一种考虑风电随机性的交直流电力系统连续潮流方法技术方案

本发明专利技术公开一种考虑风电随机性的交直流电力系统连续潮流方法，针对含风电场交直流混合输电系统的静态电压稳定性计算问题，创新性的采用蒙特卡洛方法拟合得到了风电出力与电压崩溃点负荷裕度函数关系。根据风速weibull分布函数，风电出力与功率关系以及拟合函数推导出电压崩溃点负荷裕度期望的计算公式。在一个改造的IEEE9节点系统上验证了方法的有效性，与传统的Monte carlo方法比较，本文提出的方法准确度更高，速度更快。进一步分析了直流变量控制值和风速概率分布参数k，c值对电压崩溃点负荷裕度期望的影响，该方法还可以方便地对不同负荷出力方向负荷裕度进行分析，有利于运行人员根据当时风速分布情况合理设定直流控制值调整运行方式。

A continuous power flow method for AC / DC power systems considering stochastic wind power

The invention discloses a method for considering the randomness of wind power of AC / DC power system of continuous power flow method, the static voltage stability of wind AC / DC hybrid transmission system of computational problems, innovative use of Monte Carlo method was obtained by fitting the data of wind power output and load voltage collapse margin function. According to the wind speed Weibull distribution function, the relationship between the wind power output and power and the fitting function, the formula for calculating the load margin expectation of the voltage collapse point is derived. In a IEEE9 system on the transformation of the method is verified by the comparison with Monte, traditional Carlo method, this method is more accurate and faster. Further analysis of the DC control variable value and the probability distribution parameters of wind speed K, C value of the voltage collapse point of load margin expectations, this method can be used conveniently in different load output direction of load margin analysis, is conducive to the operation of the staff at the wind speed distribution of a reasonable set value adjusting operation mode according to the DC control.

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风电随机性的交直流电力系统连续潮流方法
本专利技术属于电力系统安全稳定运行领域，提出一种考虑风电随机性的交直流混合输电系统连续潮流(CPF)计算方法。
技术介绍
随着直流输电技术的不断发展，交直流电网互联将成为我国电网框架的基本形态。同时，风电规模的不断扩大，使得风电的随机不确定性对电网的电压静态稳定性影响越来越大。直流输电和风电接入对电力系统的电压静态性的影响引起了广泛的关注。连续潮流法可以方便地求取系统PV曲线，PV曲线的“鼻尖点”就是系统电压的崩溃点，由此可求得系统输电能力或判断系统电压稳定裕度。文献《交直流互联系统节点PV曲线的求取》详细描述了基于统一迭代法连续潮流求取交直流电力系统PV曲线的过程。文献《含经VSC_HVDC并网海上风电场的电网可用输电能力计算》对含风电场的交直流系统静态电压稳定性研究的研究中，主要将风电确定性的值处理而未考虑随机性影响。文献《大规模风电经直流外送的区域输电能力计算》采用MonteCarlo法和聚类的方法分析风电的随机性的影响，但可能会导致某些数据特征丢失。前述文献是基于确定性的场景对交直流系统电压稳定性进行分析，当有风电接入电力系统时，风电机组的出力是随机不确定的，确定性的电压稳定性分析方法无法全面反映系统运行状态。为此本专利技术的主要创新点就是同时考虑了直流输电和风电的随机不确定性对电网的电压静态稳定性影响，拟合出了风电出力和负荷裕度的函数关系，为电力系统稳定运行控制提供参考。
技术实现思路
为了充分考虑风电出力随机不确定性对交直流系统稳定性的影响，本专利技术创新性的通过连续潮流算法对交直流系统风电注入与崩溃点负荷裕度关系进行分析，并采用最小二乘法进行拟合出两者之间的关系曲线和函数。当系统出力方向或直流控制方式改变时，只需改变控制参数重新进行拟合。基于该方法，可以快速地计算各种风速分布下的崩溃点负荷裕度概率分布和期望值。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：1、建立含风电场交直流模型。分别建立风速模型和风电机组功率分布模型，运用Weibulll分布近似模拟某地区的风速，风电机组在风电场获取的机械能与风速的立方成正比，建立单台风电机发出的有功功率和风速的模型。2、建立含风电场交直流系统含参潮流方程组。求解电力系统连续潮流(CPF)实质是求解一系列含参潮流方程组，获得电压崩溃点的参数，从而得到系统负荷裕度以及判断系统静态电压稳定性。3、形成随机连续潮流实现方法。包括预测环节、校正环节和随机变量处理环节。为了解决传统蒙特卡洛法计算CPF得到不同风速下负荷裕度L的分布速度较慢的问题，本专利技术提出基于传统蒙特卡方法的改进，首先将风电场可以发出的最大功率和最小功率进行等分成M分，通过CPF计算得到一组崩溃点负荷裕度参数λSNB，根据λSNB分布情况，对PW和λSNB进行最小二乘法拟合，得到拟合曲线λSNB＝g(PW)；将随机性风电功率代入方程λSNB＝g(PW)，可以得到λSNB的分布情况，对λSNB＝g(PW)求导，得到λSNB的最大值和该点的风电功率。4、验证算法的有效性。5、分析控制变量对崩溃点负荷裕度期望影响。包括直流控制值对崩溃点负荷裕度的影响和风速分布对崩溃点负荷裕度的影响。本专利技术主要对含风电场交直流系统连续潮流计算方法进行研究。针对含风电场交直流混合输电系统的静态电压稳定性计算问题，提出一种考虑风电随机性的交直流混合输电系统连续潮流(CPF)计算方法，以此来求得节点电压崩溃点负荷裕度的概率分布情况，这是本专利技术的主要创新点之一。通过拟合得到风电出力与电压崩溃点负荷裕度关系，再根据拟合函数推导出电压崩溃点负荷裕度期望的计算公式，与传统MonteCarlo法相比，该方法计算速度有很大提高，也是本专利技术的主要创新点之一。通过算例仿真，验证了该算法的有效性和实用性，并利用该方法分析了风电分布参数，直流控制变量设定值对电压稳定性的影响。附图说明图1是直流输电线路；图2是PW-λSNB拟合曲线；图3是MC生成风电功率概率分布；图4是节点5电压崩溃点负荷裕度概率分布；图5是直流电流控制值对崩溃点负荷裕度期望影响；图6是直流电压控制值对崩溃点负荷裕度期望影响。具体实施方式以下结合附图描述根据本专利技术实施例的一种考虑风电随机性的交直流电力系统连续潮流方法包括以下步骤：1、建立含风电场交直流模型。1)建立风速模型Weibull分布能较好的用来近似模拟一个地区的风速，其概率分布函数为：F(V)＝P(v≤V)＝1-exp[-(V/c)k](1)式中：c为Weibull分布的尺度参数，反映风电场所在地的平均风速；k为Weibull分布的形状参数，c和k均由实测数据拟合所得。本专利技术中风速v采用文献《运用特征值法确定交直流系统电压失稳区》所述的满足Weibull分布的随机数生成：vi＝c(Inxi)1/k，式中xi服从[0,1]区间的均匀分布。2)风电机组功率分布单台风电机发出有功功率与风速的关系可近似表示为：式中，PW为单台风电机发出的有功功率，v表示风电场风速，vci表示风电场内风机的切入风速；vco表示切出风速；vr表示额定风速，Pr为风电场额定功率。根据(1)与(2)式可求出风电场有功出力概率为：当风速小于切入风速或大于切出风速时，发出功率为零，其概率为：当风速大于额定风速且小于切出风速时，发出功率为额定功率，其概率为：当风速大于切入风速且小于额定风速时，发出功率为额定功率，其概率为：2、建立含风电场交直流系统含参潮流方程组。1)含风电场交直流电力系统含参潮流方程组：式中：Pi0、Qi0分别代表节点i初始注入的有功功率及无功功率；PWi、QWi分别代表风电场发出的有功功率和无功功率，节点连接风电机组时该值为零；Vi、θ分别表示i的节点电压和相角；为各负荷的功率因数角；αi表示各个发电机出力增长方向；βi表示各个负荷功率增长方向。λ为系统的负荷变化裕度；N为PV节点与PQ节点个数之和，M为PQ节点个数之和；k＝1,2,...,Nc，Nc为换流器个数；Vdk，Idk分别为直流电压及直流电流，节点不连接直流线路时Vdk，Idk均为零；为换流器功率因数角；θk为换流器控制角；2)直流系统换流器基本方程：Δd1k＝Vdk-kTkVN+kcosθdk+XckIdk＝0(7)3)直流网络方程：式中：gdkj为直流网络导纳。4)换流器控制方程：换流器控制需确定，每个换流器需确定两个控制变量，对应下式4个方程中的两个方程组成的方程组：式(6)和(10)可用F(x,y,Pw,λ)＝0表示，其中表示交直流系统状态变量，y＝(C1ds,C2ds,α，β)T表示系统控制变量，α＝[α1,α2,...,αNG,]T为发电机出力增长方向，β＝[β1,β2,...,βNL,]T为负荷增长方向，C1ds，C2ds为各换流器对应的控制变量设定值：Idks，Vdks，kTks，cosθdks，中对应控制方式的两个设定值，进行潮流计算时，需首先给定y参数和λ的值，PW为风电场发出的有功功率。3、形成随机连续潮流实现方法。1)预测环节首先设定好y参数的值和λ的初值λ0，预测环节主要求解下面公式，通过下面方程可求出预测点处的增长向量：式中为第k个元素为1，其余元素为零的行矢量；为交直流系统雅克比矩阵；切向量求出后，下一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑风电随机性的交直流电力系统连续潮流方法，其特征在于：(1)建立含风电场交直流模型；(2)建立含风电场交直流系统含参潮流方程组；(3)形成随机连续潮流实现方法；(4)验证算法的有效性；(5)分析控制变量对崩溃点负荷裕度期望影响。

【技术特征摘要】
1.一种考虑风电随机性的交直流电力系统连续潮流方法，其特征在于：(1)建立含风电场交直流模型；(2)建立含风电场交直流系统含参潮流方程组；(3)形成随机连续潮流实现方法；(4)验证算法的有效性；(5)分析控制变量对崩溃点负荷裕度期望影响。2.根据权利要求1所述的一种考虑风电随机性的交直流电力系统连续潮流方法，其特征在于，所述步骤1)中建立含风电场交直流模型，分别建立风速模型和风电机组功率分布模型，运用Weibulll分布近似模拟某地区的风速，风电机组在风电场获取的机械能与风速的立方成正比，建立单台风电机发出的有功功率和风速的模型，其包括当风速小于切入风速或大于切出风速时，当风速大于额定风速且小于切出风速时，当风速大于切入风速且小于额定风速时等三种概率分布模型。3.根据权利要求1所述的一种考虑风电随机性的交直流电力系统连续潮流方法，其特征在于，所述步骤2)中建立含风电场交直流系统含参潮流方程组，求解电力系统连续潮流(CPF)实质是求解一系列含参潮流方程组，获得电压崩溃点的参数，从而得到系统负荷裕度以及判断系统静态电压稳定性，方程组可用F(x,y,Pw,λ)＝0表示，进行潮流计算时，需首先给定y参数和λ的值。4.根据权利要求1所述的一种考虑风电随机性的交直流电力系统连续潮流方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：马瑞，杨文灿，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43