CN113344358A - 一种考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法，该方法首先在电源并网时输入各类参数，其次通过计算系统频率最大变化率的严重程度指标进行暂态安稳风险评估，通过建立母线电压严重程度指标进行稳态安稳风险评估，并从成本角度出发构建经济损失严重程度模型来进行经济损失安稳风险评估，并得到一个综合安稳风险评估指标。将系统频率最大变化率对电网造成的严重程度量化；不仅考虑母线电压严重程度及支路潮流在系统运行过程中的作用，还考虑系统调节的经济性运行，及各类调节措施的惩罚成本，将各类参数状态进行指标形式的转化，结合经济损失严重程度进行综合安稳风险评估，考虑因素较全面，对系统稳定性评估有参考性作用。

Description

一种考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法
技术领域
本发明涉及电网风险评估技术领域，尤其涉及一种考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法。
背景技术
随着风、光等新能源发电比例不断提高，行成一种多种类电源发电的趋势，当多种类电源并网时由于其不同特性，对电网会造成一定的冲击从而影响系统稳定运行，现有技术中主要包括针对频率稳定性、针对母线电压稳定性以及单纯计算系统经济型运行的电网系统稳定性评估，其计算种类单一考虑不全面，在稳定性评估的过程中不能精确体现，为提高系统运行稳定性，考虑系统各类风险指标并进行安稳风险评估的计算，为系统稳定运行提供合理依据，减少不必要的经济损失。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法，包括如下步骤：
步骤1：建立暂态安稳风险评估指标，该项指标通过计算系统频率最大变化率的严重程度指标
Figure BDA0003092054430000011
来表示：
针对大规模风电、光伏并网的条件下，其大量的取代了常规的发电机组，由于风电、光伏具有低惯性的特点，使系统的调频能力下降，当风机、光伏出力受到各类因素的影响产生出力波动性时，电网系统的频率变化安全将受到威胁。考虑系统功率不平衡情况，结合机组运行的惯性常数来描述系统的频率最大变化率计算模型。
为将系统频率最大变化率对电网造成的严重程度量化，基于指数的形式进行系统频率最大变化率的严重程度指标计算，表达式如下：
Figure BDA0003092054430000012
式中：Kfc为系统频率最大变化率，Kfc,max为最大频率变化的限值；
所述系统频率最大变化率Kfc的计算过程如下：
首先计算系统惯性常数CH,其表达式为：
Figure BDA0003092054430000021
式中：CH为系统惯性常数，NG为系统运行中的发电机个数；CHG为单个发电机的惯性常数；PGn,max为单个发电机的出力上限值；f0为系统的额定频率；
然后计算系统频率最大变化率Kfc表达式为：
Figure BDA0003092054430000022
式中：Kfc为系统频率最大变化率；Psnc为系统中有功功率不平衡的绝对值，PGn,min为单个发电机的出力下限值。
步骤2：建立稳态安稳风险评估指标，该项指标通过建立母线电压严重程度指标评估计算模型AGV，以及建立线路状态严重程度指标ALS来表示：
步骤2.1：建立母线电压严重程度指标评估计算模型AGV如下所示：
Figure BDA0003092054430000023
式中：GVD为母线电压分布指数，SGV为母线电压越限指标，NGW为母线条数；
系统的稳态安稳风险评估指标主要包括母线电压与支路潮流，风机发电、光伏发电以及各类储能装置供能，其并网时会引起电网中的母线电压波动，其波动性的体现主要表现为电网中电压的偏移特性，从而引起新稳态下的系统电压、潮流等，所述母线电压分布指数GVD的函数模型如下：
Figure BDA0003092054430000024
式中：GVD母线电压分布指数；
Figure BDA0003092054430000025
为第l条母线第i次电压值；
Figure BDA0003092054430000026
为第l条母线能够承受的最大电压值与最小电压值，m监测次数，NGW为母线条数。
其次，对于多种类电源并网后对母线电压造成一定的波动性，使电压越过限值，为量化多种类电源并网后其母线电压越限这一风险因素，基于指数的形式建立所述母线电压越限指标模型SGV的函数模型如下：
Figure BDA0003092054430000031
式中，
Figure BDA0003092054430000032
为第l条母线第i次电压值；
Figure BDA0003092054430000033
为第l条母线能够承受的最大电压值与最小电压值。
当系统中含有大规模风、光电场时，受天气因素等自然条件影响较大的风机发电、光伏发电进行并网过程中，其线路中的潮流在不断变换，导致线路的发热量会随着线路潮流的增加而增加，多种类电源并网时由于每种电源具有不同的特性，易使线路潮流超过其热稳定的极限，导致线路熔断、保护装置误动等，为此，建立线路状态严重程度指标评估计算时考虑线路停运概率模型与线路潮流越限程度指标来反映由于多种类电源并网时线路潮流对电网安稳风险的评估指标。
考虑当线路潮流满足
Figure BDA0003092054430000034
时，其中
Figure BDA0003092054430000035
为正常线路潮流的最大值，Lmax为线路潮流越限上限值，L为实际线路潮流值；此时，线路的停运率与线路潮流呈线性关系，则线路停运概率指标LS为：
Figure BDA0003092054430000036
其中，LS为线路停运概率指标；NL为线路数；
步骤2.2：建立线路状态严重程度指标ALS，其表达式为：
Figure BDA0003092054430000037
式中：SLS为线路潮流越限指标，
Figure BDA0003092054430000038
为正常线路潮流的最大值，Lmax为线路潮流越限上限值，TL为线路停运率的平均值，Sl为线路l上的视在功率；
所述线路停运率的平均值TL的计算过程如下：
Figure BDA0003092054430000041
式中：TL为线路停运率的平均值；
Figure BDA0003092054430000042
为正常线路潮流的最大值；Lmax为线路潮流越限上限值；Sl为线路l上的视在功率；aL、bL为待定参数。
所述线路潮流越限指标SLS的计算过程如下：
考虑线路潮流越限程度，基于指数的形式对多种类电源并网线路上产生的潮流越限风险进行量化指标的建立，线路潮流越限指标SLS表达式为：
Figure BDA0003092054430000043
式中：所述SLS为线路潮流越限指标，NL为线路数；Sl为线路l上的视在功率；
Figure BDA0003092054430000044
为正常线路潮流的最大值。
步骤3：建立经济损失安稳风险评估指标：在多种类电源并网后，对电网造成一定冲击性过程中需要对电网进行合理的调节，时电网稳定运行，其中包括的调节方式一般为切负荷调节、弃风，弃光调节、机组出力调节等方面，即通过以上调节使多种类电源并网后电网能稳定运行。针对经济损失安稳风险评估指标模型的建立，考虑以上调节措施的惩罚成本作为指标量化的标准。即从成本角度出发构建经济损失严重程度模型AECO，来反映经济损失安稳风险评估指标：
其表达式为：
Figure BDA0003092054430000045
式中：AECO为经济损失严重程度；c1、c2、c3分别为系统的弃风成本、弃光成本、切负荷成本；Cm、Cg、Ci分别为风电售电电价、光伏售电电价、其他机组售电电价；
Figure BDA0003092054430000046
为母线h风力发电实际发电量；
Figure BDA0003092054430000047
为母线h风力发电实际用电量；
Figure BDA0003092054430000048
为母线h光伏发电实际发电量；
Figure BDA0003092054430000049
为母线h光伏发电实际用电量；
Figure BDA00030920544300000410
为母线h切负荷量；Pi h为母线h其他机组出力值；Th为调控窗口时间；
步骤4：结合步骤1至步骤3，计算综合安稳风险评估指标，即结合暂态安稳风险评估指标、稳态安稳风险评估指标、经济损失安稳风险评估指标所包含的频率因素、母线电压因素、线路潮流、经济损失因素，建立综合安稳风险评估指标Acom，反映在多种类电源并网后对电网造成的风险进行综合性评价，其表达式如下：
Figure BDA0003092054430000051
步骤5：通过综合安稳风险评估指标Acom判断是否达到安稳运行标准，若不符合标准对多种类电源并网系统进行调节，重复步骤1至步骤4直至符合安稳运行标准。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的方法，考虑系统频率最大变化率的严重程度指标，将系统频率最大变化率对电网造成的严重程度量化。考虑母线电压严重程度及支路潮流在系统运行过程中的作用，进行停运概率以及线路状态严重程度计算。考虑多种电源并网过程中的系统调节的经济性运行，考虑各类调节措施的惩罚成本作为指标量化的标准建立经济性指标。将多种类电源并网过程中系统内部各类参数状态进行指标形式的转化，结合经济损失严重程度进行综合安稳风险评估，考虑因素较为全面，对系统稳定性运行有良好的参考性作用。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本实施例中考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法如下所述：
步骤1：建立暂态安稳风险评估指标，该项指标通过计算系统频率最大变化率的严重程度指标
Figure BDA0003092054430000052
来表示：
针对大规模风电、光伏并网的条件下，其大量的取代了常规的发电机组，由于风电、光伏具有低惯性的特点，使系统的调频能力下降，当风机、光伏出力受到各类因素的影响产生出力波动性时，电网系统的频率变化安全将受到威胁。考虑系统功率不平衡情况，结合机组运行的惯性常数来描述系统的频率最大变化率计算模型。
为将系统频率最大变化率对电网造成的严重程度量化，基于指数的形式进行系统频率最大变化率的严重程度指标计算，表达式如下：
Figure BDA0003092054430000061
式中：Kfc为系统频率最大变化率，Kfc,max为最大频率变化的限值；
所述系统频率最大变化率Kfc的计算过程如下：
首先计算系统惯性常数CH,其表达式为：
Figure BDA0003092054430000062
式中：CH为系统惯性常数，NG为系统运行中的发电机个数；CHG为单个发电机的惯性常数；PGn,max为单个发电机的出力上限值；f0为系统的额定频率；
然后计算系统频率最大变化率Kfc表达式为：
Figure BDA0003092054430000063
式中：Kfc为系统频率最大变化率；Psnc为系统中有功功率不平衡的绝对值，PGn,min为单个发电机的出力下限值。
本实施例中，系统中发电机个数NG为10台，系统中有功功率不平衡的绝对值Psnc为50MW，单个发电机惯性常数及单个发电机出力上下限值如下表1所示：
表1发电机参数表
Figure BDA0003092054430000064
本实施例中，系统惯性常数CH值为：
Figure BDA0003092054430000065
系统频率最大变化率Kfc值为：
Figure BDA0003092054430000071
系统最大频率变化的限值Kfc,max为0.1时，系统频率最大变化率的严重程度指标
Figure BDA0003092054430000072
如下：
Figure BDA0003092054430000073
步骤2：建立稳态安稳风险评估指标，该项指标通过建立母线电压严重程度指标评估计算模型AGV，以及建立线路状态严重程度指标ALS来表示：
步骤2.1：建立母线电压严重程度指标评估计算模型AGV如下所示：
Figure BDA0003092054430000074
式中：GVD为母线电压分布指数，SGV为母线电压越限指标，NGW为母线条数；
系统的稳态安稳风险评估指标主要包括母线电压与支路潮流，风机发电、光伏发电以及各类储能装置供能，其并网时会引起电网中的母线电压波动，其波动性的体现主要表现为电网中电压的偏移特性，从而引起新稳态下的系统电压、潮流等，所述母线电压分布指数GVD的函数模型如下：
Figure BDA0003092054430000075
式中：GVD母线电压分布指数；
Figure BDA0003092054430000076
为第l条母线第i次电压值；
Figure BDA0003092054430000077
为第l条母线能够承受的最大电压值与最小电压值，m监测次数，NGW为母线条数。
其次，对于多种类电源并网后对母线电压造成一定的波动性，使电压越过限值，为量化多种类电源并网后其母线电压越限这一风险因素，基于指数的形式建立所述母线电压越限指标模型SGV的函数模型如下：
Figure BDA0003092054430000081
式中，
Figure BDA0003092054430000082
为第l条母线第i次电压值；
Figure BDA0003092054430000083
为第l条母线能够承受的最大电压值与最小电压值。
本实施例中，母线1第一、二次电压测量值
Figure BDA0003092054430000084
分别为235.2kV、227.3kV，母线2第一、二次电压测量值
Figure BDA0003092054430000085
分别为230.5kV、218.4kV。
Figure BDA0003092054430000086
为232kV，
Figure BDA0003092054430000087
为212kV，监测次数m为2次，母线条数NGW为2条。
母线电压分布指数GVD值为：
Figure BDA0003092054430000088
母线电压越限指标模型SGV值为：
Figure BDA0003092054430000089
母线电压严重程度指标评估计算模型AGV值为：
Figure BDA00030920544300000810
当系统中含有大规模风、光电场时，受天气因素等自然条件影响较大的风机发电、光伏发电进行并网过程中，其线路中的潮流在不断变换，导致线路的发热量会随着线路潮流的增加而增加，多种类电源并网时由于每种电源具有不同的特性，易使线路潮流超过其热稳定的极限，导致线路熔断、保护装置误动等，为此，建立线路状态严重程度指标评估计算时考虑线路停运概率模型与线路潮流越限程度指标来反映由于多种类电源并网时线路潮流对电网安稳风险的评估指标。
考虑当线路潮流满足
Figure BDA00030920544300000811
时，其中
Figure BDA00030920544300000812
为正常线路潮流的最大值，Lmax为线路潮流越限上限值，L为实际线路潮流值；此时，线路的停运率与线路潮流呈线性关系，则线路停运概率指标LS为：
Figure BDA0003092054430000091
其中，LS为线路停运概率指标；NL为线路数；
步骤2.2：建立线路状态严重程度指标ALS，其表达式为：
Figure BDA0003092054430000092
式中：SLS为线路潮流越限指标，
Figure BDA0003092054430000093
为正常线路潮流的最大值，Lmax为线路潮流越限上限值，TL为线路停运率的平均值，Sl为线路l上的视在功率；
所述线路停运率的平均值TL的计算过程如下：
Figure BDA0003092054430000094
式中：TL为线路停运率的平均值；
Figure BDA0003092054430000095
为正常线路潮流的最大值；Lmax为线路潮流越限上限值；Sl为线路l上的视在功率；aL、bL为待定参数。
所述线路潮流越限指标SLS的计算过程如下：
考虑线路潮流越限程度，基于指数的形式对多种类电源并网线路上产生的潮流越限风险进行量化指标的建立，线路潮流越限指标SLS表达式为：
Figure BDA0003092054430000096
式中：所述SLS为线路潮流越限指标，NL为线路数；Sl为线路l上的视在功率；
Figure BDA0003092054430000097
为正常线路潮流的最大值。
本实施例中，正常线路潮流的最大值
Figure BDA0003092054430000098
为110MVA，线路潮流越限上限值Lmax120MVA，线路1上的视在功率Sl 115MVA，线路2上的视在功率Sl 119MVA参数aL为0.5，参数bL为10。
线路停运概率指标LS值为：
Figure BDA0003092054430000101
线路潮流越限指标SLS值为：
Figure BDA0003092054430000102
线路状态严重程度指标ALS值为：
Figure BDA0003092054430000103
步骤3：建立经济损失安稳风险评估指标：在多种类电源并网后，对电网造成一定冲击性过程中需要对电网进行合理的调节，时电网稳定运行，其中包括的调节方式一般为切负荷调节、弃风，弃光调节、机组出力调节等方面，即通过以上调节使多种类电源并网后电网能稳定运行。针对经济损失安稳风险评估指标模型的建立，考虑以上调节措施的惩罚成本作为指标量化的标准。即从成本角度出发构建经济损失严重程度模型AECO，来反映经济损失安稳风险评估指标：
其表达式为：
Figure BDA0003092054430000104
式中：AECO为经济损失严重程度；c1、c2、c3分别为系统的弃风成本、弃光成本、切负荷成本；Cm、Cg、Ci分别为风电售电电价、光伏售电电价、其他机组售电电价；
Figure BDA0003092054430000105
为母线h风力发电实际发电量；
Figure BDA0003092054430000106
为母线h风力发电实际用电量；
Figure BDA0003092054430000107
为母线h光伏发电实际发电量；
Figure BDA0003092054430000108
为母线h光伏发电实际用电量；
Figure BDA0003092054430000109
为母线h切负荷量；Pi h为母线h其他机组出力值；Th为调控窗口时间；
本实施例中，弃风成本c1为20元/(MW·h)、弃光成本c2为15元/(MW·h)，切负荷成本c3为1000/(MW·h)，风电售电电价Cm为860元/(MW·h)，光伏售电电价Cg为530元/(MW·h)，其他机组售电电价Ci为450元/(MW·h)。母线1风力发电实际发电量
Figure BDA0003092054430000111
为30MW，风力发电实际用电量
Figure BDA0003092054430000112
为25MW，光伏发电实际发电量
Figure BDA0003092054430000113
为20MW，光伏发电实际用电量为
Figure BDA0003092054430000114
18MW，切负荷量
Figure BDA0003092054430000115
为2MW，其他机组出力值Pi h为15MW。母线2风力发电实际发电量
Figure BDA0003092054430000116
为25MW，风力发电实际用电量
Figure BDA0003092054430000117
为24MW，光伏发电实际发电量
Figure BDA0003092054430000118
为30MW，光伏发电实际用电量为
Figure BDA0003092054430000119
28MW，切负荷量
Figure BDA00030920544300001110
为10MW，其他机组出力值Pi h为10MW。
则济损失严重程度模型AECO值为：
Figure BDA00030920544300001111
步骤4：结合步骤1至步骤3，计算综合安稳风险评估指标，即结合暂态安稳风险评估指标、稳态安稳风险评估指标、经济损失安稳风险评估指标所包含的频率因素、母线电压因素、线路潮流、经济损失因素，建立综合安稳风险评估指标Acom，反映在多种类电源并网后对电网造成的风险进行综合性评价，其表达式如下：
Figure BDA00030920544300001112
结合步骤1至步骤4，得到本实施例中综合安稳风险评估指标Acom值为：
Figure BDA00030920544300001113
步骤5：通过综合安稳风险评估指标Acom判断是否达到安稳运行标准，若不符合标准对多种类电源并网系统进行调节，重复步骤1至步骤4直至符合安稳运行标准。
本实施例中，综合安稳风险评估指标Acom值为0.459，已经达到安稳运行标准。

Claims (6)

1.一种考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：建立暂态安稳风险评估指标，该项指标通过计算系统频率最大变化率的严重程度指标
Figure FDA0003092054420000011
来表示：
为将系统频率最大变化率对电网造成的严重程度量化，基于指数的形式进行系统频率最大变化率的严重程度指标计算，表达式如下：
Figure FDA0003092054420000012
式中：Kfc为系统频率最大变化率，Kfc,max为最大频率变化的限值；
步骤2：建立稳态安稳风险评估指标，该项指标通过建立母线电压严重程度指标评估计算模型AGV，以及建立线路状态严重程度指标ALS来表示：
步骤2.1：建立母线电压严重程度指标评估计算模型AGV如下所示：
Figure FDA0003092054420000013
式中：GVD为母线电压分布指数，SGV为母线电压越限指标，NGW为母线条数；
步骤2.2：建立线路状态严重程度指标ALS，其表达式为：
Figure FDA0003092054420000014
式中：SLS为线路潮流越限指标，
Figure FDA0003092054420000015
为正常线路潮流的最大值，Lmax为线路潮流越限上限值，TL为线路停运率的平均值，Sl为线路l上的视在功率；
步骤3：建立经济损失安稳风险评估指标，即从成本角度出发构建经济损失严重程度模型AECO，来反映经济损失安稳风险评估指标：
其表达式为：
Figure FDA0003092054420000016
式中：AECO为经济损失严重程度；c1、c2、c3分别为系统的弃风成本、弃光成本、切负荷成本；Cm、Cg、Ci分别为风电售电电价、光伏售电电价、其他机组售电电价；
Figure FDA0003092054420000017
为母线h风力发电实际发电量；
Figure FDA0003092054420000021
为母线h风力发电实际用电量；
Figure FDA0003092054420000022
为母线h光伏发电实际发电量；
Figure FDA0003092054420000023
为母线h光伏发电实际用电量；
Figure FDA0003092054420000024
为母线h切负荷量；
Figure FDA0003092054420000028
为母线h其他机组出力值；Th为调控窗口时间；
步骤4：结合步骤1至步骤3，计算综合安稳风险评估指标，即结合暂态安稳风险评估指标、稳态安稳风险评估指标、经济损失安稳风险评估指标所包含的频率因素、母线电压因素、线路潮流、经济损失因素，建立综合安稳风险评估指标Acom，反映在多种类电源并网后对电网造成的风险进行综合性评价，其表达式如下：
Figure FDA0003092054420000025
步骤5：通过综合安稳风险评估指标Acom判断是否达到安稳运行标准，若不符合标准对多种类电源并网系统进行调节，重复步骤1至步骤4直至符合安稳运行标准。
2.根据权利要求1所述的考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法，其特征在于，所述系统频率最大变化率Kfc的计算过程如下：
首先计算系统惯性常数CH,其表达式为：
Figure FDA0003092054420000026
式中：CH为系统惯性常数，NG为系统运行中的发电机个数；CHG为单个发电机的惯性常数；PGn,max为单个发电机的出力上限值；f0为系统的额定频率；
然后计算系统频率最大变化率Kfc表达式为：
Figure FDA0003092054420000027
式中：Kfc为系统频率最大变化率；Psnc为系统中有功功率不平衡的绝对值，PGn,min为单个发电机的出力下限值。
3.根据权利要求1所述的考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法，其特征在于，所述母线电压分布指数GVD的函数模型如下：
Figure FDA0003092054420000031
式中：GVD母线电压分布指数；
Figure FDA0003092054420000032
为第l条母线第i次电压值；
Figure FDA0003092054420000033
为第l条母线能够承受的最大电压值与最小电压值，m监测次数，NGW为母线条数。
4.根据权利要求1所述的考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法，其特征在于，所述母线电压越限指标模型SGV的函数模型如下：
为量化多种类电源并网后其母线电压越限这一风险因素，基于指数的形式建立母线电压越限指标模型SGV，其表达式为：
Figure FDA0003092054420000034
式中，
Figure FDA0003092054420000035
为第l条母线第i次电压值；
Figure FDA0003092054420000036
为第l条母线能够承受的最大电压值与最小电压值。
5.根据权利要求1所述的考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法，其特征在于，所述线路停运率的平均值TL的计算过程如下：
Figure FDA0003092054420000037
式中：TL为线路停运率的平均值；
Figure FDA0003092054420000038
为正常线路潮流的最大值；Lmax为线路潮流越限上限值；Sl为线路l上的视在功率；aL、bL为待定参数。
6.根据权利要求1所述的考虑多种类电源并网的安稳风险评估方法，其特征在于，所述线路潮流越限指标SLS的计算过程如下：
考虑线路潮流越限程度，基于指数的形式对多种类电源并网线路上产生的潮流越限风险进行量化指标的建立，线路潮流越限指标SLS表达式为：
Figure FDA0003092054420000039
式中：所述SLS为线路潮流越限指标，NL为线路数；Sl为线路l上的视在功率；
Figure FDA00030920544200000310
为正常线路潮流的最大值。
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