含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法，在黑启动方案的制定过程中优先使核电机组并网，降低了核电机组发生事故的可能性，保障了人民群众的生命和财产安全。通过节点阻抗矩阵计算节点间的电气距离，以此为基础采用k‑means聚类方法进行黑启动自动分区，更具客观性。通过CvaR理论计算抽水蓄能电站的黑启动效益，避免了直接取期望导致的效益低估，且CVaR的凸性使得基于CVaR的投资组合优化更易于实施，为计算抽水蓄能电站的综合效益奠定了基础。

Calculation method of black start benefit in power system containing nuclear power and pumped storage power station

The invention discloses a method for calculating black-start benefit of power system containing nuclear power and pumped storage power stations. Priority is given to connecting nuclear power units into the grid during the formulation of black-start scheme, thereby reducing the possibility of accidents of nuclear power units and ensuring the safety of people's lives and property. The electric distance between nodes is calculated by node impedance matrix, and then the k_means clustering method is used to partition the black-start automatically, which is more objective. The black-start benefit of pumped-storage power station is calculated by CvaR theory, which avoids underestimation of benefit caused by direct expectation. The convexity of CVaR makes portfolio optimization based on CVaR easier to implement and lays a foundation for calculating the comprehensive benefit of pumped-storage power station.

【技术实现步骤摘要】
含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法
本专利技术属于电力系统运行领域，涉及一种含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法。
技术介绍
20世纪60年代至今，世界各地发生多起大规模停电事件，给社会生产和人民生活带来了巨大损失。如果电网发生大规模停电事故时，没有黑启动方案和措施，短期内不能快速恢复供电，国民经济遭受的损失将进一步扩大。在当代，电能在能源消费总量中的比重不断上升，人们对电能的依赖程度也不断提高，对于电力供应的可靠性提出了更加严格的要求，对停电的可接受性也越来越低。从根本上讲，大规模停电的发生是不可避免的。因此，系统故障导致大规模停电后，如何使电网进行黑启动自救，使整个电力系统能够迅速恢复正常运行是至关重要的。黑启动是指整个电网因故障停运之后，在不依靠其他网络帮助的情况下，利用系统中具备自启动能力的机组启动，然后对没有自启动能力的机组进行充电，使系统输电范围逐渐扩大，最终恢复整个系统的过程。大规模停电事故发生后，在黑启动计划的指导下，调度员可以快速恢复系统运行，从而最大限度地减少停电造成的国民经济损失。黑启动中最关键的一环是挑选合适的黑启动电源。水电机组厂用电率低，启动速度快，是黑启动电源的首选。而其中的抽水蓄能电站具有工况转换灵活的特点，用作黑启动电源更为方便。与其它水电厂相比，抽水蓄能电站更接近负荷中心，可以避免远距离大功率传输造成的一系列问题。此外，抽水蓄能电站上下水库库容相对稳定，没有丰水期和枯水期，不受天然来水和季节影响。抽水蓄能电站上游水库会预留不动水作为事故备用，以确保在电网发生故障时以最快的速度发电，实现厂用电自救以及向电网供电，尽快恢复电网运行。当发生大规模电网全停事故后，核电机组进入自动停机程序，厂内发电功能均告停止，只能依靠备用柴油发电机驱动电子系统与冷却系统。当备用柴油发电机故障或耗尽储备柴油后，冷却系统停止运作，反应堆开始过热，将发生堆芯熔毁事故。因此在发生大规模停电事故后，及时恢复核电厂的供电是至关重要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有黑启动方案制定往往以优先恢复供电为目标，未能考虑核电机组的特殊性优先考虑核电、黑启动分区过于主观未能充分利用网架结构信息以及概率期望值不能体现小概率高风险事件效益价值的问题，同时针对现有方法的不足，提出了一种含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：步骤I：根据设定的黑启动分区数目m，将接有黑启动电源(抽水蓄能电站、水电站和其他黑启动电源)的节点和接有核电机组的节点划分为m个核心节点集。再通过节点阻抗矩阵来衡量其他节点到核电节点间的电气距离，由k-means聚类方法自动得到黑启动分区。步骤II：通过dijkstra算法寻找黑启动电源节点通向核电机组节点的最短路径，优先使核电并网。步骤III：核电机组并网后，以在给定时间内启动剩余机组容量最大为目标，计及潮流约束和路径操作时间约束，制定剩余机组启动并网方案。步骤IV：计算由于抽水蓄能电站充当黑启动电源增加的负荷恢复电量。步骤V：基于CVaR理论，评价抽水蓄能电站的黑启动效益。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术在黑启动方案的制定过程中优先使核电机组并网，降低了核电机组发生事故的可能性，保障了人民群众的生命和财产安全。通过节点阻抗矩阵计算节点间的电气距离，以此为基础采用k-means聚类方法进行黑启动自动分区，更具客观性。通过CvaR理论计算抽水蓄能电站的黑启动效益，避免了直接取期望导致的效益低估，且CVaR的凸性使得基于CVaR的投资组合优化更易于实施，为计算抽水蓄能电站的综合效益奠定了基础。附图说明图1为本专利技术CVaR定义图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：参见图1，本专利技术含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法，包括以下步骤：1)基于K-means聚类方法的黑启动分区方案生成机制首先，设N为系统中所有节点的集合，第i个节点用ni表示，节点总数为n。NPSH、NH、NQ、NN分别为含抽水蓄能电站、大型水电厂、其他黑启动电源和核电厂的节点集合。由于核电的特殊性，在黑启动中需要优先使核电并网。设系统中含各类黑启动电源和核电的节点集合为NF,NF＝NPSH∪NH∪NN∪NQ，输入要划分的黑启动分区数m，根据黑启动电源核电机组位置，将集合NF划分为m个分区核心节点集则有每一个分区至少有一个黑启动电源即设有m个分区，其节点集合分别为：之后，根据系统的网架参数(电阻、电抗、电容等)，生成系统的节点导纳矩阵Yn×n，计算出系统的节点阻抗矩阵其中：阻抗阵中的对角元素zii为节点i的自阻抗，非对角元素zij称为节点i和节点j之间的互阻抗。互阻抗越大，代表两个节点之间的电气距离越远，通过互阻抗来衡量两者之间的电气距离。本专利技术选取度量其中uij表示节点和分区隶属关系，若则uij＝1，否则uij＝0。通过求解上述优化问题，可以得到uij的值，从而得到黑启动分区结果：2)通过Dijkstra算法寻找黑启动电源节点通向核电节点的最短路径。根据各类型黑启动机组的黑启动性能计算出有抽水蓄能电站和无抽水蓄能电站时各个黑启动机组的黑启动时刻和由于每个分区的核心节点集可能包括多个黑启动电源和多个核电机组，寻找从黑启动电源通往核电机组的最短路径属于多源多汇最短路径问题，本专利技术通过先将其转化为单源单汇最短路径问题，再通过Dijkstra算法进行求解。设分区j中，有个黑启动电源节点，个核电机组节点，可以组成个黑启动电源和核电机组对Dijkstra算法通常也称为标号法，假设每个网络节点ni都有一对标号其中，li是从起始黑启动节点ns到节点ni的最短路径的长度，通常也称为节点ni的标号值；是从起始黑启动节点ns到节点ni的最短路径中节点的前一节点，又称之为先前节点。求解从起始黑启动节点ns到核电节点ne的最短路径的Dijkstra算法的基本过程如下所述：第1步：初始化。起始黑启动节点设置为ls＝0，为空；所有其他节点lj＝∞，为空；标记起始黑启动节点ns，记Nk＝{ns}，Nk为系统中已标记节点的集合，除起始节点ns外其他所有节点设为未标记的。第2步：检验未标记节点。检验从所有已标记的节点nk(nk∈Nk)到其他直接连接的未标记的节点nj的总电气距离，并设置lj＝min[lj,lk+dkj]，其中，dkj是从节点nk到节点nj的电气距离，即第3步：选择新标记节点。从所有未标记的节点中，选取lj其中最小的一个记为li，即li＝min(lj,所有未标记的点j)。节点ni就被选为最短路径中的一点，并设为已标记的节点Nk＝Nk∪{ni}。第4步：确定先前节点。从已标记节点中找到直接连接到节点ni的节点作为其先前节点，设置第5步：检查标记节点ni。检查节点ni是否为终节点ne，若是则转第6步；否则，记nk＝ni，转第2步。第6步：确定最短路径长度和最短路径。最短路径的长度为终节点ne的标号值le；根据终节点ne的先前节点逆向追踪可得到黑启动节点ns到核电节点ne的最短路径。根据Dijkstra算法得到的最短路径计算核电机组的并网时刻：其中：为第i台核电机组的并网所需要的从已带电区域到核电机组所在节点路径的操作时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据设定的黑启动分区数目m，将接有黑启动电源的节点和接有核电机组的节点划分为m个核心节点集；再通过节点阻抗矩阵来衡量其他节点到核电节点间的电气距离，由k‑means聚类方法自动得到黑启动分区；步骤2：通过dijkstra算法寻找黑启动电源节点通向核电机组节点的最短路径，优先使核电并网；步骤3：核电机组并网后，以在给定时间内启动剩余机组容量最大为目标，计及潮流约束和路径操作时间约束，制定剩余机组启动并网方案；步骤4：计算由于抽水蓄能电站充当黑启动电源增加的负荷恢复电量；步骤5：基于CVaR理论，评价抽水蓄能电站的黑启动效益。

【技术特征摘要】
1.含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据设定的黑启动分区数目m，将接有黑启动电源的节点和接有核电机组的节点划分为m个核心节点集；再通过节点阻抗矩阵来衡量其他节点到核电节点间的电气距离，由k-means聚类方法自动得到黑启动分区；步骤2：通过dijkstra算法寻找黑启动电源节点通向核电机组节点的最短路径，优先使核电并网；步骤3：核电机组并网后，以在给定时间内启动剩余机组容量最大为目标，计及潮流约束和路径操作时间约束，制定剩余机组启动并网方案；步骤4：计算由于抽水蓄能电站充当黑启动电源增加的负荷恢复电量；步骤5：基于CVaR理论，评价抽水蓄能电站的黑启动效益。2.根据权利要求1所述的含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法，其特征在于，步骤1中基于K-means聚类方法的黑启动分区的具体方法如下：首先，设N为系统中所有节点的集合，第i个节点用ni表示，节点总数为n；NPSH、NH、NQ、NN分别为含抽水蓄能电站、大型水电厂、其他黑启动电源和核电厂的节点集合；由于核电的特殊性，在黑启动中需要优先使核电并网；设系统中含各类黑启动电源和核电的节点集合为NF,NF＝NPSH∪NH∪NN∪NQ，输入要划分的黑启动分区数m，根据黑启动电源和核电机组所在节点的位置，将集合NF划分为m个分区核心节点集则有：每一个分区至少有一个黑启动电源即：设有m个分区，其节点集合分别为：之后，根据系统的网架参数，生成系统的节点导纳矩阵Yn×n，计算出系统的节点阻抗矩阵其中：阻抗阵中的对角元素zii为节点i的自阻抗，非对角元素zij称为节点i和节点j之间的互阻抗；互阻抗越大，代表两个节点之间的电气距离越远，通过互阻抗来衡量两者之间的电气距离；选取度量为：其中，uij表示节点和分区隶属关系，若则uij＝1，否则uij＝0；通过求解上述优化问题，得到uij的值，从而得到黑启动分区结果：3.根据权利要求1所述的含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法，其特征在于，步骤2通过Dijkstra算法寻找黑启动电源节点通向核电节点的最短路径的具体方法如下：根据各类型黑启动机组的黑启动性能计算出有抽水蓄能电站和无抽水蓄能电站时各个黑启动机组的黑启动时刻和设分区j中，有个黑启动电源节点，个核电机组节点，组成个黑启动电源和核电机组对(ns,ne),假设每个网络节点ni都有一对标号其中，li是从起始黑启动节点ns到节点ni的最短路径的长度，通常也称为点ni的标号值；是从起始黑启动节点ns到节点ni的最短路径中点的前一点，又称之为先前节点；根据Dijkstra算法得到的最短路径计算核电机组的并网时刻：其中：为第i台核电机组的并网所需要的从已带电区域到核电机组所在节点路径的操作时间，为第i台核电机组的路径中线路的总操作时间，第i台核电机组的路径中变压器的总操作时间，第i台核电机组的路径中母线的总操作时间，第i台核电机组的路径中可调度负荷的总操作时间，kN为系统中核电机组的数目。4.根据权利要求3所述的含核电和抽水蓄能电站的电力系统中黑启动效益计算方法，其特征在于，求解从起始黑启动节点ns到核电节点ne的最短路径的Dijkstra算法的具体方法如下：第1步：初始化；起始黑启动点设置为ls＝0，为空；所有其他点lj＝∞，为空；标记起始黑启动节点ns，记Nk＝{ns}，Nk为系统中已标记节点的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建学，李言，章燕喃，姚晨晨，龚英，计金华，周磊，元一平，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33