电压穿越期间的无功控制方式，解决了新能源发电单元对交流系统的初始无功注入电流值的计算问题，并考虑新能源发电单元对交流系统注入电流与机端电压的变化关系，采用迭代算法，实现了计算新能源发电单元对交流系统最终的无功注入电流值；采用电压源模型时，基于双馈风机的等值电路，采用等值阻抗法计算新能源发电单元的等值阻抗，并求出新能源机组接入后的短路电流。

68、本发明考虑新型电力设备贡献短路电流的特性，实现了计及光伏、风机等不同新能源模型的短路电流计算，在传统短路电流计算的基础上，扩展新能源贡献的短路电流计算，可以满足大规模新能源机组接入后在线短路电流计算速度和准确性的要求，具有较好的应用价值。