CN110311419B - 基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法 - Google Patents

基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，基于暂态电压安全裕度量化信息分别建立关于新能源出力变化和常规机组出力变化的灵敏度指标，并在电网断面限额约束下基于灵敏度指标对电源组织形式进行协调，获取保证打捆新能源送出直流故障下新能源暂态电压安全的系统新能源最大出力和常规电源最小开机方式，避免新能源暂态过电压脱网引起系统连锁反应，为电网的调度运行提供决策指导。

Description

基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法
技术领域
本发明涉及一种基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，属于电力系统运行控制技术领域。
背景技术
电压既关系到电网安全稳定运行，也是电能质量的重要指标之一。当今电压安全性受到更多关注，面对电源结构和电网结构变化的新态势，电压安全问题面临更为严峻的挑战。
通常对暂态电压安全性的要求可由基于给定电压偏移门槛值Vcr和偏出此给定值的电压异常持续时间构成的tcr二元表来描述(Vcr，tcr)，当且仅当电压偏出(低频安全评估时为低于，高频安全评估时为高于)Vcr的持续时间超过tcr判为暂态电压不满足安全要求，必要时可用多个二元表进行评估。随着新能源打捆特高压直流送电模式的发展，特高压直流与新能源耦合关系愈加紧密，新能源因暂态过电压脱网成为约束新能源接入量、特高压直流输电功率的关键因素。分析表明，不同位置新能源出力、常规电源开机等因素对于故障后新能源暂态电压升高具有重要影响。主要技术特性表现在，特高压直流汇集不同位置新能源相同出力情况下，由于故障期间直流功率大幅衰减会对交流汇集网络造成巨大冲击，导致交流汇集线路有功回退释放系统容性无功，所以相对近的新能源汇集出力，距离越远的新能源汇集出力对直流故障后暂态电压造成的压升越高，此外，在同样励磁调节能力情况下，常规机组开机台数越多对系统动态无功支撑能力越大，对直流故障后暂态过电压抑制效果越好。基于上述特性，在当前我国能源转型升级战略下，如何保证电网安全前提下，协调提升新能源接纳能力和常规机组开机量成为电网愈来愈关注的问题。
目前，有关最小开机方式的研究还缺乏全面、深入及系统性的方法，大多集中以调峰能力和电力平衡约束为主要手段，当电网发生严重故障时，不能够完全满足暂态电压安全性，容易造成新能源脱网；少部分研究考虑暂态电压安全约束，但只是单一考虑常规机组对暂态压升的灵敏度排序，忽略了不同位置新能源出力对暂态电压的贡献，不能够实现新能源输送最大化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，针对打捆新能源送出直流故障后新能源暂态过电压脱网问题，基于暂态电压安全裕度量化信息分别建立关于新能源出力和常规机组开机的灵敏度指标，并在电网断面限额约束下基于灵敏度指标对电源组织形式进行协调，获取保证打捆新能源送出直流故障下新能源暂态电压安全的系统新能源最大出力和常规电源最小开机方式，避免新能源暂态过电压脱网引起系统连锁反应，为电网的调度运行提供决策指导。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，包括以下步骤：
(1)获取电网信息；
(2)筛选直流关键故障形式；
(3)计算直流关键故障形式下新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标；
(4)计算直流关键故障形式下常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标；
(5)确定关键断面的最大限额；
(6)根据所述新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标和所述常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，以及关键断面的最大限额，进行新能源出力和常规电源开机方式调整。
前述的电网信息通过调度数据网获取，包括：机电暂态仿真数据，新能源暂态电压安全二元表，关键断面及限额，各关键断面内的常规电源及新能源装机信息。
前述的新能源暂态电压安全二元表是由给定新能源暂态电压偏移门槛值和偏出电压偏移门槛值持续时间构成的二元表(Vcr.i,Tcr.i)，当且仅当新能源暂态电压高出Vcr.i的持续时间超过Tcr.i时判为暂态电压不满足安全要求，i＝1,…,N，i为新能源机组编号。
前述的筛选直流关键故障形式，包括：通过时域仿真分析，对比直流换相失败、再启动及闭锁不同故障后的新能源暂态压升，引起新能源暂态压升最高的故障即为直流关键故障形式。
前述的计算直流关键故障形式下新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，包括：
(31)划分各关键断面内新能源聚集区；
(32)计算直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度η0；
(33)选取新能源聚集区Gjk，增加或减小该新能源聚集区新能源出力
Figure BDA0002113774740000021
计算所述增加或减小新能源出力方式下直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度η′0，Gjk表示断面j上的第k个新能源聚集区；
(34)计算所述新能源聚集区新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标：
Figure BDA0002113774740000022
Δηv＝η′0-η0。
前述的划分各关键断面内新能源聚集区，包括：
根据新能源所在地理位置和所在断面，根据时域仿真分析，将新能源暂态压升幅度在(ΔUl，ΔUh)间的新能源场站定义为新能源聚集区，其中，ΔUl为暂态电压升高下限，ΔUh为暂态电压升高上限。
前述的计算直流关键故障形式下常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，包括：
(41)增加或减小常规机组满开机台数
Figure BDA0002113774740000031
计算所述增加或减小常规机组满开机台数下直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度η″0；
(42)计算常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标：
Figure BDA0002113774740000032
Δηγ＝η″0-η0
其中，η0为直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度。
前述的暂态电压安全裕度计算如下：
η＝[Vext-(Vcr-αTcr)]×100％
其中，η表示暂态电压安全裕度，Vcr和Tcr分别是母线的电压偏移门槛值和允许的持续时间，Vext指暂态过程中母线电压的极值，α为把临界电压偏移持续时间换算成电压的折算因子。
前述的确定关键断面的最大限额，包括：
关闭电网中所有常规机组，最大化增开新能源出力
Figure BDA0002113774740000033
使满足最大化新能源总出力小于关键断面最大限额PLjmax：
Figure BDA0002113774740000034
前述的进行新能源出力和常规电源开机方式调整，包括：
(61)对所述新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标vjk和所述常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标γjn分别进行灵敏度大小排序；
(62)选取所述常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标最高的常规机组；
(63)计算所述步骤(62)选取的常规机组所在的关键断面功率PLi与机组满功率Pi之和，判断该值是否达到该断面最大限额PLjmax；
若PLi+Pi≥PLjmax，增开常规机组i，并保持机组满功率Pi；检索该机组所在的关键断面及级联的之前关键断面的由于新能源聚集区出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，选取∣vjk∣最大的新能源聚集区降低出力大小为Pi；
若PLi+Pi≤PLjmax，增开常规机组i，并保持机组满功率Pi；检索所有关键断面由于新能源聚集区出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，选取∣vjk∣最大的新能源聚集区降低出力大小为Pi；
(64)判断故障后系统暂态电压安全裕度是否大于0；若系统暂态电压安全裕度大于0则统计输出新能源出力和常规机组开机台数及机组满功率信息；若系统暂态电压安全裕度小于0则返回步骤(62)。
本发明所达到的有益效果为：
本发明在电网断面限额约束下基于灵敏度指标对电源组织形式进行协调，获取保证打捆新能源送出直流故障下新能源暂态电压安全的系统新能源最大出力和常规电源最小开机方式，避免新能源暂态过电压脱网引起系统连锁反应，为电网的调度运行提供决策指导。
附图说明
图1为本发明方法的工作流程图。
具体实施方式
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。
本发明提供一种基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，参见图1，包括以下步骤：
步骤1，获取电网信息。通过调度数据网获取机电暂态仿真数据，考虑暂态耐高压能力的新能源暂态电压安全二元表，关键断面及其限额，各关键断面内的常规电源及新能源装机信息。
考虑暂态耐高压能力的新能源暂态电压安全二元表是描述对新能源暂态电压安全性要求的信息，是由给定新能源暂态电压偏移门槛值Vcr和偏出此给定值的电压异常持续时间Tcr构成的二元表(Vcr.i,Tcr.i)，其含义是当且仅当新能源暂态电压高出Vcr.i的持续时间超过Tcr.i判为暂态电压不满足安全要求，必要时可用多个二元表进行描述，i＝1,…,N，i为新能源机组编号。
所述关键断面表示为Sj，j＝1,…,M，相应的断面限额为Psj。
步骤2，筛选直流关键故障形式，具体为：
通过时域仿真分析方法，对比直流换相失败、再启动及闭锁等不同故障后的新能源暂态压升，找出引起暂态压升最高的关键故障形式。
步骤3，基于暂态电压安全裕度的新能源出力灵敏度指标的计算，具体为：
首先划分各关键断面内新能源聚集区，然后基于摄动方法求取直流关键故障形式下各新能源聚集区出力导致的系统暂态电压安全裕度变化，最后求出关于新能源出力的灵敏度指标。
所述新能源聚集区主要根据新能源所在地理位置和所在断面Sj，并结合步骤2的时域仿真，将暂态电压升高幅度在(ΔUl，ΔUh)间的新能源场站定义为新能源聚集区Gjk，k＝1,…,z。Gjk表示断面j上的新能源聚集区k。ΔUl为暂态电压升高下限，ΔUh为暂态电压升高上限，j为断面编号，k为满足暂态电压升高幅度在(ΔUl，ΔUh)间的新能源场站编号，z为满足暂态电压升高幅度在(ΔUl，ΔUh)间的新能源场站总个数。
灵敏度指标计算如下：
31)基于电网机电暂态仿真数据，考虑所有并网新能源的暂态电压安全二元表，计算直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度η0。
32)选取新能源聚集区Gjk，增加或减小该聚集区新能源出力
Figure BDA0002113774740000051
计算此增加或减小新能源出力方式下直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度η0′。
33)计算该新能源聚集区出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化Δηv，Δηv＝η0′-η0，利用摄动方法求取该新能源聚集区新能源出力的灵敏度指标，即
Figure BDA0002113774740000052
vjk表示断面j上新能源聚集区k出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标。
步骤4，基于摄动方法计算直流关键故障形式下各常规机组满开机引起的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，具体为：
41)增加或减小常规机组满开机台数
Figure BDA0002113774740000053
计算此方式下直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度η″0。
42)计算常规机组满开机台数变化导致的系统暂态电压安全裕度变化Δηγ，Δηγ＝η″0-η0，利用摄动方法求取该常规机组满开机引起的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，即
Figure BDA0002113774740000054
下标n表示开机台数，γjn表示断面j上n台常规机组满开引起的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标。
步骤3和步骤4中，暂态电压安全裕度计算公式为：
η＝[Vext-(Vcr-αTcr)]×100％
其中，η表示暂态电压安全裕度，Vcr和Tcr分别是母线的电压偏移门槛值和允许的持续时间，Vext指暂态过程中母线电压的极值，α为把临界电压偏移持续时间换算成电压的折算因子，一般取1。
步骤5，调整电网方式数据，剔除研究系统内常规电源，在各关键断面限额下最大化增开新能源出力，并统计达到最大限额的关键断面信息；
具体为，关闭电网中所有常规机组，最大化增开新能源出力
Figure BDA0002113774740000061
使其满足最大化新能源总出力小于关键断面最大限额PLjmax，也即：
Figure BDA0002113774740000062
其中，j表示各关键断面。
步骤6，基于灵敏度指标进行新能源和常规电源开机方式调整，求取满足暂态电压安全约束的方式，具体为：
61)对求取的直流关键故障下各常规机组满开机台数变化引起的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标γjn及各新能源聚集区出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标vjk分别进行灵敏度大小排序；
62)选取γjn中灵敏度指标最高的常规机组i；
63)求取常规机组i所在的关键断面功率PLi与机组满功率Pi之和，判断该值是否达到该断面最大能力值PLjmax。
若PLi+Pi≥PLjmax，增开机组i，并保持机组满功率Pi；检索该机组所在的关键断面及级联的之前关键断面的由于新能源聚集区出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，选取∣vjk∣最大的新能源聚集区降低出力大小为Pi；
若PLi+Pi≤PLjmax，增开机组i，并保持机组满功率Pi；检索所有关键断面的由于新能源聚集区出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，选取∣vjk∣最大的新能源聚集区降低出力大小为Pi；
64)判断故障后系统暂态电压安全裕度是否大于0。若系统暂态电压安全裕度大于0则统计输出新能源出力和常规机组开机台数及机组满功率信息；若系统暂态电压安全裕度小于0则返回步骤62)。
步骤7，统计输出新能源出力和常规电源开机信息。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)获取电网信息；
(2)筛选直流关键故障形式；
(3)计算直流关键故障形式下新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，包括：
(31)划分各关键断面内新能源聚集区；
(32)计算直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度η0；
(33)选取新能源聚集区Gjk，增加或减小该新能源聚集区新能源出力
Figure FDA0003754763890000011
计算所述增加或减小新能源出力方式下直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度η′0，Gjk表示断面j上的第k个新能源聚集区；
(34)计算所述新能源聚集区新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标：
Figure FDA0003754763890000012
Δηv＝η′0-η0；
其中，vjk为断面j上的第k个新能源聚集区新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标；
(4)计算直流关键故障形式下常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，包括：
(41)增加或减小常规机组满开机台数
Figure FDA0003754763890000013
计算所述增加或减小常规机组满开机台数下直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度η″0；
(42)计算常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标：
Figure FDA0003754763890000014
Δηγ＝η″0-η0；
其中，γjn为常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，η0为直流关键故障形式下系统的暂态电压安全裕度；
(5)确定关键断面的最大限额；
(6)根据所述新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标和所述常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，以及关键断面的最大限额，进行新能源出力和常规电源开机方式调整。
2.根据权利要求1所述的基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，其特征在于：所述电网信息通过调度数据网获取，包括：机电暂态仿真数据，新能源暂态电压安全二元表，关键断面及限额，各关键断面内的常规电源及新能源装机信息。
3.根据权利要求2所述的基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，其特征在于：所述新能源暂态电压安全二元表是由给定新能源暂态电压偏移门槛值和偏出电压偏移门槛值持续时间构成的二元表(Vcr.i,Tcr.i)，当且仅当新能源暂态电压高出Vcr.i的持续时间超过Tcr.i时判为暂态电压不满足安全要求，i＝1,…,N，i为新能源机组编号。
4.根据权利要求1所述的基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，其特征在于：所述筛选直流关键故障形式，包括：通过时域仿真分析，对比直流换相失败、再启动及闭锁不同故障后的新能源暂态压升，引起新能源暂态压升最高的故障即为直流关键故障形式。
5.根据权利要求1所述的基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，其特征在于：所述划分各关键断面内新能源聚集区，包括：
根据新能源所在地理位置和所在断面，根据时域仿真分析，将新能源暂态压升幅度在(ΔUl，ΔUh)间的新能源场站定义为新能源聚集区，其中，ΔUl为暂态电压升高下限，ΔUh为暂态电压升高上限。
6.根据权利要求1所述的基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，其特征在于：所述暂态电压安全裕度计算如下：
η＝[Vext-(Vcr-αTcr)]×100％
其中，η表示暂态电压安全裕度，Vcr和Tcr分别是母线的电压偏移门槛值和允许的持续时间，Vext指暂态过程中母线电压的极值，α为把临界电压偏移持续时间换算成电压的折算因子。
7.根据权利要求1所述的基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，其特征在于：所述确定关键断面的最大限额，包括：
关闭电网中所有常规机组，最大化增开新能源出力
Figure FDA0003754763890000021
使满足最大化新能源总出力小于关键断面最大限额PLjmax：
Figure FDA0003754763890000022
8.根据权利要求1所述的基于暂态安全裕度的新能源接纳能力和最小开机评估方法，其特征在于：所述进行新能源出力和常规电源开机方式调整，包括：
(61)对所述新能源出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标vjk和所述常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标γjn分别进行灵敏度大小排序；
(62)选取所述常规机组出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标最高的常规机组；
(63)计算所述步骤(62)选取的常规机组所在的关键断面功率PLi与机组满功率Pi之和，判断该值是否达到该断面最大限额PLjmax；
若PLi+Pi≥PLjmax，增开常规机组i，并保持机组满功率Pi；检索该机组所在的关键断面及级联的之前关键断面的由于新能源聚集区出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，选取∣vjk∣最大的新能源聚集区降低出力大小为Pi；
若PLi+Pi≤PLjmax，增开常规机组i，并保持机组满功率Pi；检索所有关键断面由于新能源聚集区出力变化导致的系统暂态电压安全裕度变化灵敏度指标，选取∣vjk∣最大的新能源聚集区降低出力大小为Pi；
(64)判断故障后系统暂态电压安全裕度是否大于0；若系统暂态电压安全裕度大于0则统计输出新能源出力和常规机组开机台数及机组满功率信息；若系统暂态电压安全裕度小于0则返回步骤(62)。
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CN109447441A (zh) * 2018-10-17 2019-03-08 国电南瑞科技股份有限公司 一种考虑新能源机组不确定性的暂态稳定风险评估方法

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