CN112101793A - 一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法 - Google Patents

一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，步骤一、获取基础电网信息；步骤二、计算新能源不同并网出力场景下电网受频率、电压、功角稳定安全约束的新能源最大低穿量
Figure DDA0002684842990000011
以及最大脱网量
Figure DDA0002684842990000012
步骤三、基于离线分析的新能源不同并网出力场景下电网可承受的新能源最大低穿量、最大脱网量，进行在线新能源出力场景方式匹配，并计算不同预想故障下计及新能源电站低穿、高穿定值的新能源实际低穿量Plc、脱网量Ptw；步骤四、计算不同预想故障下计及新能源低穿、脱网不确定性的安全稳定风险量化指标η、λ，从而确定电网最严重故障。本发明充分考虑了新能源的不确定性，量化故障运行风险，能有效指导电网安全稳定运行。

Description

一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法
技术领域
本发明涉及一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，属于电力系统安全稳定控制技术领域。
背景技术
随着近年来新能源和直流大规模接入电网，新能源大量替代常规电源，电网一次调频能力和动态无功支撑下降，系统转动惯量大幅降低，频率、电压稳定性和抗扰动能力恶化。同时，新能源出力的波动性，导致在全清洁能源电网运行时断面预控难度加大。在某些运行工况下，会导致安控策略不适应或措施量不足的问题，电网运行控制面临全新挑战。
现代电力系统源网特征和故障演化特性发生巨变，新能源出力和暂态演化特性的不确定性导致传统的严重故障风险评估难以适应。大规模新能源并网、需求侧互动将给大电网的运行带来更多的复杂性、不确定性与风险性。
目前电力规划和运行部门通常采用确定性方法评估系统稳定性，而该方法忽略了非限制性故障对系统失稳风险的影响。以往基于确定性事件演化建立的三道防线存在控制量不足及引发次生稳定问题，亟待开展计及新能源出力和故障后新能源暂态演化影响下，故障严重程度的量化分析。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的新能源出力以及暂态演化的不确定性特点，本发明提供一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，包括如下步骤：
步骤一、获取基础电网信息；
步骤二、计算新能源不同并网出力场景下电网受频率、电压、功角稳定安全约束的新能源最大低穿量
Figure BDA0002684842970000021
以及最大脱网量
Figure BDA0002684842970000022
步骤三、基于离线分析的新能源不同并网出力场景下电网可承受的新能源最大低穿量、最大脱网量，进行在线新能源出力场景方式匹配，并计算不同预想故障下计及新能源电站低穿、高穿定值的新能源实际低穿量Plc、脱网量Ptw；
步骤四、计算不同预想故障下计及新能源低穿、脱网不确定性的安全稳定风险量化指标η、λ，从而确定电网最严重故障。
作为优选方案，所述基础电网信息包括电网运行方式信息、机电暂态仿真数据、预想故障集、新能源电站低穿、高穿脱网定值、频率安全二元表、电压安全二元表以及暂态的频率安全边界、电压安全边界、功角安全边界和稳态的频率安全边界、电压安全边界、功角安全边界。
作为优选方案，所述步骤二，具体包括如下步骤：
基于电网运行方式信息和机电暂态仿真数据，仿真分析新能源不同并网出力场景下电网受暂态高频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000023
稳态高频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000031
暂态低频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000032
稳态低频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000033
暂态高压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000034
稳态高压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000035
暂态低压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000036
稳态低压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000037
暂态功角最大安全偏移边界为Δδtr，稳态功角最大安全偏移边界为Δδst以及频率安全二元表、电压安全二元表约束的新能源最大低穿量
Figure BDA0002684842970000038
以及最大脱网量
Figure BDA0002684842970000039
作为优选方案，所述步骤三，具体包括如下步骤：
基于在线仿真平台对在线新能源出力场景进行实时刷新，根据在线新能源并网量实时匹配离线数据新能源并网量场景，输入预想故障集和新能源电站低穿、高穿定值通过在线仿真平台，计算计及新能源电站低穿、高穿定值的实际低穿量Plc、脱网量Ptw。
作为优选方案，所述步骤四,具体包括如下步骤:
计算不同预想故障下量化指标η、λ，并对η+λ进行从大到小的排序，综合考虑预想故障对新能源低穿和高穿的影响，从而确定故障严重程度的顺序；
Figure BDA00026848429700000310
Figure BDA00026848429700000311
式中，η为考虑预想故障发生后新能源低穿的量化指标；λ为考虑预想故障发生后新能源高穿的量化指标；若η+λ值越大，则说明故障严重程度越重，若η+λ值越小，则说明故障严重程度越轻。
作为优选方案，所述电网运行方式信息包含系统负荷水平、开机方式、网架结构、新能源并网量及直流功率；所述预想故障集包含直流闭锁、直流换相失败、直流再启动、新能源汇集点近区交流故障；所述新能源电站低穿、高穿脱网定值根据新能源电站所属厂家设计参数而定；所述频率安全二元表是由给定频率偏移门槛值fmki和偏出此给定值的频率异常持续时间tmki构成的二元表，频率安全二元表含义是当且仅当频率偏出fmki的持续时间超过tmki时，判为频率不满足安全要求，其中，fmki表示给定频率偏移门槛值，tmki表示偏出给定值的频率异常持续时间，i＝1，2，....n，n为二元表的个数。
作为优选方案，所述电压安全二元表是由给定电压偏移门槛值Umki和偏出此给定值的电压异常持续时间Tmki构成的二元表，电压安全二元表含义是当且仅当电压偏出Umki的持续时间超过Tmki时，判为电压不满足安全要求，其中，Umki表示给定电压偏移门槛值，Tmki表示偏出给定值的电压异常持续时间，i＝1,2,...,n，n为二元表的个数。
作为优选方案，所述暂态的频率安全边界、电压安全边界和稳态的频率安全边界、电压安全边界是对暂态和稳态过程中频率、电压最大偏移值的界定，其中设暂态高频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000041
稳态高频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000042
暂态低频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000043
稳态低频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000044
暂态高压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000045
稳态高压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000046
暂态低压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000047
稳态低压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000048
作为优选方案，所述暂态的功角安全边界和稳态的功角安全边界是对功角最大偏移值的界定，其中设暂态功角最大安全偏移边界为Δδtr，稳态功角最大安全偏移边界为Δδst。
有益效果：本发明提供的一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，该方法结合新能源的不确定性，直观的给出了新能源电网所面临的风险，以指标的形式表征故障的严重程度，从而有效指导含大规模新能源电网的规划和运行，保证系统运行在安全性和经济性较高的水平。本发明充分考虑了新能源的不确定性，量化故障运行风险，能有效指导电网安全稳定运行。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，包括以下内容：
1)获取基础电网信息；所述基础电网信息包括电网运行方式信息、机电暂态仿真数据、预想故障集、新能源电站低穿、高穿脱网定值、频率安全二元表、电压安全二元表以及暂态的频率安全边界、电压安全边界、功角安全边界和稳态的频率安全边界、电压安全边界、功角安全边界。
所述电网运行方式信息包含系统负荷水平、开机方式、网架结构、新能源并网量及直流功率；所述预想故障集包含直流闭锁、直流换相失败、直流再启动、新能源汇集点近区交流故障；所述新能源电站低穿、高穿脱网定值根据新能源电站所属厂家设计参数而定；所述频率安全二元表是由给定频率偏移门槛值fmki和偏出此给定值的频率异常持续时间tmki构成的二元表，频率安全二元表含义是当且仅当频率偏出fmki的持续时间超过tmki时，判为频率不满足安全要求，其中，fmki表示给定频率偏移门槛值，tmki表示偏出给定值的频率异常持续时间，i＝1，2，....n，n为二元表的个数。
所述电压安全二元表是由给定电压偏移门槛值Umki和偏出此给定值的电压异常持续时间Tmki构成的二元表，电压安全二元表含义是当且仅当电压偏出Umki的持续时间超过Tmki时，判为电压不满足安全要求，其中，Umki表示给定电压偏移门槛值，Tmki表示偏出给定值的电压异常持续时间，i＝1,2,...,n，n为二元表的个数。
所述暂态的频率安全边界、电压安全边界和稳态的频率安全边界、电压安全边界是对暂态和稳态过程中频率、电压最大偏移值的界定，其中设暂态高频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000061
稳态高频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000062
暂态低频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000063
稳态低频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000064
暂态高压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000065
稳态高压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000066
暂态低压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000067
稳态低压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000068
所述暂态的功角安全边界和稳态的功角安全边界是对功角最大偏移值的界定，其中设暂态功角最大安全偏移边界为Δδtr，稳态功角最大安全偏移边界为Δδst。
2)计算新能源不同并网出力场景下电网受频率、电压、功角稳定安全约束的新能源最大低穿量
Figure BDA0002684842970000069
以及最大脱网量
Figure BDA00026848429700000610
基于电网运行方式信息和机电暂态仿真数据，仿真分析新能源不同并网出力场景下电网受暂态高频最大安全偏移边界为
Figure BDA00026848429700000611
稳态高频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000071
暂态低频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000072
稳态低频最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000073
暂态高压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000074
稳态高压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000075
暂态低压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000076
稳态低压最大安全偏移边界为
Figure BDA0002684842970000077
暂态功角最大安全偏移边界为Δδtr，稳态功角最大安全偏移边界为Δδst以及频率安全二元表、电压安全二元表约束的新能源最大低穿量
Figure BDA0002684842970000078
以及最大脱网量
Figure BDA0002684842970000079
设电网仿真的新能源并网量变化步长为ΔPnew，形成关于新能源并网量变化的集合
Figure BDA00026848429700000710
其中
Figure BDA00026848429700000711
表示第N种新能源并网量。在机电仿真软件中输入电网运行方式信息以及上述新能源并网量变化的集合，通过仿真计算，确定受频率、电压、功角安全稳定约束的电网能承受的最大低穿量的集合
Figure BDA00026848429700000712
和最大脱网量的集合
Figure BDA00026848429700000713
其中
Figure BDA00026848429700000714
分别代表第N种新能源并网量下满足频率、电压、功角安全稳定约束的电网能承受的最大低穿量和最大脱网量。
3)基于离线分析的新能源不同并网出力场景下电网可承受的新能源最大低穿量、最大脱网量，进行在线新能源出力场景方式匹配，并计算不同预想故障下计及新能源电站低穿、高穿定值的新能源实际低穿量Plc、脱网量Ptw。
基于在线仿真平台对在线新能源出力场景进行实时刷新，根据在线新能源并网量实时匹配离线数据新能源并网量场景，输入预想故障集和新能源电站低穿、高穿定值通过在线仿真平台，计算计及新能源电站低穿、高穿定值的实际低穿量Plc、脱网量Ptw。
4)在上述计算结果基础上，计算不同预想故障下计及新能源低穿、脱网不确定性的安全稳定风险量化指标η、λ，从而确定电网最严重故障。
计算不同预想故障下量化指标η、λ，并对η+λ进行从大到小的排序，综合考虑预想故障对新能源低穿和高穿的影响，从而确定故障严重程度的顺序；
Figure BDA0002684842970000081
Figure BDA0002684842970000082
式中，η为考虑预想故障发生后新能源低穿的量化指标；λ为考虑预想故障发生后新能源高穿的量化指标；若η+λ值越大，则说明故障严重程度越重，若η+λ值越小，则说明故障严重程度越轻。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、获取基础电网信息；
步骤二、计算新能源不同并网出力场景下电网受频率、电压、功角稳定安全约束的新能源最大低穿量
Figure FDA0002684842960000011
以及最大脱网量
Figure FDA0002684842960000012
步骤三、基于离线分析的新能源不同并网出力场景下电网可承受的新能源最大低穿量、最大脱网量，进行在线新能源出力场景方式匹配，并计算不同预想故障下计及新能源电站低穿、高穿定值的新能源实际低穿量Plc、脱网量Ptw；
步骤四、计算不同预想故障下计及新能源低穿、脱网不确定性的安全稳定风险量化指标η、λ，从而确定电网最严重故障。
2.根据权利要求1所述的一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，其特征在于：所述基础电网信息包括电网运行方式信息、机电暂态仿真数据、预想故障集、新能源电站低穿、高穿脱网定值、频率安全二元表、电压安全二元表以及暂态的频率安全边界、电压安全边界、功角安全边界和稳态的频率安全边界、电压安全边界、功角安全边界。
3.根据权利要求2所述的一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，其特征在于：所述步骤二，具体包括如下步骤：
基于电网运行方式信息和机电暂态仿真数据，仿真分析新能源不同并网出力场景下电网受暂态高频最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000013
稳态高频最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000014
暂态低频最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000015
稳态低频最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000021
暂态高压最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000022
稳态高压最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000023
暂态低压最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000024
稳态低压最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000025
暂态功角最大安全偏移边界为Δδtr，稳态功角最大安全偏移边界为Δδst以及频率安全二元表、电压安全二元表约束的新能源最大低穿量
Figure FDA0002684842960000026
以及最大脱网量
Figure FDA0002684842960000027
4.根据权利要求2所述的一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，其特征在于：所述步骤三，具体包括如下步骤：
基于在线仿真平台对在线新能源出力场景进行实时刷新，根据在线新能源并网量实时匹配离线数据新能源并网量场景，输入预想故障集和新能源电站低穿、高穿定值通过在线仿真平台，计算计及新能源电站低穿、高穿定值的实际低穿量Plc、脱网量Ptw。
5.根据权利要求1所述的一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，其特征在于：所述步骤四,具体包括如下步骤:
计算不同预想故障下量化指标η、λ，并对η+λ进行从大到小的排序，综合考虑预想故障对新能源低穿和高穿的影响，从而确定故障严重程度的顺序；
Figure FDA0002684842960000028
Figure FDA0002684842960000029
式中，η为考虑预想故障发生后新能源低穿的量化指标；λ为考虑预想故障发生后新能源高穿的量化指标；若η+λ值越大，则说明故障严重程度越重，若η+λ值越小，则说明故障严重程度越轻。
6.根据权利要求2至5任一项所述的一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，其特征在于：所述电网运行方式信息包含系统负荷水平、开机方式、网架结构、新能源并网量及直流功率；所述预想故障集包含直流闭锁、直流换相失败、直流再启动、新能源汇集点近区交流故障；所述新能源电站低穿、高穿脱网定值根据新能源电站所属厂家设计参数而定；所述频率安全二元表是由给定频率偏移门槛值fmki和偏出此给定值的频率异常持续时间tmki构成的二元表，频率安全二元表含义是当且仅当频率偏出fmki的持续时间超过tmki时，判为频率不满足安全要求，其中，fmki表示给定频率偏移门槛值，tmki表示偏出给定值的频率异常持续时间，i＝1，2，....n，n为二元表的个数。
7.根据权利要求2至6任一项所述的一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，其特征在于：所述电压安全二元表是由给定电压偏移门槛值Umki和偏出此给定值的电压异常持续时间Tmki构成的二元表，电压安全二元表含义是当且仅当电压偏出Umki的持续时间超过Tmki时，判为电压不满足安全要求，其中，Umki表示给定电压偏移门槛值，Tmki表示偏出给定值的电压异常持续时间，i＝1,2,...,n，n为二元表的个数。
8.根据权利要求2至6任一项所述的一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，其特征在于：所述暂态的频率安全边界、电压安全边界和稳态的频率安全边界、电压安全边界是对暂态和稳态过程中频率、电压最大偏移值的界定，其中设暂态高频最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000031
稳态高频最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000032
暂态低频最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000041
稳态低频最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000042
暂态高压最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000043
稳态高压最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000044
暂态低压最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000045
稳态低压最大安全偏移边界为
Figure FDA0002684842960000046
9.根据权利要求2至6任一项所述的一种计及新能源不确定性的安全稳定风险量化评估方法，其特征在于：所述暂态的功角安全边界和稳态的功角安全边界是对功角最大偏移值的界定，其中设暂态功角最大安全偏移边界为Δδtr，稳态功角最大安全偏移边界为Δδst。
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