计及风电不确定性的基于安全域的电力系统安全监测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种计及风电不确定性的基于安全域的电力系统安全监测方法，主要包括：首先基于安全域定义了安全转移概率；其次，采用正态分布作为负荷和传统发电节点注入功率的概率模型，采用双参数的Weibull分布描述风速的随机变化从而建立风电场节点注入功率的概率模型；最后，基于超平面形式的安全域边界的表达式和以半不变量为基础的级数展开法计算安全转移概率。基于安全域使得安全分析异常方便，而且在计算概率指标时，节点注入功率的不确定性所致的难以忍受的计算量得到极大程度地简化；本发明专利技术有助于电网运行人员快速获取评估系统安全性的有效指标，其可视化结果可用于辅助运行人员监测系统状态以提前做好预防措施。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统安全性评估领域，尤其涉及一种计及风电不确定性的基于安全域的电力系统安全监测方法。
技术介绍
在安全性分析，尤其连锁停电事故分析过程中，不仅要计及系统拓扑状态之间的转移，而且要同时计及系统的静态和动态安全性约束。对于既定的拓扑状态转移，在节点注入确定的情况下，不乏有计及静态和动态安全性约束判定系统安全与否的方法和工具，而在考虑节点注入的不确定性(尤其是风电的不确定性)时，现有研究大都基于MonteCarlo模拟仿真进行大量抽样，对每个抽样点进行确定型的安全性判定，最后通过大数定理获取系统变量的轨迹(即概率安全性指标)，计算量大，耗时长。实际上，系统拓扑状态的改变和不确定的节点注入所引起的系统状态变量的变化是耦合发生的，Wu和Yu等基于安全域提出了安全转移概率，以用来描述既定拓扑状态转移下系统变量的轨迹。然而，限于先前安全域不具备简洁方便的数学描述，在考虑节点注入的不确定性时，安全转移概率存在计算上的严重困难，安全转移概率的研究和应用因此而停滞不前。近年来，电力系统安全域方法学的一系列研究成果为实现安全转移概率的解析计算准备了条件。特别是实用安全域的边界可用一个或一组超平面近似描述这一重要事实的发现，一方面使得静态安全性和动态安全性分析异常方便，另一方面在计算概率指标时，负荷等节点注入功率的不确定性所致的难以忍受的计算量得到极大程度地简化。此外，基于安全域边界可用超平面近似描述这一性质开发的快速计算动态安全域边界的方法——直接法，推进了安全域的实际应用；某些文献研究结果和计及风电的随机潮流为考虑风电的不确定性准备了条件。
技术实现思路
本专利技术提出了一种计及风电不确定性的基于安全域的电力系统安全监测方法，其中基于超平面形式的安全域所建立的安全转移概率的解析求解方法有助于电网运行人员快速获取评估系统安全性的有效指标，安全转移概率的可视化结果可用于辅助运行人员监测系统状态以提前做好预防措施。本专利技术目的在于在计及风电不确定性的基于安全域的电力系统安全监测方法中建立安全转移概率的解析求解模型，以在安全性监视与分析中快速有效地计及节点注入的不确定性，尤其是风电的不确定性。首先，给出了安全转移概率的定义；其次，采用正态分布作为负荷和传统发电节点注入功率的概率模型，采用双参数的Weibull分布描述风速的随机变化从而建立风电场节点注入功率的概率模型；进一步地，基于超平面形式的安全域边界的表达式和以半不变量为基础的级数展开法建立了安全转移概率的解析计算方法；最后，通过具体实施方案证实了方法的有效性。具体步骤如下：步骤一、基于安全域定义安全转移概率。给定t时刻的节点注入为y(t)，系统在t时刻由状态i到状态j(i≠j)对应的安全转移概率μij(t)是指，当y(t)属于静态安全域Ωss(i)时，y(t)处于动态安全域Ωd(i,j,F)的条件概率，即μij(t)＝:Pr{y(t)∈Ωd(i,j,F)|y(t)∈Ωss(i)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种计及风电不确定性的基于安全域的电力系统安全监测方法，包括：基于安全域定义安全转移概率；采用正态分布描述负荷和传统发电注入的不确定性，采用双参数的Weibull分布描述风速的随机变化建立风电场的概率模型，从而确定节点注入功率的概率模型；最后，基于超平面形式的安全域边界的表达式和以半不变量为基础的级数展开法计算安全转移概率；具体步骤如下：步骤一：基于安全域定义安全转移概率：给定t时刻的节点注入为y(t)，系统在t时刻由状态i到状态j(i≠j)对应的安全转移概率μij(t)是指，当y(t)属于静态安全域Ωss(i)时，y(t)处于动态安全域Ωd(i,j,F)的条件概率；形式如公式(1)所示，其中：用“＝：”表示定义；用∈表示属于；B事件发生的条件下A事件发生的条件概率用Pr{A|B}表示，即μij(t)＝:Pr{y(t)∈Ωd(i,j,F)|y(t)∈Ωss(i)}          (1)式(1)中，μij(t)对应的是事件扰动致使系统图形发生改变的情况，描述的是事件扰动前系统处于状态i是静态安全的，事件扰动后系统转移到拓扑状态j，系统可维持暂态稳定的概率；对于确定型的节点注入功率，μij(t)取值为0或1；对于不确定型的节点注入功率，μij(t)是一个随机变量，取值在[0,1]区间；定义在t时刻由状态i到结构状态j(i＝j)的安全转移概率如公式(2)所示，其中：用表示不属于；μjj(t)=:limΔt→01ΔtPr{y(t+Δt)∉Ωss(j)|y(t)∈Ωss(j)}---(2)]]>步骤二：确定节点注入功率的概率模型：风电场的输出功率由风电场内各台风力发电机的输出功率决定，而风力发电机的输出功率与风轮机轮毂高度处的风速关系用如下分段函数表示：Pw=0v<vci or v≥vcoa+bvvci≤v<vrPrvr≤v<vco---(3)]]>式(3)中，Pw为风机的输出功率；Pr为风机的额定输出功率；v表示风速；vci、vr和vco分别对应切入风速、额定风速和切出风速；a和b是常系数；若忽略风电场尾流效应和场内电气损耗，风电场汇流母线上的注入功率是风电场的输出功率，等于全部风机输出功率的总和，即Pfarm＝NwPw              (4)式(4)中，Nw为风电场内风机的台数；用双参数的Weibull分布近似描述一个地区的风速，其概率密度函数为：f(v)=kc(vc)k-1exp[-(vc)k]---(5)]]>式(5)中，k和c分别为Weibull分布的形状参数和尺度参数；exp为指数函数；设风速处于vci和vr之间，基于公式(3)和(4)得到风机输出功率的概率密度函数：f(Pw)=kbc(Pw-abc)k-1exp[-(Pw-abc)k]---(6)]]>结合公式(4)获得Pfarm的概率密度函数；按恒功率因数运行，风电场的无功功率为：在未来某个时刻t，风电场节点注入功率的期望值由风电预测得到；负荷节点和传统发电节点的有功注入功率服从正态分布，基于短期负荷预测得到负荷节点注入功率的期望值，由经济调度确定发电机节点注入功率的期望值；与此同时，设各个节点注入功率相互独立，而且各节点注入功率的期望值满足潮流方程，经由统计确定各节点注入功率的标准差为：负荷及传统发电节点注入功率的标准差取其期望值的5％，风电节点注入功率的标准差取期望值的20％；步骤三：计算安全转移概率；保证事故后系统暂态稳定的动态安全域临界面的超平面表达式是：Σi=1n(αiPi+βiQi)=1---(8)]]>式(8)中，n表示系统节点数；αi和βi为节点i对应的超平面方程系数；Pi和Qi是事故前系统注入功率空间上，保证暂态功角和电压稳定的临界有功和无功注入；无功功率可就地平衡的情况下，式(8)可简化为：Σi=1nαiPi=1---(9)]]>保证潮流安全的静态安全域的边界同样用公式(9)所示的超平面形式表示；基于超平面形式的实用安全域边界的表达式将不确定型的节点注入属于安全域内的概率按式(10)进行简化：式(10)中，g(ye)和G(ye)是ye的概率密度函数和分布函数；在无风电接入时概率密度函数g(ye)的求解如下：没有风电接入时，通过以半不变量为基础的Gram‑Charlier级数法计算g(ye)；即，随机变量x的概率密度函数f(x)对应的Gram‑Charlier级数展开式为：式(11)中，mi(i＝1,2,…)对应Gram‑Charlier级数的各项系数；为标准正态分...

【技术特征摘要】
1.一种计及风电不确定性的基于安全域的电力系统安全监测方法，包括：基于安全域
定义安全转移概率；采用正态分布描述负荷和传统发电注入的不确定性，采用双参数的
Weibull分布描述风速的随机变化建立风电场的概率模型，从而确定节点注入功率的概率模
型；最后，基于超平面形式的安全域边界的表达式和以半不变量为基础的级数展开法计算
安全转移概率；具体步骤如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳丽，余贻鑫，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12