CN104063812B - 一种风光互补发电系统低电压穿越性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风光互补发电系统低电压穿越性能评估方法，包括以下步骤：1）建立低电压穿越评估指标体系；2）数据采集；3）分析各评估指标权重；4）量化评估电压恢复性能；5）量化评估其他指标变化情况；6）综合评估风光互补发电系统低电压穿越性能。本发明方法利用各指标量化评估结果及其对应权重，对风光互补发电系统低电压穿越性能进行综合分析，得到量化评估结果。

Description

一种风光互补发电系统低电压穿越性能评估方法

技术领域

本发明属于低电压穿越分析技术领域，具体地说涉及一种风光互补发电系统低电压穿越性能评估方法。

背景技术

低电压穿越可以简单的定义为：当电网故障或扰动引起风光互补发电系统并网点的电压跌落时，在电压跌落的范围内，风光互补发电系统能够不间断并网运行。

目前，国内外对风光互补发电系统的研究主要集中在整体系统的仿真运行、控制策略等方面，而在低电压穿越的研究则主要集中在如何通过各种措施以期实现低电压穿越等。虽然现已有《GB/T19963-2011风电场接入电力系统技术规定》和《GB/T19964-2012光伏发电站接入电力系统技术规定》等标准规定低电压穿越要求，但缺乏一种能对风光互补发电系统低电压穿越实现后系统各性能指标的综合评估方法。针对这一缺陷，本发明通过建立风光互补发电系统低电压穿越评估指标体系，并量化分析其中各指标及对应权重，评估风光互补发电系统低电压穿越时整体性能，从而可有效弥补现有研究的不足。对风光互补发电系统低电压穿越性能进行有效评估，一方面，可使得电网及时迅捷地获知有关风光互补发电系统低电压穿越性能信息，从而为做出正确的电力规划和调度，批准合格的风光互补发电系统入网和签署合理用电协议等提供决策依据；另一方面，可为风光互补发电系统后续低电压穿越治理、运行效率提升等提供技术支持，并可让供用电双方适时调整自身的运行/生产计划，避免低电压穿越性能指标恶化，从而提高区域电网运行的整体安全可靠性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种可使供用电双方了解所研究的风光互补发电系统低电压穿越性能，并为提高其整体运行可靠性和经济性做技术支撑的评估方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种风光互补发电系统低电压穿越性能评估方法，包括以下步骤：

1)建立低电压穿越评估指标体系；

2)采集所述步骤1)所建立的低电压穿越评估指标体系中各评估指标的测试数据；

3)分析所述步骤2)采集的各评估指标的权重，并构建评估指标和权重的对应关系表；

4)量化评估电压恢复性能；

5)量化评估所述步骤1)的低电压穿越评估指标体系中除并网点电压外的评估指标的变化情况；

6)基于上述各评估指标分析结果及其对应权重，综合分析风光互补发电系统低电压穿越性能。

前述的步骤1)中，建立低电压穿越评估指标体系的具体方法为：

分析风光互补发电系统的运行特性，以及低电压穿越时引起的各指标变化的特点，筛选出能反映低风光互补发电系统低电压穿越时的关键指标，构成低电压穿越评估指标体系。

前述的评估指标体系包含以下指标中的一种或多种：并网点电压，风电有功输出，风电无功输出，光伏有功输出，光伏无功输出。

前述的步骤2)中，数据采集包括以下步骤：

21)从所述步骤1)建立的低电压穿越评估指标体系中选取评估指标；

22)根据实际测试和评估需要，选取待测试风光互补发电系统的公共连接点，然后采集选取的评估指标测试数据；

23)将步骤22)中采集的测试数据存入到数据库，构成“风光互补发电系统低电压穿越性能评估指标数据库”。

前述的步骤3)中，分析各评估指标权重包括以下步骤：

31)根据判断等级对标度赋值；

32)将低电压穿越评估指标体系中的各评估指标通过两两比较，建立判断矩阵：A＝(a_ij)_N×N，

其中，a_ij表示i评估指标与j评估指标的标度，N表示评估指标个数；

33)计算随机一致性比率CR，如果CR的值小于0.1时，则转入步骤34)，否则返回步骤32)调整判断矩阵元素取值，

所述随机一致性比率CR的表达式为：

其中，CI为一致性指标，RI为随机一致性指标；

34)求出判断矩阵的最大特征值对应的特征向量，进行归一化处理，即得相关评估指标的权重

前述的步骤4)中，量化评估电压恢复性能包括以下步骤：

41)分析计算衡量电压恢复性能的三个评估元素：暂降幅度、持续时间和恢复上升斜率；

42)通过建立量化分析函数，评估电压恢复性能，

所述量化分析函数F₁的表达式为：

其中，k为并网点电压的恢复上升斜率，k₁和k₂分别为风电和光伏低电压穿越要求的临界恢复上升斜率，t为暂降幅度下对应的持续时间。

前述的步骤5)包括以下步骤：

51)分析计算低电压穿越评估指标体系中除并网点电压外的评估指标在电压恢复期间平均值；

52)通过建立量化分析函数，评估这些指标变化情况，

所述除并网点电压外的评估指标的量化分析函数F_i的表达式为：

其中，x_i为第i(i＝2,3,…,N)个评估指标的平均值，L是用户自行设定的指标阈值。

前述的步骤6)中，综合分析的方法为：

利用线性加权法，公式如下：

其中，N为风光互补发电系统低电压穿越评估指标体系中的评价指标个数，F为风光互补发电系统低电压穿越性能综合量化评估结果，w_i和F_i分别为第i个评价指标的权重及量化评估结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)有利于提高风光互补发电系统低电压穿越研究的完整性，现有关于风光互补发电系统低电压穿越的研究主要集中在如何通过各种措施以期实现低电压穿越等方面，缺乏对各风光互补发电系统低电压穿越实现后系统各性能指标的一个整体评价。本发明在量化分析各指标及其对应权重的基础，研究各风光互补发电系统低电压穿越时整体性能，从而可有效弥补现有研究的不足。

(2)有利于对供用电双方了解所属风光互补发电系统低电压穿越性能提供数据支撑。本发明通过综合分析风光互补发电系统低电压穿越时各性能指标，使得供用电双方对其低电压穿越时性能有一定的了解和掌握，为后续低电压穿越治理、运行效率提升等提供技术支持。

(3)有利于提高区域电网运行的安全可靠性。对于供用电双方，可以适时调整自身的运行/生产计划，避免低电压穿越性能指标恶化，提高电网运行的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明的风光互补发电系统低电压穿越性能评估方法，流程如图1所示，具体包括以下步骤。

1)建立低电压穿越评估指标体系。

分析风光互补发电系统的运行特性，以及低电压穿越时引起的各指标变化的特点，筛选出能反映低风光互补发电系统低电压穿越时的关键指标，构成低电压穿越评估指标体系，其中评估指标体系包含以下指标中的一种或多种：并网点电压，风电有功输出，风电无功输出，光伏有功输出，光伏无功输出等。

2)采集已建立的低电压穿越评估指标体系中各评估指标的测试数据，包括以下步骤：

21)从步骤1)中建立的低电压穿越评估指标体系中选取评估指标；

22)根据实际测试和评估需要，选取待测试风光互补发电系统的公共连接点，然后采集选取的评估指标测试数据，本发明利用数据采集仪器，如德微创DEWETRON等即可采集到所有测试数据；

23)将步骤22)中采集的测试数据存入到数据库，构成“风光互补发电系统低电压穿越性能评估指标数据库”。

3)分析步骤2)所采集的低电压穿越评估指标体系中各评估指标的权重，并构建“对应关系表”。包括以下步骤：

31)根据步骤1)建立的低电压穿越评估指标体系，利用层次分析法确定各评估指标的权重；

32)根据步骤31)中分析得到的低电压穿越性能的评估指标与其各自权重，构成评估指标和权重的对应关系表。

步骤31)中层次分析法确定权重的具体方法为：

(1)建立判断标度

将判断等级分为：同等重要、稍微重要、重要、明显重要、强烈重要、极端重要6个等级，再将各判断等级按表1所示标度进行赋值。

表1 比例标度及其含义

(2)构建判断矩阵

将低电压穿越评估指标体系中的各评估指标通过两两比较，建立判断矩阵A＝(a_ij)_N×N，其中，a_ij表示i评估指标与j评估指标的标度，N表示评估指标个数。

(3)一致性检验

为衡量所设标度的优劣，需首先计算一致性指标CI，其计算公式为：

式中：λ_max为判断矩阵的最大特征根。

再计算随机一致性比率CR：

RI为随机一致性指标，由Sacty给出，随矩阵阶数增加而增大，见表2。

表2 n维矩阵的随机一致性指标RI

n	1	2	3	4	5	6	7	8
									RI	0.00	0.00	0.58	0.94	1.12	1.24	1.32	1.41

只有在随机一致性比率CR的值小于0.1时，才认为层次单排序结果有较好的一致，否则需要调整判断矩阵元素取值。

(4)求出判断矩阵的最大特征值对应的特征向量，进行归一化处理，即得相关评估指标的权重。

4)量化评估电压恢复性能，包括以下步骤：

41)分析计算衡量电压恢复性能的三个评估元素：暂降幅度、持续时间和恢复上升斜率；

暂降幅度u是指电压跌落值相对于额定电压值的百分比，即：

u＝(Un-Umin)/Un×100％ (3)

其中，Un为额定运行电压值，Umin为跌落后的最低运行电压值。

持续时间t是电压跌落至最低电压后持续运行的时间，即：

t＝t_m-t_n (4)

其中，t_m为电压开始恢复的时间，t_n为电压跌落至最低点的时间。

恢复上升率是电压从开始恢复到恢复至额定电压90％的恢复斜率，即：

其中，u为暂降幅度，t_n为电压跌落至最低点的时间。

42)通过建立量化分析函数，评估电压恢复性能。

步骤42)中量化分析电压恢复性能的具体方法为：

(1)根据步骤41)计算得到的暂降幅度和持续时间，分别计算符合风电和光伏低电压穿越要求的临界恢复上升斜率k₁和k₂。它们的计算公式分别如下：

式中，u为暂降幅度，t为该暂降幅度下对应的持续时间。

(2)根据标准《GB/T19963-2011风电场接入电力系统技术规定》和《GB/T19964-2012光伏发电站接入电力系统技术规定》中规定，要想实现风光互补发电系统低电压穿越，其电压恢复曲线需在相应的临界曲线之上。所以，在评估其低电压穿越性能时，需特别关注持续时间和恢复上升斜率这两个指标，防止两者“越限”。再利用如下量化分析函数F₁，可实现对电压恢复性能的量化分析。

式中，k为并网点电压的恢复上升斜率。

式(4)计算结果是0-100之间的不同评分，是对电压恢复性能进行评估打分，不同分值对应的评估结果能在一定程度上反映电压恢复性能的好坏。

5)量化评估步骤1)选取的低电压穿越评估指标体系中除并网点电压外的其他评估指标变化情况，包括以下步骤：

51))利用步骤2)采集的测试数据，分析计算其他评估指标(如风电有功输出，风电无功输出，光伏有功输出，光伏无功输出等指标中的一种或多种)在电压恢复期间平均值；此处利用数值方法求取评估指标的平均值，指标的值可根据步骤2)采集获得。

52)通过建立如下的量化分析函数F_i，评估这些指标变化情况，

其中，x_i为步骤51)计算的第i(i＝2,3,…,N)个评估指标的平均值，L是用户自行设定的指标阈值。

6)基于上述各指标评估结果及其对应权重，综合量化分析风光互补发电系统低电压穿越性能。

利用线性加权法，具体分析风光互补发电系统低电压穿越性能，公式如下：

式中，N为风光互补发电系统低电压穿越评估指标体系中的评估指标个数，F为风光互补发电系统低电压穿越性能综合量化评估结果，w_i为第3步中所求得的评估指标的权重，F_i为第i个评估指标的量化评估结果。

上述公式中的F₁即为步骤4计算的低电压穿越评估指标体系中的电压恢复性能评估指标，因在低电压穿越评估指标体系中，对电压恢复性能指标进行了动态调整，所以分别对F₁和其他F_i(i＝2,3,…,N)进行了说明。式(7)计算出的评估结果与其他指标的量化评估结果一起，应用于综合评估，如式(9)所示。

根据综合量化评估结果F值的大小，分析风光互补发电系统低电压穿越性能。具体判断标准为：当F≥60时，F值越大，风光互补发电系统低电压穿越性能越优；当F＜60时，F值越小，风光互补发电系统低电压穿越性能趋于恶化，严重时将不符合相应标准限值规定，将出现切机现象。

Claims (3)

1.一种风光互补发电系统低电压穿越性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)建立低电压穿越评估指标体系；具体方法为：

分析风光互补发电系统的运行特性，以及低电压穿越时引起的各指标变化的特点，筛选出能反映低风光互补发电系统低电压穿越时的关键指标，构成低电压穿越评估指标体系；所述评估指标体系包含以下指标中的一种或多种：并网点电压，风电有功输出，风电无功输出，光伏有功输出，光伏无功输出；

2)采集所述步骤1)所建立的低电压穿越评估指标体系中各评估指标的测试数据；

3)分析所述步骤2)采集的各评估指标的权重，并构建评估指标和权重的对应关系表；所述分析各评估指标权重包括以下步骤：

31)根据判断等级对标度赋值；

32)将低电压穿越评估指标体系中的各评估指标通过两两比较，建立判断矩阵：A＝(a_ij)_N×N，

其中，a_ij表示i评估指标与j评估指标的标度，N表示评估指标个数；

33)计算随机一致性比率CR，如果CR的值小于0.1时，则转入步骤34)，否则返回步骤32)调整判断矩阵元素取值，

所述随机一致性比率CR的表达式为：

$CR=\frac{CI}{RI}$

其中，CI为一致性指标，RI为随机一致性指标；

34)求出判断矩阵的最大特征值对应的特征向量，进行归一化处理，即得相关评估指标的权重；

4)量化评估电压恢复性能；包括以下步骤：

41)分析计算衡量电压恢复性能的三个评估元素：暂降幅度、持续时间和恢复上升斜率；

42)通过建立量化分析函数，评估电压恢复性能，

所述量化分析函数F₁的表达式为：

$F_1=\left\{\begin{array}{cc}100-\left(e^{2.4k_1/k}-1\right)& k>k_{1}andt<0.625s\\ 120-60\left(\left(k+k_2-2k_1\right)/\left(2k_2-2k_1\right)\right)& k_2<k<k_{1}andt<0.625s\\ 60e^{4\left(-k/k_2+1\right)}& k<k_{2}andt<0.625s\\ 30e^{4\left(-k/k_2+1\right)}& k>k_{2}and0.625s<t<1s\\ 0& k<k_{2}and0.625s<t<1sort>1s\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中，k为并网点电压的恢复上升斜率，k₁和k₂分别为风电和光伏低电压穿越要求的临界恢复上升斜率，t为暂降幅度下对应的持续时间；

5)量化评估所述步骤1)的低电压穿越评估指标体系中除并网点电压外的评估指标的变化情况；包括以下步骤：

51)分析计算低电压穿越评估指标体系中除并网点电压外的评估指标在电压恢复期间平均值；

52)通过建立量化分析函数，评估这些指标变化情况，

所述除并网点电压外的评估指标的量化分析函数F_i的表达式为：

$F_i=\left\{\begin{array}{cc}100-(e^{4.8(x_i/L)}-1)& 0\&le;x_i\&le;0.5L\\ 120-60(x_i/L)& 0.5L<x_i\&le;L\\ 60e^{4(-x_i/L+1)}& x_i>L\end{array}\right.---\left(5\right)$

其中，x_i为第i(i＝2,3,…,N)个评估指标值，L是用户自行设定的指标阈值；

6)基于上述各评估指标分析结果及其对应权重，综合分析风光互补发电系统低电压穿越性能。

2.根据权利要求1中所述的一种风光互补发电系统低电压穿越性能评估方法，其特征在于，所述步骤2)中，数据采集包括以下步骤：

21)从所述步骤1)建立的低电压穿越评估指标体系中选取评估指标；

22)根据实际测试和评估需要，选取待测试风光互补发电系统的公共连接点，然后采集选取的评估指标测试数据；

23)将步骤22)中采集的测试数据存入到数据库，构成“风光互补发电系统低电压穿越性能评估指标数据库”。

3.根据权利要求1中所述的一种风光互补发电系统低电压穿越性能评估方法，其特征在于，所述步骤6)中，综合分析的方法为：

利用线性加权法，公式如下：

$F=\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{w}_i{F}_i---\left(6\right)$

其中，N为风光互补发电系统低电压穿越评估指标体系中的评价指标个数，F为风光互补发电系统低电压穿越性能综合量化评估结果，w_i和F_i分别为第i个评价指标的权重及量化评估结果。