计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法技术方案

技术编号:18050781 阅读:40 留言:0更新日期:2018-05-26 08:31
本发明专利技术公开了计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法,所述方法包括:a、基于Nataf变换建立风速相关性模型,基于风速相关性模型生成具有不同相关特性的风速样本;b、基于步骤a获得的不同相关特性风速数据,通过排序集抽样法抽取风速样本,并综合考虑线路故障的预想事故集,将风电场出力参数、负荷参数和电网运行方式输入到电力系统潮流计算中;c、基于步骤b得到的电力系统潮流计算结果确定线路潮流越限概率,结合线路故障概率,利用全概率方法对电力系统的潜在风险进行评估;解决了现有的不足,具有计算精度高、成本低、计算速度快,满足电力系统安全风险评估实时性要求的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法
本专利技术涉及电力系统安全风险评估领域,具体地,涉及一种计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法。
技术介绍
目前,我国风电资源多集中在“三北”地区,且采用大规模集中开发的模式,在四川省风电资源集中于安宁河谷地带。在风电基地内临近风电场地理位置近,处于同一风带上,风速具有非常明显的相关性。较强的风速相关性将引起风电基地内所有风电场有功功率输出值同增同减特性明显,从而导致风电场并网点电压波动大、电力系统潮流大范围转移以及潮流反送的现象,危及电力系统安全。传统的电力系统安全风险评估算法,计及所有线路故障以及元件故障,进行N-1潮流计算。然而在实际大规模风电并网系统中,风速相关性引起风电基地内风电场间出力同增同减特性明显,同时伴随着负荷的实时波动,因此传统的解析法无法真实的反映电网的实际运行情况,不能发现电力系统潜在的运行风险。在实现本专利技术的过程中,发现现有静态安全风险评估存在投入成本高、计算准确性差、与实际运行偏差大等缺点。
技术实现思路
本专利技术提供了一种计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法,解决了现有的不足,具有计算精度高、成本低、计算速度快,满足电力系统安全风险评估实时性要求的技术效果。为实现上述专利技术目的,本申请提供了计入风速相关特性的大规模风电并网电力系统安全风险评估算法,包括:a、利益Nataf变换建立风速相关性模型,生成具有不同相关特性的风速样本;b、基于步骤a获得的不同相关特性风速数据,通过排序集抽样法抽取风速样本,并综合考虑线路故障的预想事故集,将风电场出力参数、负荷参数和电网运行方式输入到电力系统潮流计算中;c、对步骤b得到的电力系统潮流计算结果确定线路潮流越限概率,并结合线路故障概率,利用全概率理论发现电力系统的潜在风险。进一步的,所述步骤a,具体包括:a1、根据各风电场历史风速数据,利用Matlab中的mean、std函数求解得到临近风电场风速的期望和标准差,利用Matlab中的wblfit函数求解临近风电场风速的形状参数和尺度参数;a2、根据normpdf函数得到具有独立的标准正态分布变量样本X;a3、根据a1中得到的风电场风速的期望和标准差,利用具有Weibull分布特性的风速概率模型通过经验公式(1),得到风速等效相关系数ρx;ρx=D(ρv)ρv(1)其中:D(ρv)的表达式为:式中,μi、σi为第i个风电场风速的期望和标准差;μj、σj为第j个风电场风速的期望和标准差,ρv为风速相关系数。a4、利用Cholesky分解将a3中获得的风速等效相关系数ρx,分解为下三角矩阵L0和下三角矩阵转置的乘积;a5、在公式(3)中,将a4中的下三角矩阵L0乘以独立的标准正态分布样本X,得到具有相关特性的正态分布样本Y;Y=L0·X(3)a6、将a5中得到的具有相关特性的正态分布样本Y,通过基于等概率原则的逆Weibull分布函数,得到具有相关特性的风电场风速样本空间Vij;进一步的,所述步骤b,具体包括:b1、由a5得到的具有相关特性的风电场风速样本Vij,利用排序集抽样法速样本进行抽样,并转化为具有相关特性的风电场有功功率、无功功率输出值;b2、由于含大规模风电的电力系统中元件众多并且结构复杂,存在大量的不确定因素,而这些不确定因素将会导致电力系统的运行状态、方式发生改变,从而引起潮流的大范围转移,使得电力系统的运行风险显著增加。根据电力系统的运行特性,对易发生断线故障的线路进行标记,并通过历史统计数据确定相应线路的断线概率,组成电力系统的预想事故集;b3、根据b2中预想事故集枚举大规模风电并网电力系统的运行状态和方式,将各风电场出力值、各火电机组出力值、负荷值以及实际省网拓扑结构参数图(或标准节点系统参数图),代入潮流计算中;进一步的,所述步骤b1,具体包括:1)将风电场风速样本Vij每列各参数固定作为个体,随机划分为k组,每组含有k列个体;然后将在每组组内按照从小到大的顺序对样本排列;在第1组中抽取第1列个体记为V1,第2组中抽取第2列个体记为V2,第3组中抽取第3列个体记为V3,直到第k组中抽取第k列个体记为Vk。2)将(1)中得到的风速样本,由于风机类型为感应异步发电机。通过风电场有功功率曲线公式(4)、风电场Q-V特性公式(5)得到具有相关性的风电场有功、无功功率值。其中,v为风机的实际风速,vin为风机的切入风速,vr为风机的额定风速,vout为风机的切出风速,PR为风机的额定功率,Pw为风机实际功率;V分别为风机的机端电压,xm为风机的激磁电抗,z1为风机的定子漏抗,z2为风机的转子漏抗。进一步的,所述步骤b2,具体包括:1)筛选出容易断线的线路,并做好标记;2)通过历史数据统计分析,得到线路的断线概率;3)通过线路的断线概率确定系统的运行方式。6.根据权利要求3所述的计入风速相关特性的大规模风电并网电力系统安全风险评估算法,其特征在于,所述步骤b3,具体包括:1)根据b2中的预想事故集,形成不同的系统运行方式。同时让各节点负荷值以正态分布随机波动,其中有功功率和无功无功以原有参数为期望值,标准差为期望值的10%,在Matlab中利用Normrnd函数生成与风速样本同维度的节点负荷参数样本。2)将样本空间中的风电场出力值、火电机组出力值和负荷值依次代入潮流方程中,利用实际省网拓扑结构参数(或标准节点系统参数),通过BPA软件进行潮流计算。进一步的,所述步骤c,具体包括:c1、利用蒙特卡洛潮流计算结果,统计含大规模风电的电力系统风电场各节点电压以及各支路有功传送功率;c2、基于蒙特卡洛潮流计算结果,利用全概率理论,得到线路故障停运下的随机潮流分布并得到电力系统安全风险评估排序表。进一步的,所述步骤c1,具体包括:第一步:1)通过预想事故集确定系统运行方式;2)K=1;第二步:1)给定计算步长;2)进行潮流计算,并将潮流计算的结果(所有线路传送的有功功率、节点电压等)中所有线路的有功功率值和所有节点的电压值储存起来;3)K=K+1;4)考察K值是否小于等于样本总数,如果是,则返回到⑵;如果否,程序进入下一步;第三步:1)利用mean函数、std函数分别求出线路有功功率和节点电压的期望值和标准差,给出线路有功置信区间[μ-3σ,u+3σ];2)通过数理统计找出临近风电场线路有功潮流反送概率,以及不同风速相关性下的线路有功越限概率;3)利用PDF函数(概率分布函数)、CDF(累积分布函数)将节点电压和线路有功功率分布情况进行展示,让调度人员及时发现潜在危险。进一步的,所述步骤c2,具体包括:1)基于电力系统预想事故集中确定的运行方式,结合相应线路的故障概率和c1中的线路有功越限概率,基于全概率理论,利用公式(6)得到概率潮流分布:式中:Ai为第i种电力系统结构和运行状态,p(Ai)为第i种系统结构与运行状态发生的概率,B为概率潮流信息(节点电压、支路有功功率),p(B|Ai)为在第i中系统结构与运行状态下的概率潮流越限概率,p(B)为基于预想事故集的电力系统安全风险值。2)针对上步得到的计及风速相关性和预想事故集的电力系统安全风险值,进而得到计入风速相关特性的大规模风电并网电力系统安全风险评估排序表。本文档来自技高网...
计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法

【技术保护点】
计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法,其特征在于,所述方法包括:a、基于Nataf变换建立风速相关性模型,基于风速相关性模型生成具有不同相关特性的风速样本;b、基于步骤a获得的不同相关特性风速数据,通过排序集抽样法抽取风速样本,并综合考虑线路故障的预想事故集,将风电场出力参数、负荷参数和电网运行方式输入到电力系统潮流计算中;c、基于步骤b得到的电力系统潮流计算结果确定线路潮流越限概率,结合线路故障概率,利用全概率方法对电力系统的潜在风险进行评估。

【技术特征摘要】
1.计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法,其特征在于,所述方法包括:a、基于Nataf变换建立风速相关性模型,基于风速相关性模型生成具有不同相关特性的风速样本;b、基于步骤a获得的不同相关特性风速数据,通过排序集抽样法抽取风速样本,并综合考虑线路故障的预想事故集,将风电场出力参数、负荷参数和电网运行方式输入到电力系统潮流计算中;c、基于步骤b得到的电力系统潮流计算结果确定线路潮流越限概率,结合线路故障概率,利用全概率方法对电力系统的潜在风险进行评估。2.根据权利要求1所述的计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法,其特征在于,所述步骤a,具体包括:a1:基于各风电场历史风速数据,求解得到临近风电场风速的期望和标准差,求解得到临近风电场风速的形状参数和尺度参数;a2:获得具有独立的标准正态分布变量样本X;a3:根据a1中得到的风电场风速的期望和标准差,利用具有Weibull分布特性的风速概率模型通过经验公式(1),得到风速等效相关系数ρx;ρx=D(ρv)ρv(1)其中:D(ρv)的表达式为:式中,μi、σi为第i个风电场风速的期望和标准差;μj、σj为第j个风电场风速的期望和标准差,ρv为风速相关系数;a4:将a3中获得的风速等效相关系数ρx,分解为下三角矩阵L0和下三角矩阵转置的乘积;a5:在公式(3)中,将a4中的下三角矩阵L0乘以独立的标准正态分布样本X,得到具有相关特性的正态分布样本Y;Y=L0·X(3)a6:将a5中得到的具有相关特性的正态分布样本Y,通过基于等概率原则的逆Weibull分布函数,得到具有相关特性的风电场风速样本空间Vij。3.根据权利要求2所述的计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法,其特征在于,所述步骤b,具体包括:b1:由a5得到的具有相关特性的风电场风速样本Vij,利用排序集抽样法速样本进行抽样,并转化为具有相关特性的风电场有功功率、无功功率输出值;b2:根据电力系统的运行特性,对易发生断线故障的线路进行标记,并通过历史统计数据确定相应线路的断线概率,组成电力系统的预想事故集;b3:根据b2中预想事故集枚举大规模风电并网电力系统的运行状态和方式,将各风电场出力值、各火电机组出力值、负荷值以及实际省网拓扑结构参数图或标准节点系统参数图,代入潮流计算中。4.根据权利要求3所述的计入风速相关特性的风电并网电力系统安全风险评估方法,其特征在于,所述步骤b1,具体包括:b11:将风电场风速样本Vij每列各参数固定作为个体,随机划分为k组,每组含有k列个体;然后将在每组组内按照从小到大的顺序对样本排列;在第1组中抽取第1列个体记为V1,第2组中抽取第2列个体记为V2,第3组中抽取第3列个体记为V3,直到第k组中抽取第k列个体记为Vk;b12...

【专利技术属性】
技术研发人员:张里王兰李红军赵斌廖小军邢大鹏王婷婷向往张健美刘兴海黄忠胜冯先正
申请(专利权)人:国网四川省电力公司技能培训中心四川电力职业技术学院国家电网公司
类型:发明
国别省市:四川,51

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