CN108808680A - 一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法 - Google Patents

Abstract

本文公开了一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法，包括以下步骤：根据威布尔分布，建立大型风电场出力模型；然后建立了风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算模型，采用改进的连续潮流算法进行TTC单一样板值的求取；最后采用蒙特卡罗抽样方法确定系统内各个设备的运行状态，综合考虑风电出力随机性、系统各元件故障、负荷波动等不确定因素，采用非序贯蒙特卡罗仿真法对风火打捆交直流外送系统区域间TTC进行概率评估。本实例采用基于改进的IEEE‑30配电系统，重点考虑风电场出力的随机性和波动性，系统网架结构以及风电火电比例对区域间输电能力的影响进行蒙特卡罗仿真计算，证明了所提方法的有效性与快速性。

Description

一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法

技术领域

本发明涉及电力系统传输电领域，更具体的说涉及一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法。

背景技术

随着环境与资源的矛盾加剧，中国近年来大力发展以风电为代表的可再生能源。我国规划建设的千万千瓦级风电基地和传统火电基地在分布地区上高度重叠，且两种能源均存在大规模、远距离输送至“三华”负荷中心的需求，采用“风火打捆”交直流外送的方式是可行的解决手段。但风电出力的不确定性和交直流混联的新型输电方式对区域输电能力的计算提出了新的要求。最大输电能力(total transfer capability，TTC)是指在满足一定安全稳定约束下电网区域间最大交换功率。随着电网规模的扩大，互联区域间TTC的准确计算对电网安全稳定运行起着重要的作用。急需研究风火打捆交直流外送系统区域间输电能力。

发明内容

本发明的目的在于，针对风火打捆交直流外送系统这种新的输电形式，提出一种区域输电能力的计算方法，以提高风火打捆交直流外送系统的安全稳定运行。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法，所述方法包括风电场出力模型的建立，风火打捆交直流外送系统TTC单一样板的求取，记及不确定因素的区域间TTC概率评估等模块，其特征在于具体步骤如下：

1)根据威布尔分布，建立大型风电场出力模型。

2)建立风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算模型，采用改进的连续潮流算法进行TTC单一样板值的求取。

3)采用蒙特卡罗抽样方法确定系统内各个设备的运行状态，综合考虑风电出力随机性、系统各元件故障、负荷波动等不确定因素，采用非序贯蒙特卡罗仿真法对风火打捆交直流外送系统区域间TTC进行概率评估。

所述的一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法进一步设计在于，所述的风电场出力模型建立的操作步骤包括：

1)根据经验值确定所在地区的平均风速水平c，然后采用威布尔概率分布预测风速，即有：

F_W(v)＝P(V≤v)＝1-exp[-(v/c)^k]

2)根据已知的风机的切入风速、切除风速和额定风速，采用分段线性模型来计算风电场有功和无功输出，即有：

3)根据单台风电机组的输出功率线性放大来等效风电场出力，即有：

所述的一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法进一步设计在于，所述的风火打捆交直流外送系统TTC单一样板求取的操作步骤包括：

1)考虑到直流系统注入功率对潮流方程雅克比矩阵元素的影响，对传统雅克比矩阵进行改进，改进后的切向量方程为：

2)根据系统交流参数预测值求解直流系统参数，并检验直流约束条件是否满足。

3)求解校正方程，对于与换流器直接相连的节点，计算不平衡功率时记及直流系统注入功率。

所述的一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法进一步设计在于，所述的记及不确定因素的区域间TTC概率评估的操作步骤包括：

1)系统中风电机组、常规发电机组、变压器、交流输电线路等，采用两状态模型进行状态模拟，概率分布函数为：

2)系统中直流线路，采用三状态模型进行状态模拟，其概率分布函数为：

3)系统中负荷及常规发电机出力的波动，采用正态分布对其进行描述，认为各负荷节点和发电机出力波动服从N(υ，σ²)的正态分布

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案，提出一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法，针对风火打捆交直流外送这种新的输电系统，对其输电能力进行准确、快速的计算，可以有效提高风火打捆交直流外送系统的安全稳定运行。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明风火打捆交直流外送系统区域输电能力计算流程图

图2是本发明中风火打捆交直流外送系统图

图3是本发明中采用非序贯蒙特卡罗仿真对系统元件抽样采用的两状态模型图

图4是本发明实施例的节点系统图

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。

本实例采用基于改进的IEEE-30配电系统，系统如图4，在节点1处用风电机组代替传统火电机组，与节点2处的传统火电机组打捆，并将原系统节点6、10之间的交流线路改为两端直流输电线路，将整个系统分为三个区域，其中区域1为送电区，区域2为受电区，其中，风电场风速服从威布尔分布，分布参数k＝10，c＝2；直流系统各换流站U_d、换流变压器变比K_t、整流站触发角α、逆变站熄弧角γ的范围分别为1.0～1.48pu、0.9～1.1pu、7°～30°、16°～25°，整流器采用定功率控制，设定值为0.6pu，逆变器采用定电压控制，设定值为1.26pu。设定抽样次数为1000，系统基准容量设为100MW。

重点考虑风电场出力的随机性和波动性，系统网架结构以及风电火电比例对区域间输电能力的影响。按照图1所示流程，在节点1处接入不同容量的风电场以及在风电火电总装机容量一定的情况下设定不同的风火比例，首先进行风电场出力的计算，具体操作步骤为：

1)根据经验值确定所在地区的平均风速水平c，然后采用威布尔概率分布预测风速，即有：

F_W(v)＝P(V≤v)＝1-exp[-(v/c)^k]

2)根据已知的风机的切入风速、切除风速和额定风速，采用分段线性模型来计算风电场有功和无功输出，即有：

3)根据单台风电机组的输出功率线性放大来等效风电场出力，即有：

然后利用蒙特卡罗仿真进行系统各元件的状态抽样，具体操作步骤为：

1)系统中风电机组、常规发电机组、变压器、交流输电线路等，采用两状态模型进行状态模拟，概率分布函数为：

2)系统中直流线路，采用三状态模型进行状态模拟，其概率分布函数为：

3)系统中负荷及常规发电机出力的波动，采用正态分布对其进行描述，认为各负荷节点和发电机出力波动服从N(υ，σ²)的正态分布

最后对每一次抽样的结果利用改进的连续潮流算法进行计算，改进的具体环节包括：

1)考虑到直流系统注入功率对潮流方程雅克比矩阵元素的影响，对传统雅克比矩阵进行改进，改进后的切向量方程为：

2)根据系统交流参数预测值求解直流系统参数，并检验直流约束条件是否满足。

3)求解校正方程，对于与换流器直接相连的节点，计算不平衡功率时记及直流系统注入功率。

本发明的蒙特卡罗仿真算法对系统状态抽样的两状态模型如图3，通过抽样可以确定系统中风电机组、常规发电机组、变压器、交流输电线路等的状态，为下一步的仿真计算提供条件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法，包含以下步骤：

1)根据威布尔分布，建立大型风电场出力模型。

2)建立风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算模型，采用改进的连续潮流算法进行TTC单一样板值的求取。

3)采用蒙特卡罗抽样方法确定系统内各个设备的运行状态，综合考虑风电出力随机性、系统各元件故障、负荷波动等不确定因素，采用非序贯蒙特卡罗仿真法对风火打捆交直流外送系统区域间TTC进行概率评估。

2.根据权利要求1所述的一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法，其特征在于，步骤1中根据威布尔分布建立大型风电场出力模型的操作步骤包括：

1)根据经验值确定所在地区的平均风速水平c，然后采用威布尔概率分布预测风速，即有：

F_W(v)＝P(V≤v)＝1-exp[-(v/c)^k]

2)根据已知的风机的切入风速、切除风速和额定风速，采用分段线性模型来计算风电场有功和无功输出，即有：

3)根据单台风电机组的输出功率线性放大来等效风电场出力，即有：

3.根据权利要求1所述的一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法，其特征在于，步骤2中采用的改进连续潮流算法的操作步骤包括：

1)考虑到直流系统注入功率对潮流方程雅克比矩阵元素的影响，对传统雅克比矩阵进行改进，改进后的切向量方程为：

2)根据系统交流参数预测值求解直流系统参数，并检验直流约束条件是否满足。

3)求解校正方程，对于与换流器直接相连的节点，计算不平衡功率时记及直流系统注入功率。

4.根据权利要求1所述的一种风火打捆交直流外送系统区域间输电能力计算方法，其特征在于，步骤3中采用蒙特卡罗抽样方法确定系统内各个设备的运行状态的操作步骤包括：

1)系统中风电机组、常规发电机组、变压器、交流输电线路等，采用两状态模型进行状态模拟，概率分布函数为：

2)系统中直流线路，采用三状态模型进行状态模拟，其概率分布函数为：

3)系统中负荷及常规发电机出力的波动，采用正态分布对其进行描述，认为各负荷节点和发电机出力波动服从N(υ，σ²)的正态分布。