CN114243781B - 基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法 - Google Patents
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Abstract
基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法，根据水电机组、光伏电站、风电发电机，建立区域电网数学模型，确定其一年不同时段的出力区间；根据仿射型区间潮流算法计算得到区域电网负荷及出力曲线，并通过MATLAB得到负荷及出力曲线的拟合函数；通过区域电网新能源指标，分析计算区域电网新能源消纳指标，通过区域电网新能源消纳指标的比较，分析区域电网在一年不同时间段内的新能源消纳压力、以及消纳能力。本发明方法旨在通过消纳指标明确区域电网对新能源的消纳能力，能够保障电网运行稳定，降低新能源弃风、弃光率。
Description
技术领域
本发明属于区域电网中新能源消纳技术领域，具体涉及一种基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法。
背景技术
现有技术中，A地区电网将面临重大转型，b线合环，某省西部A、B、C地区电网解环将对A地区电网产生重大影响，b线合环后，A地区电网分两片运行，江北电网通过500千伏b线变供电，b线变500千伏出线四回：500千伏c线双回与d线双回，其线路状况按新的导则要求，稳定校核时均应按同杆架设考虑。在c线或d线通道N-1时，江北电网存在全停高等级电网风险。d线通道故障时A地区北部电网、某水电站右一电厂通过500千伏e线经另一省电网长距离“单挂”整个华北-华中电网末端，若初始电压控制不合理，A地区北电网将与主网失去同步，存在失稳风险，此外随着电网新能源发展迅速，b线合环时序，新能源大规模接入将对电网产生重大影响。
新能源发电机组较多的区域电网在外送通道关闭的情况下易出现新能源消纳问题。A地区电网缺少直观了解区域电网中新能源消纳的有效手段。新能源注入电网的功率随机性较强，潮流分布也随之改变。大量新能源接入电网给的电网调度规划带来了不便，在外送通道关闭的情况下，地区电网新能源消纳存在一定的隐患。
发明内容
本发明提供一种基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法，该方法考虑新能源发电机组在一年不同时间段的出力随机性较大，引入仿射型区间潮流计算，分析区域电网消纳指标，为电网调度策略提供一定的参考。该方法旨在通过消纳指标明确区域电网对新能源的消纳能力，能够保障电网运行稳定，降低新能源弃风、弃光率。
本发明采取的技术方案为：
基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法，包括以下步骤：
步骤一：根据水电机组、光伏电站、风电发电机，建立区域电网数学模型，确定其一年不同时段的出力区间；
步骤二：根据仿射型区间潮流算法计算得到区域电网负荷及出力曲线，并通过MATLAB得到负荷及出力曲线的拟合函数；
步骤三：通过区域电网新能源指标，分析计算区域电网新能源消纳指标，通过区域电网新能源消纳指标的比较，分析区域电网在一年不同时间段内的新能源消纳压力、以及消纳能力。
所述步骤一中，水电机组其转动部分机械特性模型为：
其中：J为水电机组的转动惯性矩，ω为水轮机组的转动角速度，n为机组转速，Mt为水轮机转矩，Mg为水轮机负载转矩，Q为水轮机流量，H为水轮机净水头，η为水轮机的工作效率；ρ为水的密度。
光伏电站出力为：
其中：Pt s为光伏电站在t时刻时的理论功率，Pn是光伏电站额定光照强度下的额定功率，为t时刻实际光照强度，In是额定光照强度。额定光照强In＝1000W/m2。
光伏电站的实际出力一般会小于理论出力，设置系数k表征光伏发电站的出力衰减，其表达式为：
其中：Pt s为上式中光伏发电站在t时刻的理论功率，Pt m为光伏发电站实测功率。光伏出力受日太阳辐射随时间的变化及温度的影响。
ΔPt为光伏出力实际与理论值之差：
ΔPt＝Pt m-KPt s (5)；
式(5)中，K为光伏电站出力衰减系数。
风电发电机输出功率如下：
其中：ρ为空气密度，S为风力发电机旋转叶片风力作用面积，υ为风速，C(ε,η)为风能利用率，式(6)中不考虑温度对空气密度的影响，认为ρ＝1.293kg/m3。ε为叶尖速比,η为桨距角。
其与风速的关系如下：
其中，R为风机叶片半径，ω’为叶片旋转角速度，υ为风速。
风电与区域风速相关联，光电与光照强度相关联，水电与区域水流量相关联，确定区域电网数学模型一年不同时段的出力区间。
所述步骤二中，仿射型区间潮流算法具体如下：
仿射运算分为线性运算、非线性运算：
式(8)中，为任意两个仿射常数，x0，y0为噪声元中心值，xi，yi为噪声元系数，μi为噪声元。
式(9)中，为任意两个仿射常数，x0，y0为噪声元中心值，xi，yi为噪声元系数，μi为噪声元，μn+1表示新增噪声元。
式(10)中，为个仿射常数，ηn+1为新增噪声元。
其中，
上式中：a，b分别是仿射区间的上限以及下限。
在常规潮流计算中，确定性潮流表示如下：
式(11)中，ΔP和ΔQ分别为注入有功和无功列向量；Δθ,ΔU分别为相角电压列向量，A和B分别为有功和无功的扰动元列向量，X,Y为潮流灵敏度系数。
式(12)中：Pi代表i号节点中注入的有功功率。cosθij,sinθij为ij两节点之间支路的相角差范围，Gij、Bij为ij两节点之间支路的有功、无功传输功率区间。
式(13)中：Qi分别代表i号节点中注入的及无功功率。cosθij,sinθij为ij两节点之间支路的相角差范围，Gij、Bij为ij两节点之间支路的有功、无功传输功率区间。
Krawczyk-Moore算子的构造中不需计算矩阵的逆，其算子如下：
式(14)中：Y为n×n阶非奇异矩阵；I为单位矩阵。区间扩张是一个以区间向量/>为变量而取值是区间的区间函数，x,y为任意未知数。/>为区间/>的中点，表示对于任意的变量y属于区间函数/>中。
Krawczyk-Moore迭代式如下所示：
式(15)中：y实际是确定的向量，而Yi则是确定性矩阵的逆，Y为n×n阶非奇异矩阵；I为单位矩阵。区间扩张是一个以区间向量/>为变量而取值是区间的区间函数，x,y为任意未知数。/>为区间/>的中点，/>结合式(7)，(8)中的有功无功注入，根据式(10)，得到仿射型区间潮流如下建模：
式(16)中：为相角，表示电压的区间列向量；/>为相角，表示电压区间的上下限。
式(17)中：为四个线性向量区间，/>分别为这四个区间的上下限范围。
引入仿射算术，式(15)变换为：
式(18)中：yi实际是确定的向量，而Yi则是确定性矩阵的逆，I为单位矩阵。区间扩张是一个以区间向量/>为变量而取值是区间的区间函数。/> xi 分别为xi的上、下限。
设定自变量初值：再将自变量写作二阶仿射形式：
式(19)中：IF为条件边界，各变量的表达式如下所示：
式(20)中， θi 分别为相角上下界、/>、Ui 分别为电压的上下界。
其中：而后根据式(13)可得：
式(21)中， Ai ,/> Bi ,/> Xi ,/> Yi 分别为Ai,Bi,Xi,Yi的上下界，
Ai 分别为Ai的上、下界，/> Bi 分别为Bi的上、下界，/> Xi 分别为Xi上、下界，/> Yi 分别为Yi上、下界；其中：Ai,Bi,Xi,Yi为四个随机变量。
进而通过仿射算术计算将其结果转换为区间形式/>计算并将其结果转换为仿射形式/>运用仿射算术计算进而将结果化为区间形式，根据式(13)计算出/>再进行迭代，其迭代表达式/>其迭代终止条件为：|xi+1-xi|<ω且/>
所述步骤三中，区域电网新能源消纳指标包括：
(1)、区域电网新能源密度τt，表示在t时刻区域电网新能源发电机组出力占总出力的比值，τt＝pt 新能源/pt，表示区域电网在一定时间段内新能源发电机组占总出力的比值,
式(22)中，τt＝pt 新能源/pt为区域电网新能源密度指标，pt 新能源表示在t时刻区域电网中新能源发电机组的总有功功率，pt表示t时刻区域电网中所有发电机组的总有功功率。
(2)、区域电网新能源消纳水平表示区域电网在某一时间段对新能源消纳的能力大小，/>若/>代表区域电网在此时间段中有部分新能源无法消纳，需通过其他手段对区域电网进行调控，若/>则代表区域电网可通过火电机组调整出力实现电网的稳定运行，其中，/>表达式能够表示为：
式(23)中，为区域电网新能源消纳水平指标，pt 新能源表示在t时刻区域电网中新能源发电机组的总有功功率，pt表示t时刻区域电网中所有发电机组的总有功功率。
(3)、区域电网新能源越界时间T，表示为一年中新能源出力大于区域电网最大负荷的总时间。
所述步骤三中，区域电网新能源消纳场景包括：
①：区域电网在某一时间段内新能源总出力大于区域电网总负荷，即区域电网存在新能源消纳问题，此时可通过水电站抽水蓄能解决消纳问题。
②：区域电网新能源出力小于其负荷，即区域电网有一定可能出现新能源消纳问题，此时通过调整火电出力即可使区域电网稳定运行且不弃风，弃光。
本发明一种基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法，技术效果如下：
1)本发明所提的基于仿射型区间潮流计算，可解决区域电网中新能源出力随机性强、经典潮流计算难以计算的问题，可有效计算区域电网中各个节点的电压区间。
2)通过新能源消纳指标的提出，可通过三个指标直观反映区域电网新能源消纳状况，可知在一定时间段中电网有无法消纳的新能源的持续时间，出现次数，无法消纳的能源总量。
3)本发明通过抽水蓄能在区域电网新能源消纳能力不足时加以调控，并通过标准算例的仿真验证了其有效性于可行性。提高电网在新能源出力波动较大时的稳定性。
4)通过区域电网新能源消纳指标分析，可实时监测区域电网的消纳指标水平，了解电网消纳新能源的情况，增强电网在新能源出力波动时维持稳定运行的能力。
附图说明
图1是区域电网新能源消纳指标分析流程图。
图2是区域电网年负荷图。
图3是IEEE39标准节点配电网单线图。
图4是区域电网出力及负荷年曲线图。
图5是各月份区域电网新能源消纳指标图。
图6是加入抽水蓄能后各月份区域电网新能源消纳指标图。
图7为区域电网年负荷曲线图。
图8为区域电网年负荷/出力曲线对比图。
图9为节点1电压上下限图。
图10为节点6电压上下限图。
图11为节点21电压上下限图。
图12为新能源消纳指标分析图。
图13为加入抽水蓄能后新能源消纳指标分析图。
具体实施方式
基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法，首先将区域电网发电侧，负荷侧转换为区域电网数学模型，发电侧结合仿射型区间潮流算法预测区域新能源出力上下限区间，引入“区域电网新能源密度”、“区域电网新能源消纳水平”，“区域电网新能源越界时间”，预测区域电网新能源消纳能力不足的容量及概率，并研究抽水蓄能调度缓解电网消纳压力的可行性；最后，通过仿真及消纳指标的计算对比验证了本发明所提方法具备可行性。如图1所示。
区域电网外送通道关闭时，通过仿射型区间潮流算法对区域电网新能源消纳能力进行分析，包括以下步骤：
步骤一：首先通过图3所示IEEE39标准节点配电网建立区域电网模型，根据某省A地区区域电网年负荷曲线预测区域电网年负荷曲线，并于各个节点设置其负荷值。根据某省区域电网年负荷增长比例，粗略绘制年负荷曲线图，如图7所示。根据IEEE39算例及某区域电网实际负荷情况，及数据设置情况，按比例分配各节点负荷值。
根据发电侧不同类型的发电机组，如水电机组、光伏电站、风电发电机，建立与风速、光照强度、水流量相关的区域电网数学模型，确定其一年不同时段的出力区间。一年不同时段的出力区间如表1所示。
表1不同场景下各发电机组有功出力区间
根据大多数地区的发电机组情况，水电和新能源的丰季为，6-10月，枯季为1-4月及12月，平季为5，11月。光伏在三个季节中的平均出力及出力曲线的研究，光伏发电在夏季为丰季，春秋为平季，冬季则为枯季。风电在春，冬季为丰季，夏季为枯季，秋季为平季。
表2各发电机组一年中运行状态
如表2所示，根据其装机容量及发电季节特征，设置出力区间，并通过仿射区间潮流计算得到其向各个节点注入的功率区间。
1)水电出力建模：
水电相对于火电出力稳定性略逊，但稳定性明显强于光伏及风电，影响水电出力的主要因素是其所在位置水资源的丰富程度，水电站会分为丰水期和枯水期。
水电机组其转动部分机械特性模型为：
其中：J为水电机组的转动惯性矩，ω为水轮机组的转动角速度，n为机组转速，Mt为水轮机转矩，Mg为水轮机负载转矩，Q为水轮机流量，H为水轮机净水头，η为水轮机的工作效率；ρ为水的密度。
2)光伏出力建模：
光伏发电受太阳辐射强度的影响，云层移动等多种复杂自然现象也会对光伏发电产生影响。为建立模型，简化复杂变量对光伏发电的影响，在不考虑温度对光伏太阳能板发电功率的影响的情况下，光伏电站出力为：
其中：Pt s为光伏电站在t时刻时的理论功率，Pn是光伏电站额定光照强度下的额定功率，为t时刻实际光照强度，In是额定光照强度。额定光照强In＝1000W/m2。
光伏电站的实际出力一般会小于理论出力，设置系数k表征光伏发电站的出力衰减，其表达式为：
其中：Pt s为上式中光伏发电站在t时刻的理论功率，Pt m为光伏发电站实测功率。光伏出力受日太阳辐射随时间的变化及温度的影响。
ΔPt为光伏出力实际与理论值之差：
ΔPt＝Pt m-KPt s (5)；
式(5)中，K为光伏电站出力衰减系数。
风电同光电有波动性，随机性，风电的出力受地方风资源与自然环境下风速的影响，风电厂出力达到装机容量80％以上的时间只有2％或更少。某地区并网的大多数风电机组额定功率为150Mw；风力发电厂在风速3m/s以下时出力可视为0，风速在12m/s以上时风力发电机组可达到最大发电功率，风速超过25m/s时风机运行存在安全隐患应暂时关停。表3为额定功率为150Mw的风力发电机组的出力与风速表。
表3风电出力--风速数据表
目前风力发电使用的电机大多数为双馈式风机，双馈式风机对风能资源的利用率较高，控制有功功率和解耦能力强大，能够变速运行，运行方式较为灵活。风力发电机的发电功率与风速有较大关系，风电发电机输出功率如下：
其中：ρ为空气密度，S为风力发电机旋转叶片风力作用面积，υ为风速，C(ε,η)为风能利用率，式(6)中不考虑温度对空气密度的影响，认为ρ＝1.293kg/m3。ε为叶尖速比，η为桨距角。
其与风速的关系如下：
其中，R为风机叶片半径，ω’为叶片旋转角速度，υ为风速。
风电与区域风速相关联，光电与光照强度相关联，水电与区域水流量相关联，确定区域电网数学模型一年不同时段的出力区间。
步骤二：根据仿射型区间潮流算法计算得到区域电网负荷及出力曲线，如图8所示。仿射型区间潮流算法可解决存在出力随机性强的新能源发电机组的区域电网，区域电网新能源消纳指标可直观反映区域电网的新能源消纳情况及一定时间段中新能源过剩无法消纳的时间，次数，大小。
1)仿射型区间潮流算法：
仿射运算分为线性运算以及非线性运算，其计算误差主要来源于非线性运算，在非线性运算中，噪声元的处理以及简化会使区间保守型激增。
线性运算与非线性运算如下：
式(8)中，为任意两个仿射常数，x0，y0为噪声元中心值，xi，yi为噪声元系数，μi为噪声元。
式(9)中，为任意两个仿射常数，x0，y0为噪声元中心值，xi，yi为噪声元系数，μi为噪声元，μn+1表示新增噪声元。
式(10)中，为个仿射常数，ηn+1为新增噪声元。
其中，
上式中：a，b分别是仿射区间的上限以及下限。
在常规潮流计算中，确定性潮流表示如下：
式(11)中，ΔP和ΔQ分别为注入有功和无功列向量；Δθ,ΔU分别为相角电压列向量，A和B分别为有功和无功的扰动元列向量，X,Y为潮流灵敏度系数。
式(12)中：Pi代表i号节点中注入的有功功率，Uj代表j号节点中注入的有功功率，cosθij,sinθij为ij两节点之间支路的相角差范围；Gij,Bij为ij两节点之间支路的有功、无功传输功率区间。
式(13)中，Qi分别代表i号节点中注入的及无功功率。cosθij,sinθij为ij两节点之间支路的相角差范围，Gij,Bij为ij两节点之间支路的有功，无功传输功率区间。
Krawczyk-Moore算子的构造中不需计算矩阵的逆，其算子如下：
式(14)中，Y为n×n阶非奇异矩阵；I为单位矩阵。区间扩张是一个以区间向量为变量而取值是区间的区间函数，x,y为任意未知数。/>为区间/>的中点，
即取/>k为常数，即/>中点的值，使得/>其表达式如公式(17)所示。
Krawczyk-Moore迭代式如下所示：
式(15)中，y实际是确定的向量，而Yi则是确定性矩阵的逆，为迭代i此后的区间Y为n×n阶非奇异矩阵，I为单位矩阵，/>为迭代i次后的/> 其表达式如公式(17)所示，/>为i次迭代后的区间/>中点/>为迭代i次后的/>表达式如公式(14)所示。
结合式(7)，(8)中的有功无功注入，根据式(10)，得到仿射型区间潮流如下建模：
/>
式(16)中，为相角，电压的区间列向量，/>为相角，电压区间的上下限。
式(17)中，为四个线性向量区间，/>分别为这四个区间的上下限范围。
引入仿射算术，式(15)变换为：
式(18)中，yi实际是确定的向量，而Yi则是确定性矩阵的逆，I为单位矩阵。区间扩张是一个以区间向量/>为变量而取值是区间的区间函数。/> xi 为xi的上下限。
设定自变量初值：再将自变量写作二阶仿射形式：
式(19)中，IF为条件边界，各变量的表达式如下所示：
式(20)中， θi ,/> Ui 分别为相角，电压的上下界。
其中：而后根据式(13)可得：
式(21)中， Ai ,/> Bi ,/> Xi ,/> Yi 分别为Ai,Bi,Xi,Yi的上下界，其中Ai,Bi,Xi,Yi为四个随机变量。
进而通过仿射算术计算将其结果转换为区间形式/>计算并将其结果转换为仿射形式/>运用仿射算术计算/>进而将结果化为区间形式，根据式(13)计算出/>再进行迭代，其迭代表达式/>其迭代终止条件为：|xi+1-xi|<ω且/>
xi+1、xi、ω。xi+1为i+1次迭代后的x，xi为i次迭代后的，/>为i+1次迭代后的/>为i次迭代后的/>ω为迭代终止条件。
步骤三：通过区域电网新能源指标，分析计算区域电网新能源消纳指标，通过区域电网新能源消纳指标的比较，分析区域电网在一年不同时间段内的新能源消纳压力、以及消纳能力。
通过消纳指标的分析及计算后可知区域电网在某一时间段的新能源消纳状况，并根据各发电机组的出力情况分析。以下为区域电网可能的新能源消纳场景：(1)区域电网在某一时间段内新能源总出力大于区域电网总负荷，即区域电网必然存在新能源消纳问题，此时可通过水电站抽水蓄能解决消纳问题。(2)区域电网新能源出力小于其负荷，即区域电网有一定可能出现新能源消纳问题，此时通过调整火电出力即可使区域电网稳定运行且不弃风，弃光。
通过短时间内负荷与出力之间的差值及区域电网电能无法外送的场景下，全年由于区域电网消纳能力不足而出现的消纳问题，在此提出三个新能源消纳指标来直观显示区域电网的新能源消纳状况。
①：区域电网新能源密度τt，表示在t时刻区域电网新能源发电机组出力占总出力的比值，即：τt＝pt 新能源/pt。其可以间接反应区域电网中新能源发电机组出力对电网影响程度的大小，在区域新能源密度较大时，气候的变化对区域电网的影响更大。表示区域电网在一定时间段内新能源发电机组占总出力的比值,可通过此指标分析区域电网出现消纳问题时，可通过区域电网新能源密度τt分析可否通过火力发电机组进行调控。其在一定时间段内的区域电网新能源密度可表示为：
②：区域电网新能源消纳水平表示区域电网在某一时间段对新能源消纳的能力大小，其表达式可写为：/>其可显示区域电网在一时间段中新能源消纳的状况，若/>代表区域电网在此时间段中有部分新能源无法消纳，需通过其他手段对区域电网进行调控，若/>则代表区域电网可通过火电机组调整出力实现电网的稳定运行。其中/>表达式可改写为：
③：区域电网新能源越界时间T，此项指标反映了区域电网出现新能源消纳问题次数及维持的时间，可有效反应区域电网在不同时间段内新能源出力的波动强度及电网运行状况。此指标为一年中新能源出力大于区域电网最大负荷的总时间。
通过三个区域消纳指标的分析，可直观观察区域电网新能源消纳状况及可行的调控手段，可通过抽水蓄能或发电站制氢等方实现调峰。并可以通过区域电网新能源密度判断区域电网新能源占比，是否可通过火电出力调节解决新能源消纳能力不足的问题。通过区域电网新能源消纳水平可提前规划一定时间段中的火电出力，并根据实时出力-负荷曲线实现通过减少火电出力及蓄能调峰缓解区域电网消纳问题。
通过消纳指标的分析及计算后可知，区域电网在某一时间段的新能源消纳状况，并根据各发电机组的出力情况分析。
区域电网可能的新能源消纳场景(1)、场景(2)通过各种手段调控后进一步计算区域电网新能源消纳水平并比较对区域电网调控前的能源消纳水平/>可验证各调控手段有效性。
仿真算例及结果分析：
由仿真结果可得，当区域电网出现消纳问题时。不仅可能产生频率波动及弃风，弃光等问题，还可能造成区域电网部分节点过压。而后将电网最高值的年负荷曲线与区间上限做对比，进行区域电网消纳指标的计算。为区域电网未加入抽水蓄能前区域电网三种新能源消纳指标，区域电网在新能源出力上限时存在四个时间段存在消纳问题，其只能通过抽水蓄能及其他储能手段解决区域电网消纳问题。
如图9、图10、图11所示，由第三种场景下的仿射区间潮流与确定潮流的对比可看出：仿射区间潮流计算在计算节点电压及注入节点的功率时仿射区间潮流保守性相对较小，而计算节点电压相角时仿射区间潮流保守性较大，仿射区间潮流的节点注入功率在保守性上主要体现在仿射区间的上限，随着功率的增大，仿射区间的上限不断增大，而其下限并无明显变化。在此通过Krawczyk-Moore算法减小仿射型区间潮流计算得保守性，缩小计算结果得区间上限以减小误差。图12为新能源消纳指标分析图。
图13为加入抽水蓄能后新能源消纳指标分析图，在节点8，15，16号节点设置200Mw的抽水蓄能水电站，将水力发电站转换为抽水蓄能站，继而分析在加入抽水蓄能调控后区域电网的新能源消纳指标。加入抽水蓄能后，区域电网新能源密度降低，可供火力发电调节的范围增大，区域电网消纳水平明显提高，虽未完全解决电网新能源消纳问题，但区域电网消纳能力大幅增强。
2.区域电网新能源消纳指标仿真结果：
为验证所提方法的有效性，本发明对进行仿真分析。由图8所示年负荷/出力曲线图及年消纳指标可知：
1)：在区域电网电能无法外送的情况下，3-6月电网对新能源消纳可能出现较大的问题，12月可能出现不严重的消纳问题，其余月份新能源消纳问题较小。
2)：大多数场景下，区域电网负荷水平较高时新能源大部分都能被顺利被消纳。
3)：在水电为丰水季，火力发电机组正常运行的情况下，风光发电的不确定性易导致区域电网出现消纳问题。
4)：区域电网消纳能力在加入抽水蓄能站后明显增强，储能方式可有效提高区域电网新能源消纳能力。
本发明结合随机潮流中的仿射型区间潮流计算在IEEE39节点中进行了算例分析，通过仿射型区间潮流计算不同时段的发电机运行状态对注入电网的功率分析，绘制出区域电网出力曲线区间，在MATLAB中通过函数拟合计算其消纳指标。分析了区域电网易出现消纳问题的时间段以及场景。并通过仿真验证在区域电网消纳能力不足时将水电站运行方式由发电改为抽水蓄能能有效缓解区域电网新能源的消纳问题。
Claims (4)
1.基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：根据水电机组、光伏电站、风电发电机，建立区域电网数学模型，确定其一年不同时段的出力区间；
步骤二：根据仿射型区间潮流算法计算得到区域电网负荷及出力曲线，并通过MATLAB得到负荷及出力曲线的拟合函数；
步骤三：通过区域电网新能源指标，分析计算区域电网新能源消纳指标，通过区域电网新能源消纳指标的比较，分析区域电网在一年不同时间段内的新能源消纳压力、以及消纳能力；
所述步骤三中，区域电网新能源消纳指标包括：
(1)、区域电网新能源密度τt，表示在t时刻区域电网新能源发电机组出力占总出力的比值，τt＝pt 新能源/pt，表示区域电网在一定时间段内新能源发电机组占总出力的比值；
式(22)中，τt＝pt 新能源/pt为区域电网新能源密度指标，pt 新能源表示在t时刻区域电网中新能源发电机组的总有功功率，pt表示t时刻区域电网中所有发电机组的总有功功率；
(2)、区域电网新能源消纳水平表示区域电网在某一时间段对新能源消纳的能力大小，/>若/>代表区域电网在此时间段中有部分新能源无法消纳，需通过其他手段对区域电网进行调控，若/>则代表区域电网可通过火电机组调整出力实现电网的稳定运行，其中，/>表达式能够表示为：
式(23)中，为区域电网新能源消纳水平指标，pt 新能源表示在t时刻区域电网中新能源发电机组的总有功功率，pt表示t时刻区域电网中所有发电机组的总有功功率；
(3)、区域电网新能源越界时间T，表示为一年中新能源出力大于区域电网最大负荷的总时间。
2.根据权利要求1所述基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法，其特征在于：所述步骤一中，水电机组其转动部分机械特性模型为：
其中：J为水电机组的转动惯性矩，ω为水轮机组的转动角速度，Mt为水轮机转矩，Mg为水轮机负载转矩，Q为水轮机流量，H为水轮机净水头，κ为水轮机的工作效率；ρ为水的密度；
光伏电站出力为：
其中：Pt s为光伏电站在t时刻时的理论功率，Pn是光伏电站额定光照强度下的额定功率，为t时刻实际光照强度，In是额定光照强度；光伏电站的实际出力会小于理论出力，设置系数k表征光伏发电站的出力衰减，其表达式为：
其中：Pt s为上式中光伏发电站在t时刻的理论功率，Pt m为光伏发电站实测功率；光伏出力受日太阳辐射随时间的变化及温度的影响；
ΔPt为光伏出力实际与理论值之差：
ΔPt＝Pt m-KPt s (5)；
式(5)中，K为光伏电站出力衰减系数；
风电发电机输出功率如下：
其中：ρ为空气密度，S为风力发电机旋转叶片风力作用面积，υ为风速，C(ε,η)为风能利用率，式(6)中不考虑温度对空气密度的影响，认为ρ＝1.293kg/m3；ε为叶尖速比,η为桨距角；
其与风速的关系如下：
其中，R为风机叶片半径，ω’为叶片旋转角速度，υ为风速；
风电与区域风速相关联，光电与光照强度相关联，水电与区域水流量相关联，确定区域电网数学模型一年不同时段的出力区间。
3.根据权利要求1所述基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法，其特征在于：所述步骤二中，仿射型区间潮流算法具体如下：
仿射运算分为线性运算、非线性运算：
式(8)中，为任意两个仿射常数，x0、y0为噪声元中心值，xi、yi为噪声元系数，μi为噪声元；N表示噪声元的集合；
式(9)中，为任意两个仿射常数，x0、y0为噪声元中心值，xi、yi为噪声元系数，μi为噪声元，μN+1表示新增噪声元；
式(10)中，为个仿射常数，ηN+1为新增噪声元；
其中，
上式中：a，b分别是仿射区间的上限以及下限；
在常规潮流计算中，确定性潮流表示如下：
式(11)中，ΔP和ΔQ分别为注入有功和无功列向量；Δθ,ΔU分别为相角电压列向量，A和B分别为有功和无功的扰动元列向量，X,Y为潮流灵敏度系数；
式(12)中：Pi代表i号节点中注入的有功功率；cosθij,sinθij为ij两节点之间支路的相角差范围，Gij、Bij为ij两节点之间支路的有功、无功传输功率区间；
式(13)中：Qi分别代表i号节点中注入的及无功功率；cosθij,sinθij为ij两节点之间支路的相角差范围，Gij、Bij为ij两节点之间支路的有功、无功传输功率区间；
Krawczyk-Moore算子的构造中不需计算矩阵的逆，其算子如下：
式(14)中：Y为n×n阶非奇异矩阵；I为单位矩阵；区间扩张是一个以区间向量/>为变量而取值是区间的区间函数，x,y为任意未知数；/>为区间/>的中点，
Krawczyk-Moore迭代式如下所示：
式(15)中：y实际是确定的向量，而Yi则是确定性矩阵的逆，Y为n×n阶非奇异矩阵；I为单位矩阵；区间扩张是一个以区间向量/>为变量而取值是区间的区间函数，x,y为任意未知数；/>为区间/>的中点，/>
结合式(7)，(8)中的有功无功注入，根据式(10)，得到仿射型区间潮流如下建模：
式(16)中：为相角，表示电压的区间列向量；/>为相角，表示电压区间的上下限；
式(17)中：为四个线性向量区间，/>分别为这四个区间的上下限范围；
引入仿射算术，式(15)变换为：
式(18)中：yi实际是确定的向量，而Yi则是确定性矩阵的逆，I为单位矩阵；区间扩张是一个以区间向量/>为变量而取值是区间的区间函数；/> xi 分别为xi的上、下限；
设定自变量初值：再将自变量写作二阶仿射形式：
式(19)中：IF为条件边界，各变量的表达式如下所示：
式(20)中， θi 分别为相角上下界、/> Ui 分别为电压的上下界；
其中：而后根据式(13)可得：
式(21)中， Ai ,/> Bi ,/> Xi ,/> Yi 分别为Ai,Bi,Xi,Yi的上下界，/> Ai 分别为Ai的上、下界，/> Bi 分别为Bi的上、下界，/> Xi 分别为Xi上、下界，/> Yi 分别为Yi上、下界；其中：Ai,Bi,Xi,Yi为四个随机变量；
进而通过仿射算术计算将其结果转换为区间形式/>计算并将其结果转换为仿射形式/>运用仿射算术计算进而将结果化为区间形式，根据式(13)计算出/>再进行迭代，其迭代表达式/>其迭代终止条件为：/>且/>
4.根据权利要求1所述基于仿射区间潮流的区域电网新能源消纳水平分析方法，其特征在于：所述步骤三中，区域电网新能源消纳场景包括：
①：区域电网在某一时间段内新能源总出力大于区域电网总负荷，即区域电网存在新能源消纳问题，此时可通过水电站抽水蓄能解决消纳问题；
②：区域电网新能源出力小于其负荷，即区域电网有一定可能出现新能源消纳问题，此时通过调整火电出力即可使区域电网稳定运行且不弃风，弃光。
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