CN113326996A - 一种高比例新能源接入地区电网的安全风险评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高比例新能源接入地区电网的安全风险评估方法，包括：本发明提供一种高比例新能源接入地区电网的安全风险评估方法，包括：综合分析高比例新能源出力不确定性的时空相关性、对电网主动支撑能力、极端天气下功率预测准确性等多重影响因素，建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型，按照权重因子将高比例新能源接入地区电网的频率越限、电压越限、电压崩溃、线路有功功率越限、系统失负荷、线路随机故障、新能源主动支撑能力不足、极端天气下功率预测准确性差等纳入风险指标体系，采用实时在线计算及历史数据拟合的方法，全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险，并根据各指标风险值大小判断地区电网的运行风险等级，从而为保证地区电网最大程度消纳新能源提供新的技术分析手段。
Description
技术领域
本发明涉及高比例新能源并网安全管理，更具体地，涉及一种高比例新能源接入地区电网的安全风险评估方法。
背景技术
大力推动可再生能源发展是应对当前能源危机和环境问题的重要手段。由于新能源发电的间歇性及波动性，高比例新能源接入给地区电网的安全稳定运行带来了较大的挑战。由于地区电网网架结构较弱、灵活性条件资源不足，在高比例新能接入后容易存在电压崩溃、频率失稳等问题，如何保证新能源与地区电网的友好交互性、超前预警高比例新能源接入地区电网的安全风险成为目前研究的热点问题。
在高比例新能源并网的背景下，提高新能源功率预测准确性是保证电力系统功率平衡的重要手段。电网调度人员通常采用电力系统潮流分析、短路电流计算等进行故障预警，并未将新能源电站故障期间风电机组脱网的风险纳入考虑范围内，同时考虑到新能源发电具有大量的电力电子设备，导致新能源场站具有较弱的系统惯量支撑能力，容易遭受外部干扰导致发生大面积脱网事故。当系统在遭受较大频率和电压变化时，新能源机组更容易脱网，加剧频率与电压稳定问题。新能源电站脱网机理进一步加大了电力系统风险度评估难度，这对新能源的管理水平和安全控制提出了新的挑战和要求，迫切需要提出高比例新能源接入地区电网的安全风险评估方法，从保障电力系统安全稳定运行的角度制定合理的预警指标，全面评估高比例新能源接入地区电网的系统风险。
发明内容
为应对上述传统方法的不足，本发明一种高比例新能源接入地区电网的安全风险评估方法，综合分析高比例新能源出力不确定性的时空相关性、对电网主动支撑能力、极端天气下功率预测准确性等多重影响因素，建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型，按照权重因子将高比例新能源接入地区电网的频率越限、电压越限、电压崩溃、线路有功功率越限、系统失负荷、线路随机故障、新能源主动支撑能力不足、极端天气下功率预测准确性差等纳入风险指标体系，采用实时在线计算及历史数据拟合的方法，全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险，并根据各指标风险值大小判断地区电网的运行风险等级，从而为保证地区电网最大程度消纳新能源提供新的技术分析手段。
本发明采用的技术方案为：
一种高比例新能源接入地区电网的安全风险评估方法，包括以下步骤：
(1)综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响因素；
(2)建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型；
(3)按照权重因子，建立高比例新能源接入地区电网的风险指标体系；
(4)进行实时在线计算及历史数据拟合分析；
(5)全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险；
(6)修订计算各个风险指标大小和权重；
(7)给出高比例新能源接入后的风险等级。
作为本发明的进一步技术方案为：所述综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响因素，包括：
(1)分析高比例新能源出力不确定性的时空相关性
按照新能源所处的经纬度、地理位置等地域差异性，结合中长期、短期、超短期等同一时间特性，采用网格化对比方法寻找新能源出力不确定性的时空相关性，对同一地区的新能源场站发电总出力进行数据修正，提高高比例新能源接入电网电网的潮流优化、短路电流等控制水平。
(2)分析高比例新能源对电网主动支撑能力
针对高比例新能源与地区电网交互影响，从保障电力系统安全稳定运行角度，分析高比例新能源对电网提供的惯量、一次调频、电网适应性等主动支撑能力，获取高比例新能源对电网的安全运行冗余程度，降低高比例新能源发电在同一时空特性下对地区电网功率波动冲击性。
(3)分析极端天气下高比例新能源功率预测准确性
针对台风、日全食等极端天气条件下新能源功率预测准确性差的问题，结合数值天气预报数据、历史统计数据等多元融合数据，同时综合考虑数值天气预报数据缺失、通讯中断等意外因素下的新能源发电功率不确定性，对大风、暴雨、强对流等多类电力气象灾害要素下新能源短期及超短期功率预测结果进行数据修订，提高高比例新能源功率预测的抗干扰、缺陷识别、自我恢复等能力。
作为本发明的进一步技术方案为：所述建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型，包括：
在综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响因素基础上，对高比例新能源接入地区电网面临的不确定性因素给出可能性与严重性的综合度，风险评估模型主要采用新能源出力概率、电网负荷概率、输电线路、其它类型发电机、储能系统等组成。计算公式如下所示：
其中，E代表着整个高比例新能源接入地区电网后整个系统的风险指标，P(Nm)代表着新能源出力概率，P(Lm)代表着电网负荷概率，P(Xm)代表着输电线路出力概率，P(Gm)代表着其它类型发电机组出力概率，P(Cm)代表着储能系统出力概率，S(Em)代表着系统状态下的严重程度。
作为本发明的进一步技术方案为：所述按照权重因子，建立高比例新能源接入地区电网的风险指标体系，包括：分析高比例新能源接入地区电网的频率越限、电压越限、电压崩溃、线路有功功率越限、系统失负荷、线路随机故障、新能源主动支撑能力不足、极端天气下功率预测准确性差等风险指标，按照对地区电网影响轻重程度，给予不同权重因子，建立高比例新能源接入地区电网的风险指标体系。
作为本发明的进一步技术方案为：所述进行实时在线计算及历史数据拟合分析，具体包括：
(1)对于高比例新能源接入地区电网的实时运行数据，基于D5000电力调度数据库，按照高比例新能源接入地区电网的风险指标体系，对新能源、储能、电网负荷等地区电网“源网荷储”各方面，实时计算风险指标，快速获得各项风险因子程度，从而为电力调控人员提供在线结果展示手段。
(2)对于高比例新能源接入地区电网的历史数据，在综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响数据基础上，对新能源、储能、电网负荷等地区电网“源网荷储”各方面，采用数据对比、统计分析、趋势预测鞥数据拟合分析方法，推算中长期、短期、超短期等多时间特性的风险指标，获得未来各项风险因子程度，从而为电力调控人员提供风险程度预测展示手段。
作为本发明的进一步技术方案为：所述全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险，具体包括：将实时在线计算、历史数据拟合分析结果，进行综合比较，获得高比例新能源接入地区电网的安全风险数值。
作为本发明的进一步技术方案为：所述修订计算各个风险指标大小和权重，具体包括：在获取高比例新能源接入地区电网的安全风险数值基础上，结合电力调控人员经验水平，修订计算各个风险指标大小和权重。
作为本发明的进一步技术方案为：所述给出高比例新能源接入后的风险等级，具体包括：在修订计算各个风险指标大小和权重基础上，求得综合风险指标值，根据各指标风险值大小判断系统的运行风险等级；根据风险指标值将其划分为高风险、中等风险和低风险三个档次，根据各指标风险值大小判断系统的运行风险等级，从而优化运行风险值与经济成本，使高比例新能源接入地区电网的安全性和经济性达到综合最优。
本发明的有益效果为：
针对高比例新能接入后容易存在电压崩溃、频率失稳等安全风险问题，本发明建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型及风险指标体系，采用实时在线计算及历史数据拟合的方法，全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险，并根据各指标风险值大小判断地区电网的运行风险等级，提高了新能源与地区电网的友好交互性、为电力调控人员超前预警高比例新能源接入地区电网的安全风险。本发明方法所提出的风险指标体系较全面，充分考虑弃风弃光、稳态频率越限、新能源主动支撑能力不足、极端天气下功率预测准确性差等传统风险指标体系没有涉及到的因素，全面评估高比例新能源接入地区电网的系统风险来源，对提高新能源的管理水平和安全控制能力具有重要意义。
附图说明
图1是IEEE-14节点系统示意图。
图2是本发明提出的安全风险评估方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
本发明提供一种高比例新能源接入地区电网的安全风险评估方法，总体思路是：综合分析高比例新能源出力不确定性的时空相关性、对电网主动支撑能力、极端天气下功率预测准确性等多重影响因素，建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型，按照权重因子将高比例新能源接入地区电网的频率越限、电压越限、电压崩溃、线路有功功率越限、系统失负荷、线路随机故障、新能源主动支撑能力不足、极端天气下功率预测准确性差等纳入风险指标体系，采用实时在线计算及历史数据拟合的方法，全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险，并根据各指标风险值大小判断地区电网的运行风险等级。
该方法实施流程图如图2所示，其步骤包括：
(1)综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响因素；
(2)建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型；
(3)按照权重因子，建立高比例新能源接入地区电网的风险指标体系；
(4)进行实时在线计算及历史数据拟合分析；
(5)全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险；
(6)修订计算各个风险指标大小和权重；
(7)给出高比例新能源接入后的风险等级。
以上是本发明专利申请的核心思想，为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图对本申请作进一步的详细说明。应当理解本申请实例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。
图1是IEEE-14节点系统示意图。该系统代表包含风电、光伏、储能、常规火电机组等，基准功率为150MVA，14号节点接入50MW风电场，9号节点接入50MW光伏电站，风电场与光伏光伏电站具有时空互补特性。
本发明实施例中，首先综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响因素，包括：
(1)分析高比例新能源出力不确定性的时空相关性
按照新能源所处的经纬度、地理位置等地域差异性，对14号节点接入风电场、9号节点接入光伏电站，采用网格化对比方法寻找新能源出力不确定性的时空相关性，从中长期、短期、超短期等多个时间特性，对风电场、光伏电站出力的总和进行修正，利用电力系统仿真分析软件PSASP进行潮流优化、短路电流等计算，同时考虑到风电场、光伏电站如果在同时慢出力运行时，新能源占地区电网比例接近于90％及以上时候，容易出现电源出力与用电负荷不匹配情况，容易出现系统功率不平衡，导致的新能源弃风弃光、电压频率越限等。
(2)分析高比例新能源对电网主动支撑能力
在分析高比例新能源出力不确定性的时空相关性基础上，针对新能源占地区电网比例接近于90％及以上情况，从保障电力系统安全稳定运行角度，分析高比例新能源对电网提供的惯量、一次调频、电网适应性等主动支撑能力，获取高比例新能源对电网的安全运行冗余程度，降低高比例新能源发电在同一时空特性下对地区电网功率波动冲击性。
(3)分析极端天气下高比例新能源功率预测准确性
针对台风、日全食等极端天气条件下新能源功率预测准确性低于90％的问题，结合数值天气预报数据、历史统计数据等多元融合数据，同时综合考虑数值天气预报数据缺失、通讯中断等意外因素下的新能源发电功率数据丢失、准确性为零的极端情况，对大风、暴雨、强对流等多类电力气象灾害要素下新能源短期及超短期功率预测结果进行数据修订，提高高比例新能源功率预测的抗干扰、缺陷识别、自我恢复等能力。
本发明实施例中，其次建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型，包括：
在综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响因素基础上，对高比例新能源接入地区电网面临的不确定性因素给出可能性与严重性的综合度，风险评估模型主要采用新能源出力概率、电网负荷概率、输电线路、其它类型发电机、储能系统等组成。计算公式如下所示：
其中，E代表着整个高比例新能源接入地区电网后整个系统的风险指标，P(Nm)代表着新能源出力概率，P(Lm)代表着电网负荷概率，P(Xm)代表着输电线路出力概率，P(Gm)代表着其它类型发电机组出力概率，P(Cm)代表着储能系统出力概率，S(Em)代表着系统状态下的严重程度，结合图1实施案例、工程经验等，综合比较后，这些数值分别取0.35、0.28、0.16、0.45、0.12、0.26。
本发明实施例中，其次按照权重因子，建立高比例新能源接入地区电网的风险指标体系，包括：分析高比例新能源接入地区电网的频率越限、电压越限、电压崩溃、线路有功功率越限、系统失负荷、线路随机故障、新能源主动支撑能力不足、极端天气下功率预测准确性差等风险指标，按照对地区电网影响轻重程度，给予不同权重因子，建立高比例新能源接入地区电网的风险指标体系。
表1高比例新能源接入地区电网的风险指标体系
本发明实施例中，接下来进行实时在线计算及历史数据拟合分析，具体包括：
(1)对于高比例新能源接入地区电网的实时运行数据，基于D5000电力调度数据库，按照高比例新能源接入地区电网的风险指标体系，对新能源、储能、电网负荷等地区电网“源网荷储”各方面，实时计算风险指标，快速获得各项风险因子程度，从而为电力调控人员提供在线结果展示手段。
表2在线计算的某个时刻高比例新能源接入地区电网的风险指标
(2)对于高比例新能源接入地区电网的历史数据，在综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响数据基础上，对新能源、储能、电网负荷等地区电网“源网荷储”各方面，采用数据对比、统计分析、趋势预测鞥数据拟合分析方法，推算中长期、短期、超短期等多时间特性的风险指标，获得未来各项风险因子程度，从而为电力调控人员提供风险程度预测展示手段。
表3历史数据分析的某个时刻高比例新能源接入地区电网的风险指标
本发明实施例中，其次全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险，具体包括：将新能源占地区电网比例接近于90％及以上的某个时刻，按照实时在线计算、历史数据拟合分析结果，进行综合比较，获得高比例新能源接入地区电网的安全风险数值。
本发明实施例中，接下来修订计算各个风险指标大小和权重，具体包括：在获取高比例新能源接入地区电网的安全风险数值基础上，结合电力调控人员经验水平，修订计算各个风险指标大小和权重。
表4综合修订后的某个时刻高比例新能源接入地区电网的风险指标
本发明实施例中，最终给出高比例新能源接入后的风险等级，具体包括：在修订计算各个风险指标大小和权重基础上，求得综合风险指标值，根据各指标风险值大小判断系统的运行风险等级；根据风险指标值将其划分为高风险、中等风险和低风险三个档次，根据各指标风险值大小判断系统的运行风险等级，从而优化运行风险值与经济成本，使高比例新能源接入地区电网的安全性和经济性达到综合最优。
Claims (8)
1.一种高比例新能源接入地区电网的安全风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响因素；
(2)建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型；
(3)按照权重因子，建立高比例新能源接入地区电网的风险指标体系；
(4)进行实时在线计算及历史数据拟合分析；
(5)全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险；
(6)修订计算各个风险指标大小和权重；
(7)给出高比例新能源接入后的风险等级。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响因素，包括：
(1)分析高比例新能源出力不确定性的时空相关性
按照新能源所处的经纬度、地理位置等地域差异性，结合中长期、短期、超短期等同一时间特性，采用网格化对比方法寻找新能源出力不确定性的时空相关性，对同一地区的新能源场站发电总出力进行数据修正，提高高比例新能源接入电网电网的潮流优化、短路电流等控制水平。
(2)分析高比例新能源对电网主动支撑能力
针对高比例新能源与地区电网交互影响，从保障电力系统安全稳定运行角度，分析高比例新能源对电网提供的惯量、一次调频、电网适应性等主动支撑能力，获取高比例新能源对电网的安全运行冗余程度，降低高比例新能源发电在同一时空特性下对地区电网功率波动冲击性。
(3)分析极端天气下高比例新能源功率预测准确性
针对台风、日全食等极端天气条件下新能源功率预测准确性差的问题，结合数值天气预报数据、历史统计数据等多元融合数据，同时综合考虑数值天气预报数据缺失、通讯中断等意外因素下的新能源发电功率不确定性，对大风、暴雨、强对流等多类电力气象灾害要素下新能源短期及超短期功率预测结果进行数据修订，提高高比例新能源功率预测的抗干扰、缺陷识别、自我恢复等能力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立高比例新能源接入地区电网的运行风险评估模型，包括：
在综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响因素基础上，对高比例新能源接入地区电网面临的不确定性因素给出可能性与严重性的综合度，风险评估模型主要采用新能源出力概率、电网负荷概率、输电线路、其它类型发电机、储能系统等组成。计算公式如下所示：
其中，E代表着整个高比例新能源接入地区电网后整个系统的风险指标，P(Nm)代表着新能源出力概率，P(Lm)代表着电网负荷概率，P(Xm)代表着输电线路出力概率，P(Gm)代表着其它类型发电机组出力概率，P(Cm)代表着储能系统出力概率，S(Em)代表着系统状态下的严重程度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照权重因子，建立高比例新能源接入地区电网的风险指标体系，包括：分析高比例新能源接入地区电网的频率越限、电压越限、电压崩溃、线路有功功率越限、系统失负荷、线路随机故障、新能源主动支撑能力不足、极端天气下功率预测准确性差等风险指标，按照对地区电网影响轻重程度，给予不同权重因子，建立高比例新能源接入地区电网的风险指标体系。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行实时在线计算及历史数据拟合分析，具体包括：
(1)对于高比例新能源接入地区电网的实时运行数据，基于D5000电力调度数据库，按照高比例新能源接入地区电网的风险指标体系，对新能源、储能、电网负荷等地区电网“源网荷储”各方面，实时计算风险指标，快速获得各项风险因子程度，从而为电力调控人员提供在线结果展示手段。
(2)对于高比例新能源接入地区电网的历史数据，在综合分析高比例新能源接入地区电网的多重影响数据基础上，对新能源、储能、电网负荷等地区电网“源网荷储”各方面，采用数据对比、统计分析、趋势预测鞥数据拟合分析方法，推算中长期、短期、超短期等多时间特性的风险指标，获得未来各项风险因子程度，从而为电力调控人员提供风险程度预测展示手段。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全面评估高比例新能源接入地区电网的安全风险，具体包括：将实时在线计算、历史数据拟合分析结果，进行综合比较，获得高比例新能源接入地区电网的安全风险数值。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述修订计算各个风险指标大小和权重，具体包括：在获取高比例新能源接入地区电网的安全风险数值基础上，结合电力调控人员经验水平，修订计算各个风险指标大小和权重。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述给出高比例新能源接入后的风险等级，具体包括：在修订计算各个风险指标大小和权重基础上，求得综合风险指标值，根据各指标风险值大小判断系统的运行风险等级；根据风险指标值将其划分为高风险、中等风险和低风险三个档次，根据各指标风险值大小判断系统的运行风险等级，从而优化运行风险值与经济成本，使高比例新能源接入地区电网的安全性和经济性达到综合最优。
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