CN116154956A - 一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，解决了高渗透率情况下的光伏发电系统的鲁棒性分析方法问题，弥补了传统电力系统鲁棒性分析中未充分考虑分布式光伏发电影响带的不足，方便安全人员的理解分析。

Description

一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法

技术领域

本发明属于光伏技术领域，更具体地，本发明涉及一种分布式光伏电站系统的鲁棒性分析方法。

背景技术

智能电网的快速发展给人类社会带来了巨大的便利，但是复杂的拓扑结构以及外界因素的干扰也会带来更多的安全隐患。电网中一个节点的故障可能会导致电网中其他节点的连锁故障，然后故障会在整个网络中进行传播，这种级联故障使得系统鲁棒性急剧下降直至整个系统瘫痪。目前的电力系统鲁棒性分析很少考虑分布式光伏发电的不确定因素和柔性负荷短时间接入对电网的冲击。短时间内大量的柔性负荷接入电网可能会因过载导致部分节点失效，事实上在级联失效过程中由于分布式光伏发电的特点，还存在未失效的发电节点，现有方法未充分考虑，影响了评估系统鲁棒性。

发明内容

本发明提供一种分布式光伏电站系统的鲁棒性分析方法，旨在改善上述问题。其技术方案为：一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，所述方法包括以下步骤：

步骤一：获取含分布式光伏电站的电网系统的所有数据包括发电厂、变电站、负荷、路由器、交换机等数据；

步骤二：运用复杂网络理论，建立分布式光伏发电系统的网络模型，其包括电力网、电力通信网以及关联网络模型，计算系统中节点负载和节点容量；

步骤三：确定电力网中负载过载的节点，以过载的节点为分析的起点，首先，移除电力网模型与通信网模型中没有任何节点相连接的节点，然后移除电力网模型中没有与发电节点相连的非发电节点，其次，移除通信网模型中没有与电力网模型任何节点相连接的节点，判断移除节点后除最大联通分量外其余的联通分量是否含有光伏发电节点，若有则不能作为失效节点；最后，进行负载的重新分配，计算负载重分配后的系统鲁棒性指标；

步骤四：第二次过载检测，在剩余网络中，如果存在一些节点重新计算的负载超过了它们的容量，将这些节点移除，并返回第三步，迭代整个过程直到系统中没有节点可以被移除，计算系统鲁棒性指标。

进一步改进在于：所述步骤二还包括以下步骤：将电网中的发电厂、变电站、负荷抽象为简单的电力节点，将输电线抽象为电网中节点之间的边；在电力通信网中，将路由器、交换机等设备抽象为简单的通信节点，将电缆、光纤等通信线路抽象为通信网络中节点间的边，在二者关联部分，将电力网与通信网节点之间的关联关系抽象为网络中的边。

进一步改进在于：所述步骤三还包括以下步骤：假设电力网节点负载失效占比为1-p，然后电力网内部节点根据单个网络节点失效情况发生失效级联，包括节点失效、边失效、负载过载失效；稳定后更新电力网和通信网结构，这时为过程1，状态1。

进一步改进在于：所述步骤三中负载重分配方法包括：关联网络级联失效过程用n表示，则单位时间内的总负载为：

其中，φ是电力网中可运行节点集，l_ni是网络级联失效过程n中电力网节点i的度数，α和t是保障关联网络正常运行的参数。

进一步改进在于：所述过程n通信节点i的负载

表示为：

其中，Z表示电力通信网中可运行的节点集，d_ni表示级联失效过程n中电力通信网中节点i的度，τ表示控制电力通信节点所能容纳负载的参数，越大表示节点度越大，承担负载越多；通信节点i的容量

与初始负载

成正比，

其中，δ_c是通信节点的容差参数。

进一步改进在于：所述电力网初始节点i的负载

为

其中，β和

表示控制负载的参数，l_0i是级联失效前电力网节点i的度，当β和

都大于0时，电力网中节点的度越大，其负载越大，i的

容量与

成正比：

其中，δ_p为节点的容差参数。

进一步改进在于：所述失效节点i的负载分配给邻居节点j的概率表示为：

其中，f(i)是节点i的邻居节点的集合，L_j是邻居节点j的初始负载，γ为分配参数，用来控制负荷分配概率，节点j负荷增量表示为：ΔL_j＝P_ijC_i，其中，C_i是节点i的失效负荷，当节点i失效时，节点j的负荷转移给邻近的节点j，此时节点j的负载增量为ΔL_j。此时节点j的负载为：L'_j＝ΔL_j+L_j。

进一步改进在于：所述步骤四中具体包括以下步骤：

步骤4.1：由于过程1导致网间连接耦合模型发生变化，因此一些通信网节点失去电力支持，导致通信网内部也发生失效级联，稳定后更新通信网和耦合网结构，此时为过程2，状态2；

步骤4.2：由于过程2导致网间连接耦合模型发生变化，因此一些电力网节点失去通信节点控制，导致电力网内部也发生失效级联，稳定后更新电力网和耦合网结构，此时变为过程3，状态3；

步骤4.3：重复过程2和过程3，直到网络达到稳定或者完全崩溃，耦合网络级联失效停止，计算系统鲁棒性指标。

本发明的有益效果：解决了高渗透率情况下的光伏发电系统的鲁棒性分析方法问题，弥补了传统电力系统鲁棒性分析中未充分考虑分布式光伏发电影响带的不足，方便安全人员的理解分析。

附图说明

图1是本发明实施提供的光伏电站系统鲁棒性分析方法流程图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图1所示，本实施例提供一种分布式光伏电站系统的鲁棒性分析方法，所述方法具体包括如下步骤：

S1、获取含分布式光伏电站的电网系统的所有数据包括发电厂、变电站、负荷、路由器、交换机等数据。

S2、运用复杂网络理论，建立分布式光伏发电系统的网络模型，其包括电力网、电力通信网以及关联网络模型，计算系统中节点负载和节点容量。

S3、确定电力网中负载过载的节点，以过载的节点为分析的起点，首先，移除电力网模型与通信网模型中没有任何节点相连接的节点，然后移除电力网模型中没有与发电节点相连的非发电节点，其次，移除通信网模型中没有与电力网模型任何节点相连接的节点，判断移除节点后除最大联通分量外其余的联通分量是否含有光伏发电节点，若有则不能作为失效节点。最后，进行负载的重新分配，计算负载重分配后的系统鲁棒性指标。

S4、第二次过载检测，在剩余网络中，如果存在一些节点重新计算的负载超过了它们的容量，将这些节点移除，并返回第三步，迭代整个过程直到系统中没有节点可以被移除，计算系统鲁棒性指标。进一步的，所述步骤S2具体包括如下步骤：

将电网中的发电厂、变电站、负荷抽象为简单的电力节点，将输电线抽象为电网中节点之间的边。在电力通信网中，将路由器、交换机等设备抽象为简单的通信节点，将电缆、光纤等通信线路抽象为通信网络中节点间的边，在二者关联部分，将电力网与通信网节点之间的关联关系抽象为网络中的边。

进一步的，所述步骤S3具体包括如下步骤：

假设电力网节点负载失效占比为1-p，然后电力网内部节点根据单个网络节点失效情况发生失效级联，包括节点失效、边失效、负载过载失效。稳定后更新电力网和通信网结构，这时为过程1，状态1。进一步的，负载重分配方法包括：

关联网络级联失效过程用n表示，则单位时间内的总负载为：

其中，φ是电力网中可运行节点集，l_ni是网络级联失效过程n中电力网节点i的度数，α和t是保障关联网络正常运行的参数。

进一步的，过程n通信节点i的负载

表示为：

其中，Z表示电力通信网中可运行的节点集，d_ni表示级联失效过程n中电力通信网中节点i的度，τ表示控制电力通信节点所能容纳负载的参数，越大表示节点度越大，承担负载越多。通信节点i的容量

与初始负载

成正比，

其中，δ_c是通信节点的容差参数。

进一步的，电力网初始节点i的负载

为

其中，β和

表示控制负载的参数，l_0i是级联失效前电力网节点i的度，当β和

都大于0时，电力网中节点的度越大，其负载越大，i的

容量与

成正比：

其中，δ_p为节点的容差参数。

进一步的，失效节点i的负载分配给邻居节点j的概率表示为：

其中，f(i)是节点i的邻居节点的集合，L_j是邻居节点j的初始负载，γ为分配参数，用来控制负荷分配概率。节点j负荷增量表示为：

ΔL_j＝P_ijC_i

其中，C_i是节点i的失效负荷，当节点i失效时，节点j的负荷转移给邻近的节点j，此时节点j的负载增量为ΔL_j。此时节点j的负载为：

L'_j＝ΔL_j+L_j。

进一步的，系统的鲁棒性指标计算公式为：

1)负荷失去比例：

其中，L_max表示整个电网的总的负荷需求，其中，电网负荷损失量为：

其中，L是电网总的负荷量，G是电网总的发电量。

2)受损程度指标:

其中，信息网结构受损程度指标：

其中，c_i为通信节点受损因子，通信节点i与调度中心节点断开，记c_i＝1，为孤立通信节点，反之，c_i＝0；

电力网结构受损程度指标：

其中，e_i，为电力网节点受损因子，若负荷节点和传输节点与发电节点断开，则e_i＝1，反之，e_i＝0。

δ代表了双层网络不同网络的权重参数：

3)最小可移除发电节点数MRGNN

在传统系统鲁棒性分析中最大联通节点数是个良好的性能指标，但当系统中含有大量分布式光伏时，因为分布式光伏数量众多、分布广泛的特点，因此电网中会存在众多发电节点，此时只要网络中存在连通分量，那么连通分量中节点就可以正常运行，不能被视为故障。因此传统鲁棒性指标存在局限性，提出导致整个系统崩溃的最小移除发电节点数来表征系统性能。

进一步的，所述步骤S4具体包括如下步骤：

S41、由于过程1导致网间连接耦合模型发生变化，因此一些通信网节点会失去电力支持，导致通信网内部也会发生失效级联，稳定后更新通信网和耦合网结构，此时为过程2，状态2。

S42、由于过程2导致网间连接耦合模型发生变化，因此一些电力网节点可能会失去通信节点控制，导致电力网内部也会发生失效级联，稳定后更新电力网和耦合网结构，此时变为过程3，状态3。S43、重复过程2和过程3，直到网络达到稳定或者完全崩溃，耦合网络级联失效停止，计算系统鲁棒性指标。

Claims (8)

1.一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：获取含分布式光伏电站的电网系统的所有数据包括发电厂、变电站、负荷、路由器、交换机等数据；

步骤二：运用复杂网络理论，建立分布式光伏发电系统的网络模型，其包括电力网、电力通信网以及关联网络模型，计算系统中节点负载和节点容量；

步骤三：确定电力网中负载过载的节点，以过载的节点为分析的起点，首先，移除电力网模型与通信网模型中没有任何节点相连接的节点，然后移除电力网模型中没有与发电节点相连的非发电节点，其次，移除通信网模型中没有与电力网模型任何节点相连接的节点，判断移除节点后除最大联通分量外其余的联通分量是否含有光伏发电节点，若有则不能作为失效节点；最后，进行负载的重新分配，计算负载重分配后的系统鲁棒性指标；

步骤四：第二次过载检测，在剩余网络中，如果存在一些节点重新计算的负载超过了它们的容量，将这些节点移除，并返回第三步，迭代整个过程直到系统中没有节点可以被移除，计算系统鲁棒性指标。

2.如权利要求1所述的一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，其特征在于：所述步骤二还包括以下步骤：将电网中的发电厂、变电站、负荷抽象为简单的电力节点，将输电线抽象为电网中节点之间的边；在电力通信网中，将路由器、交换机等设备抽象为简单的通信节点，将电缆、光纤等通信线路抽象为通信网络中节点间的边，在二者关联部分，将电力网与通信网节点之间的关联关系抽象为网络中的边。

3.如权利要求1所述的一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，其特征在于：所述步骤三还包括以下步骤：假设电力网节点负载失效占比为1-p，然后电力网内部节点根据单个网络节点失效情况发生失效级联，包括节点失效、边失效、负载过载失效；稳定后更新电力网和通信网结构，这时为过程1，状态1。

4.如权利要求1所述的一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，其特征在于：所述步骤三中负载重分配方法包括：关联网络级联失效过程用n表示，则单位时间内的总负载为：

其中，φ是电力网中可运行节点集，l_ni是网络级联失效过程n中电力网节点i的度数，α和t是保障关联网络正常运行的参数。

5.如权利要求4所述的一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，其特征在于：所述过程n通信节点i的负载

表示为：

其中，Z表示电力通信网中可运行的节点集，d_ni表示级联失效过程n中电力通信网中节点i的度，τ表示控制电力通信节点所能容纳负载的参数，越大表示节点度越大，承担负载越多；通信节点i的容量

与初始负载

成正比，

其中，δ_c是通信节点的容差参数。

6.如权利要求5所述的一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，其特征在于：所述电力网初始节点i的负载

为

其中，β和

表示控制负载的参数，l_0i是级联失效前电力网节点i的度，当β和

都大于0时，电力网中节点的度越大，其负载越大，i的

容量与

成正比：

其中，δ_p为节点的容差参数。

7.如权利要求6所述的一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，其特征在于：所述失效节点i的负载分配给邻居节点j的概率表示为：

其中，f(i)是节点i的邻居节点的集合，L_j是邻居节点j的初始负载，γ为分配参数，用来控制负荷分配概率，节点j负荷增量表示为：ΔL_j＝P_ijC_i，其中，C_i是节点i的失效负荷，当节点i失效时，节点j的负荷转移给邻近的节点j，此时节点j的负载增量为ΔL_j，此时节点j的负载为：L'_j＝ΔL_j+L_j。

8.如权利要求1所述的一种分布式光伏电站系统鲁棒性分析方法，其特征在于：所述步骤四中具体包括以下步骤：

步骤4.1：由于过程1导致网间连接耦合模型发生变化，因此一些通信网节点失去电力支持，导致通信网内部也发生失效级联，稳定后更新通信网和耦合网结构，此时为过程2，状态2；

步骤4.2：由于过程2导致网间连接耦合模型发生变化，因此一些电力网节点失去通信节点控制，导致电力网内部也发生失效级联，稳定后更新电力网和耦合网结构，此时变为过程3，状态3；

步骤4.3：重复过程2和过程3，直到网络达到稳定或者完全崩溃，耦合网络级联失效停止，计算系统鲁棒性指标。

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