CN113765153B - 一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法及系统 - Google Patents

一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法及系统，本发明考虑新能源出力的不确定性，根据各故障下的新能源最大可接入量，计算各故障下的系统风险，获取系统总风险函数，求得系统总风险最小的新能源接入量，根据新能源接入量，可指导电网调度人员合理进行运行方式安排，在尽可能提高新能源并网量的同时，最大限度减小系统在严重故障下的由于紧急控制造成的经济损失，有助于电网的安全高效稳定运行。

Description

一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法及系统，属于电力系统及其自动化技术领域。
背景技术
在新能源发展的初期，由于装机容量较小，新能源的并网量对系统的运行影响极为有限，其间歇性和波动性通常作为一个“负的负荷”来应对。近年来，随着风电、太阳能发电等新能源的快速发展，新能源发电对系统运行的影响不容忽视。
由于新能源出力有很强的波动性和间歇性，目前新能源预报的平均误差似乎并不太大，但对其最大误差却很难控制，严重影响电力可靠性。同时，系统中可能发生各种大小扰动，严重故障下甚至可能破坏系统的暂态稳定性，系统一旦失去暂态稳定性就可能造成大面积停电，给国民经济带来巨大损失。
由于风电、太阳能发电等新能源的大规模开发利用是构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系的重要途径，目前电网调度安排中都以提高新能源的消纳为单一目标，尽量减小弃风、弃光量，但随着新能源装机容量的增大，若单纯为了提高新能源的消纳，压缩常规电源的开机，可能需要电网采取更多的控制代价来确保系统的安全稳定运行，而并非是更经济有效的运行方式安排。
因此，有必要在电网当前运行方式的基础上，提出新能源接入量的计算方法。
发明内容
本发明提供了一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法及系统，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法，包括：
基于电网当前运行方式，确定系统运行的不确定边界条件；其中，不确定边界条件包括系统预计发生的故障及相应故障发生概率、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率；
遍历系统预计发生的故障，确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，考虑新能源出力的不确定性和新能源实际不同接入量，根据新能源的最大可接入量、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率，评估各故障下的系统风险；
根据各故障下的系统风险及相应故障发生概率，获得系统总风险函数；
根据系统总风险函数，计算系统总风险最小的新能源接入量。
确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，具体过程可以为：
在故障下，调整系统新能源出力，并同步反向调整系统常规电源出力，直至系统在该故障下临界稳定，确定新能源的最大可接入量。
调整系统新能源出力，并同步反向调整系统常规电源出力，具体过程可以为：
若系统暂态稳定，平均增加新能源出力，并同步平均减小常规电源出力；
若系统暂态失稳，平均减小新能源出力，并同步平均增加常规电源出力。
在平均减小常规电源出力过程中，若一台常规电源出力小于最小出力，关闭一台常规电源，将关闭常规电源的出力分摊给没有关闭的常规电源；
在平均增加常规电源出力过程中，若一台常规电源出力达到最大出力，则不再增大该常规电源出力，增开一台常规电源，增开常规电源的出力，采用减小原有常规电源出力的方式进行分摊。
关闭的常规电源为优先级最高的常规电源。
评估各故障下的系统风险公式为：
其中，Rj为第j种故障下的系统风险，n为新能源预计出力水平的总数，ηi为新能源预计出力水平si时对应的概率，Rji为第j种故障在新能源预计出力水平si下的系统控制代价；
Rji＝Rji-1+Rji-2
其中，Rji-1为第j种故障在新能源预计出力水平si下的系统预防控制代价，Rji-2为第j种故障在新能源预计出力水平si下的系统紧急控制代价；
Rji-1＝(si-x)a
Rji-2＝k(x-sjmax)b
其中，x为新能源的实际接入量，a为系统主动弃风、弃光的预防控制单位功率代价，b为系统紧急控制降出力的单位功率控制代价，k为紧急控制量相对于预防控制量的比例为系数，sjmax为新能源的最大可接入量。
系统总风险函数为：
其中，R为系统总风险，Rj为第j种故障下的系统风险，m为系统预计发生的故障总数，λj为第j种故障发生的概率。
一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算系统，包括：
不确定边界条件模块：基于电网当前运行方式，确定系统运行的不确定边界条件；其中，不确定边界条件包括系统预计发生的故障及相应故障发生概率、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率；
系统风险模块：遍历系统预计发生的故障，确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，考虑新能源出力的不确定性和新能源实际不同接入量，根据新能源的最大可接入量、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率，评估各故障下的系统风险；
总风险函数模块：根据各故障下的系统风险及相应故障发生概率，获得系统总风险函数；
新能源接入量模块：根据系统总风险函数，计算系统总风险最小的新能源接入量。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法的指令。
本发明所达到的有益效果：本发明考虑新能源出力的不确定性，根据各故障下的新能源最大可接入量，计算各故障下的系统风险，获取系统总风险函数，求得系统总风险最小的新能源接入量，根据新能源接入量，可指导电网调度人员合理进行运行方式安排，在尽可能提高新能源并网量的同时，最大限度减小系统在严重故障下的由于紧急控制造成的经济损失，有助于电网的安全高效稳定运行。
附图说明
图1为本发明的流程图。
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。
如图1所示，一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法，包括以下步骤：
步骤1，基于电网当前运行方式，确定系统运行的不确定边界条件；其中，不确定边界条件包括系统预计发生的故障及相应故障发生概率、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率；
步骤2，遍历系统预计发生的故障，确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，考虑新能源出力的不确定性和新能源实际不同接入量，根据新能源的最大可接入量、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率，评估各故障下的系统风险；
步骤3，根据各故障下的系统风险及相应故障发生概率，获得系统总风险函数；
步骤4，根据系统总风险函数，计算系统总风险最小的新能源接入量。
上述方法考虑新能源出力的不确定性，根据各故障下的新能源最大可接入量，计算各故障下的系统风险，获取系统总风险函数，求得系统总风险最小的新能源接入量，根据新能源接入量，可指导电网调度人员合理进行运行方式安排，在尽可能提高新能源并网量的同时，最大限度减小系统在严重故障下的由于紧急控制造成的经济损失，有助于电网的安全高效稳定运行。
上述方法中，除了确定不确定边界条件外还需确定系统边界条件，即基于电网当前运行方式，确定系统运行的不确定边界条件和边界条件；其中，边界条件具体包括网架拓扑结构、负荷水平、常规同步电源(后续简称“常规电源”)的开机方式以及开关常规电源的优先级排序；不确定边界条件具体包括系统预计发生的故障及相应故障发生概率、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率。
新能源在短期内出力的范围及离散化的不同水平的概率，满足概率分布(si,ηi)，其中，si为第i种新能源预计出力水平，ηi为新能源出力水平si时对应的概率，i∈[1,n]，n为新能源预计出力水平的总数；系统预计发生的故障以及故障发生的概率可表示为(Fj,λj)，其中，Fj为第j种故障，λj为第j种故障发生的概率，j∈[1,m]，m为系统预计发生的故障总数。
基于给定的网架结构和负荷水平，遍历系统预计发生的故障，确定各故障下无控制措施的系统中新能源的最大可接入量，考虑新能源出力的不确定性和新能源实际不同接入量，根据新能源的最大可接入量、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率，评估各故障下的系统风险。
确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，具体过程可以为：保持常规电源的开机方式不变，在故障Fj下，调整系统新能源出力，并同步反向调整系统常规电源出力，直至系统在该故障下临界稳定，确定新能源的最大可接入量。
调整系统新能源出力，并同步反向调整系统常规电源出力，具体有以下两种情况：
1、在故障Fj下，若系统暂态稳定，平均增加新能源出力，并同步平均减小常规电源出力，直至系统在该故障下临界稳定，确定新能源的最大可接入量；其中判断系统保持暂态稳定的标准为暂态功角、暂态电压以及暂态频率的安全裕度均大于零；
2、在故障Fj下，若系统暂态失稳，平均减小新能源出力，并同步平均增加常规电源出力，直至系统在该故障下临界稳定，确定新能源的最大可接入量。
在平均减小常规电源出力过程中，若一台常规电源出力小于最小出力，关闭优先级最高的常规电源，将关闭常规电源的出力分摊给没有关闭的常规电源；
在平均增大常规电源出力过程中，若一台常规电源出力达到最大出力，则不再增大该常规电源出力，增开一台常规电源，增开常规电源的出力，按照容量采用减小原有常规电源出力的方式进行分摊。
针对某一故障，考虑新能源出力的不确定性(即下面的si)和新能源实际不同接入量(即下面的x)，计算故障下的系统风险，具体如下：
定义已知系统主动弃风、弃光的预防控制单位功率代价为a，系统紧急控制降出力的单位功率控制代价为b，紧急控制量相对于预防控制量的比例为系数为k；
对于新能源预计出力水平为si时：
Rji-1＝(si-x)a，当x≥si，则令Rji-1＝0；
Rji-2＝k(x-sjmax)b，当x≤sjmax，则令Rji-2＝0；
则该故障发生情况下，系统控制代价为：
Rji＝Rji-1+Rji-2
计及不同的新能源出力，系统风险为：
其中，Rji-1为第j种故障在新能源预计出力水平si下的系统预防控制代价，Rji-2为第j种故障在新能源预计出力水平si下的系统紧急控制代价，sjmax为新能源的最大可接入量，Rj为第j种故障下的系统风险，Rji为第j种故障在新能源预计出力水平si下的系统控制代价。
因此遍历完系统预计发生的故障后，可获得各故障下的系统风险，基于系统风险，可获得系统总风险函数，如下：
其中，R为系统总风险。
为了确保系统的总风险最小，求解分段线性函数的最小值，即minR，得到系统总风险最小的新能源接入量，也是最优接入量。
上述方法通过将新能源并网后的代价定义为主动减小并网量造成的弃风、弃光损失和故障下为确保系统暂态稳定所需要的紧急控制损失，并用故障发生的概率和新能源实际最大可出力的概率对代价进行加权统计，得到系统总风险函数，求取使得风险最小的新能源并网量，指导电网调度人员合理进行运行方式安排，在尽可能提高新能源并网量的同时，最大限度减小系统在严重故障下的由于紧急控制造成的经济损失，有助于电网的安全高效稳定运行。
一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算系统，包括：
不确定边界条件模块：基于电网当前运行方式，确定系统运行的不确定边界条件；其中，不确定边界条件包括系统预计发生的故障及相应故障发生概率、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率；
系统风险模块：遍历系统预计发生的故障，确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，考虑新能源出力的不确定性和新能源实际不同接入量，根据新能源的最大可接入量、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率，评估各故障下的系统风险；
总风险函数模块：根据各故障下的系统风险及相应故障发生概率，获得系统总风险函数；
新能源接入量模块：根据系统总风险函数，计算系统总风险最小的新能源接入量。
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法。
一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法的指令。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法，其特征在于，包括：
基于电网当前运行方式，确定系统运行的不确定边界条件；其中，不确定边界条件包括系统预计发生的故障及相应故障发生概率、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率；
遍历系统预计发生的故障，确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，考虑新能源出力的不确定性和新能源实际不同接入量，根据新能源的最大可接入量、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率，评估各故障下的系统风险；
其中，确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，具体过程为：
在故障下，调整系统新能源出力，并同步反向调整系统常规电源出力，直至系统在该故障下临界稳定，确定新能源的最大可接入量；
所述调整系统新能源出力，并同步反向调整系统常规电源出力，具体过程为：若系统暂态稳定，平均增加新能源出力，并同步平均减小常规电源出力，在平均减小常规电源出力过程中，若一台常规电源出力小于最小出力，关闭一台常规电源，将关闭常规电源的出力分摊给没有关闭的常规电源；若系统暂态失稳，平均减小新能源出力，并同步平均增加常规电源出力，在平均增加常规电源出力过程中，若一台常规电源出力达到最大出力，则不再增大该常规电源出力，增开一台常规电源，增开常规电源的出力，采用减小原有常规电源出力的方式进行分摊；
根据各故障下的系统风险及相应故障发生概率，获得系统总风险函数；
根据系统总风险函数，计算系统总风险最小的新能源接入量。
2.根据权利要求1所述的一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法，其特征在于，所述关闭的常规电源为优先级最高的常规电源。
3.根据权利要求1所述的一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法，其特征在于，所述评估各故障下的系统风险公式为：
其中，Rj为第j种故障下的系统风险，n为新能源预计出力水平的总数，ηi为新能源预计出力水平si时对应的概率，Rji为第j种故障在新能源预计出力水平si下的系统控制代价；
Rji＝Rji-1+Rji-2
其中，Rji-1为第j种故障在新能源预计出力水平si下的系统预防控制代价，Rji-2为第j种故障在新能源预计出力水平si下的系统紧急控制代价；
Rji-1＝(si-x)a
Rji-2＝k(x-sjmax)b
其中，x为新能源的实际接入量，a为系统主动弃风、弃光的预防控制单位功率代价，b为系统紧急控制降出力的单位功率控制代价，k为紧急控制量相对于预防控制量的比例为系数，sjmax为新能源的最大可接入量。
4.根据权利要求1所述的一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算方法，其特征在于，所述系统总风险函数为：
其中，R为系统总风险，Rj为第j种故障下的系统风险，m为系统预计发生的故障总数，λj为第j种故障发生的概率。
5.一种基于风险评估的新能源极限接入能力计算系统，其特征在于，包括：
不确定边界条件模块：基于电网当前运行方式，确定系统运行的不确定边界条件；其中，不确定边界条件包括系统预计发生的故障及相应故障发生概率、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率；
系统风险模块：遍历系统预计发生的故障，确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，考虑新能源出力的不确定性和新能源实际不同接入量，根据新能源的最大可接入量、新能源预计的出力水平及相应出力水平的概率，评估各故障下的系统风险；
其中，确定各故障下系统中新能源的最大可接入量，具体过程为：
在故障下，调整系统新能源出力，并同步反向调整系统常规电源出力，直至系统在该故障下临界稳定，确定新能源的最大可接入量；
所述调整系统新能源出力，并同步反向调整系统常规电源出力，具体过程为：若系统暂态稳定，平均增加新能源出力，并同步平均减小常规电源出力，在平均减小常规电源出力过程中，若一台常规电源出力小于最小出力，关闭一台常规电源，将关闭常规电源的出力分摊给没有关闭的常规电源；若系统暂态失稳，平均减小新能源出力，并同步平均增加常规电源出力，在平均增加常规电源出力过程中，若一台常规电源出力达到最大出力，则不再增大该常规电源出力，增开一台常规电源，增开常规电源的出力，采用减小原有常规电源出力的方式进行分摊；
总风险函数模块：根据各故障下的系统风险及相应故障发生概率，获得系统总风险函数；
新能源接入量模块：根据系统总风险函数，计算系统总风险最小的新能源接入量。
6.一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，其特征在于：所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据权利要求1至4所述的方法中的任一方法。
7.一种计算设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据权利要求1至4所述的方法中的任一方法的指令。
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