CN102999809A - 一种用于间歇性电源高渗透电网规划的安全性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，包括以下步骤：选定方案i；分析典型运行方式稳定性；选择电力系统运行状态，并对其进行分析；对电网规划安全性进行评估。本发明将稳定设施费用和停电风险损失计入电网规划方案的综合年费用中，对方案进行安全性和经济性综合比选。

Description

一种用于间歇性电源高渗透电网规划的安全性评估方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，具体涉及一种用于间歇性电源高渗透电网规划的安全性评估方法。

背景技术

间歇性电源装机容量与电网负荷峰值的比率称为间歇性电源的容量渗透率，间歇性电源的容量渗透率也称穿透率。间歇性电源接入会对电网产生多方面的影响，随着间歇性电源在电网中渗透率的增大，对电网的影响也相应地增大。从国内外大停电事件发生的过程看，部分大停电事件与电网故障前电源发电能力降低的状态密切相关。目前国内外针对上述情况的风险评估尚未见形成一套方法。因此北美可靠性协会NERC在一份特别报告中指出，为了适应间歇性电源的高渗透率，用于此类电网规划设计和运行管理的方法均需改进，电网规划需要采用更全面的综合方法，包括采用更好的仿真工具对电网的安全稳定性进行评估，使所选的电网规划方案满足可靠性水平的要求。另一方面，中国部分地区风能、光伏等能源资源丰富，随着这些能源的开发利用，这些地区的电网也将逐步发展为间歇性电源高渗透电网。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于间歇性电源高渗透电网规划的安全性评估方法，可将稳定设施费用和停电风险损失计入电网规划方案的综合年费用中，对方案进行安全性和经济性综合比选。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：选定方案i；

步骤2：分析典型运行方式稳定性；

步骤3：选择电力系统运行状态，并对其进行分析；

步骤4：对电网规划安全性进行评估。

所述步骤1中，针对可行性、经济性目标以及电网安全性约束生成电网规划方案，并选择选定方案i。

所述步骤2中，通过采取增强设施对选定的方案i安全性作进一步的分析；

所述增强设施包括电厂动力系统模型、发电机功率保护模型、发电机电压保护模型、发电机失步保护模型、发电机过励磁保护模型、发电机定子过负荷保护模型、发电机失步保护模型、发电机复压过流保护模型、发电机频率异常保护模型、发电机低励失磁保护模型、发电机自动发电控制模型、负荷持续变化模型、过负荷自动切除线路模型、切除变压器模型和安全自动装置模型。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：选择电力系统运行状态；

除了考虑发电系统的典型运行方式外，在发电系统状态列举分析中计及部分非间歇性大电源停运的静态组合，而非间歇性小机组的停运可忽略；发电系统某一单元素状态概率为：

$P(x_1,x_2,\·\·\·,x_n)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{p}_i^{\mathrm{xi}}{q}_i^{1-\mathrm{xi}}---\left(1\right)$

其中，P(x₁，x₂，…，x_n)表示发电系统某一单元素状态概率，p_i表示电源i可投入运行的概率，q_i表示电源i不可投入运行的概率，n表示单元素个数，xi表示电源i的状态，其中：

间歇性电源和非间歇性电源出力状态形成不同的状态组合及相应的组合状态概率，作为电网故障前的状态条件，分别用于电力系统运行状态分析；

步骤3-2：采用蒙特卡罗法随机对选择的电力系统运行状态进行分析；

先对严重故障进行分析，如果严重故障条件下电力系统稳定，则同一元件发生严重程度较小的故障可判为稳定而不再枚举，从而减少计算量；

所述严重故障包括线路三相短路开关拒动、线路同杆并架异名相短路故障和直流闭锁故障。

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4-1：按不同季节和不同运行方式分别对电网规划安全性进行评估；

停电经济损失风险RISK表示为：

$\mathrm{RISK}=C\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{k}_l\left(\underset{j=1}{\overset{n_l}{\mathrm{\Σ}}}{p}_j\left(\underset{i\∈I_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{fre}\left(i\right)\mathrm{DNS}\left(i\right)d_i\right)\right)---\left(3\right)$

其中，C是停电每kWh对应的经济损失；m为时段数；n_l为第l时段发电系统状态数；第k_l为第l时段小时数与全年8760小时的比值；p_j是第l时段故障前发电系统处于第j状态的概率；I_lj为第l时段发电系统第j状态下导致停电的电网故障集；fre(i)是电网故障i发生的频率；DNS(i)是故障i导致停电所损失的负荷，d_i是故障i导致停电的时间。

电力系统安全特性包括电力系统稳定特性和事件综合特性，所述事件综合特性包括事件发生概率特性、事件过程特性和事件后果特性，所述事件过程特性包括电力系统暂态过渡过程特性、连锁反应过程特性和应对处理特性。

电力系统安全性评估包括电网运行安全性评估和所述电网规划安全性评估。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.明确了电力系统稳定性与安全性的从属关系，细化并明确了系统安全性的内涵，指出电网静态安全约束、暂态稳定约束和全过程安全评估宜分别在电网规划的不同步骤中考虑；

2.提出了间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，考虑问题更加全面，指出电力系统连锁反应事件部分过程具有开放的复杂巨系统的一些特性，其中一部分过程在仿真中难以准确模拟，需作简化处理，而另一部分过程的前后事件之间具有强因果关系，这一过程可采用改进的仿真软件进行模拟。

3.本发明可将稳定设施费用和停电风险损失计入电网规划方案的综合年费用中，对方案进行安全性和经济性综合比选。

附图说明

图1是电力系统安全性与可靠性、稳定性的从属关系示意图；

图2是用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，电力系统安全特性包括电力系统稳定特性和事件综合特性，所述事件综合特性包括事件发生概率特性、事件过程特性和事件后果特性，所述事件过程特性包括电力系统暂态过渡过程特性、连锁反应过程特性和应对处理特性。

电力系统安全性评估依据其用途分为电网运行安全性评估和电网规划安全性评估。电网运行安全性评估基于电网当前运行状态，评估其后10～20min时段内电网发生停电事件的风险；电网规划安全性评估是针对电网规划方案，评估其规划水平年全年发生停电事件的风险。

如图2，提供一种用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：选定方案i；

步骤2：分析典型运行方式稳定性；

步骤3：选择电力系统运行状态，并对其进行分析；

步骤4：对电网规划安全性进行评估。

所述步骤1中，针对可行性、经济性目标以及电网安全性约束生成电网规划方案，并选择选定方案i。

所述步骤2中，通过采取增强设施对选定的方案i安全性作进一步的分析；

所述增强设施包括电厂动力系统模型、发电机功率保护模型、发电机电压保护模型、发电机失步保护模型、发电机过励磁保护模型、发电机定子过负荷保护模型、发电机失步保护模型、发电机复压过流保护模型、发电机频率异常保护模型、发电机低励失磁保护模型、发电机自动发电控制模型、负荷持续变化模型、过负荷自动切除线路模型、切除变压器模型和安全自动装置模型。除了仍需简化处理事件间隔中部分复杂因素诱发新一轮故障的影响外，基本上可满足间歇性电源高渗透电网规划安全评估的要求。

稳定性分析和采取的增强设施可使得电网方案能够承受稳定导则要求校核的故障冲击。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：选择电力系统运行状态；

考虑电网故障前发电系统状态，理论上需要对发电系统进行状态穷举逐个分析。但实际应用中由于计算量过大、耗时过多，而且在发电系统部分停运状态下，其电网负荷管理等与正常运行方式可有很大的不同，难以逐一作假设和分析，因此上述方法基本上不可行。在实际应用中，除了考虑发电系统的典型运行方式外，在发电系统状态列举分析中计及部分非间歇性大电源停运的静态组合，而非间歇性小机组的停运可忽略；发电系统某一单元素状态概率为：

$P(x_1,x_2,\·\·\·,x_n)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{p}_i^{\mathrm{xi}}{q}_i^{1-\mathrm{xi}}---\left(1\right)$

其中，P(x₁，x₂，…，x_n)表示发电系统某一单元素状态概率，p_i表示电源i可投入运行的概率，q_i表示电源i不可投入运行的概率，n表示单元素个数，xi表示电源i的状态，其中：

间歇性电源的出力状态则按概率分布考虑，例如以季度为时间段，可假设风速服从Weibull分布，结合风电功率特性曲线，可将风电场的出力近似地分为若干种状态，每个状态有对应的状态概率。间歇性电源和非间歇性电源出力状态形成不同的状态组合及相应的组合状态概率，作为电网故障前的状态条件，分别用于电力系统运行状态分析；

步骤3-2：采用蒙特卡罗法随机对选择的电力系统运行状态进行分析；

先对严重故障进行分析，如果严重故障条件下电力系统稳定，则同一元件发生严重程度较小的故障可判为稳定而不再枚举，从而减少计算量；

所述严重故障包括线路三相短路开关拒动、线路同杆并架异名相短路故障和直流闭锁故障。

所述步骤4包括以下步骤：

步骤4-1：按不同季节和不同运行方式分别对电网规划安全性进行评估；

停电经济损失风险RISK表示为：

$\mathrm{RISK}=C\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{k}_l\left(\underset{j=1}{\overset{n_l}{\mathrm{\Σ}}}{p}_j\left(\underset{i\∈I_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{fre}\left(i\right)\mathrm{DNS}\left(i\right)d_i\right)\right)---\left(3\right)$

其中，C是停电每kWh对应的经济损失；m为时段数；n_l为第l时段发电系统状态数；第k_l为第l时段小时数与全年8760小时的比值；p_j是第l时段故障前发电系统处于第j状态的概率；I_lj为第l时段发电系统第j状态下导致停电的电网故障集；fre(i)是电网故障i发生的频率；DNS(i)是故障i导致停电所损失的负荷，d_i是故障i导致停电的时间。

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范围当中。

Claims (7)

1.一种用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：选定方案i；

步骤2：分析典型运行方式稳定性；

步骤3：选择电力系统运行状态，并对其进行分析；

步骤4：对电网规划安全性进行评估。

2.根据权利要求1所述的用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，其特征在于：所述步骤1中，针对可行性、经济性目标以及电网安全性约束生成电网规划方案，并选择选定方案i。

3.根据权利要求1所述的用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，其特征在于：所述步骤2中，通过采取增强设施对选定的方案i安全性作进一步的分析；

所述增强设施包括电厂动力系统模型、发电机功率保护模型、发电机电压保护模型、发电机失步保护模型、发电机过励磁保护模型、发电机定子过负荷保护模型、发电机失步保护模型、发电机复压过流保护模型、发电机频率异常保护模型、发电机低励失磁保护模型、发电机自动发电控制模型、负荷持续变化模型、过负荷自动切除线路模型、切除变压器模型和安全自动装置模型。

4.根据权利要求1所述的用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：选择电力系统运行状态；

除了考虑发电系统的典型运行方式外，在发电系统状态列举分析中计及部分非间歇性大电源停运的静态组合，而非间歇性小机组的停运可忽略；发电系统某一单元素状态概率为：

$P(x_1,x_2,\·\·\·,x_n)=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Π}}}{p}_i^{\mathrm{xi}}{q}_i^{1-\mathrm{xi}}---\left(1\right)$

其中，P(x₁，x₂，…，x_n)表示发电系统某一单元素状态概率，p_i表示电源i可投入运行的概率，q_i表示电源i不可投入运行的概率，n表示单元素个数，xi表示电源i的状态，其中：

间歇性电源和非间歇性电源出力状态形成不同的状态组合及相应的组合状态概率，作为电网故障前的状态条件，分别用于电力系统运行状态分析；

步骤3-2：采用蒙特卡罗法随机对选择的电力系统运行状态进行分析；

先对严重故障进行分析，如果严重故障条件下电力系统稳定，则同一元件发生严重程度较小的故障可判为稳定而不再枚举，从而减少计算量；

所述严重故障包括线路三相短路开关拒动、线路同杆并架异名相短路故障和直流闭锁故障。

5.根据权利要求1所述的用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，其特征在于：所述步骤4包括以下步骤：

步骤4-1：按不同季节和不同运行方式分别对电网规划安全性进行评估；

停电经济损失风险RISK表示为：

$\mathrm{RISK}=C\underset{l=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{k}_l\left(\underset{j=1}{\overset{n_l}{\mathrm{\Σ}}}{p}_j\left(\underset{i\∈I_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{fre}\left(i\right)\mathrm{DNS}\left(i\right)d_i\right)\right)---\left(3\right)$

其中，C是停电每kWh对应的经济损失；m为时段数；n_l为第l时段发电系统状态数；第k_l为第l时段小时数与全年8760小时的比值；p_j是第l时段故障前发电系统处于第j状态的概率；I_lj为第l时段发电系统第j状态下导致停电的电网故障集；fre(i)是电网故障i发生的频率；DNS(i)是故障i导致停电所损失的负荷，d_i是故障i导致停电的时间。

6.根据权利要求1所述的用于间歇性电源高渗透电网规划安全性评估方法，其特征在于：电力系统安全特性包括电力系统稳定特性和事件综合特性，所述事件综合特性包括事件发生概率特性、事件过程特性和事件后果特性，所述事件过程特性包括电力系统暂态过渡过程特性、连锁反应过程特性和应对处理特性。

7.根据权利要求1所述的用于间歇性电源高渗透电网规划的安全性评估方法，其特征在于：电力系统安全性评估包括电网运行安全性评估和所述电网规划安全性评估。

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