当前位置: 首页 > 专利查询>天津大学专利>正文

一种考虑风电相关性的概率暂态稳定性评估方法技术

技术编号:21145304 阅读:29 留言:0更新日期:2019-05-18 06:25
本发明专利技术于电力系统暂态稳定评估领域,针对考虑风电场不确定性和相关性的电力系统,提出了一种简单有效的概率暂态稳定评估方法;利用扩展的动态安全域方法,在给定的故障条件下,用节点注入向量的线性组合来表示暂态稳定据;并对三点估计方法和Cornish‑Fisher展开法加以改进,以处理不确定性和不同风电场之间的相关性;对改进的新英格兰系统进行了大量的仿真计算,结果表明,本发明专利技术方法计算效率明显高于基于蒙特卡罗的方法,而且精度很高。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风电相关性的概率暂态稳定性评估方法
本专利技术涉及电力系统暂态稳定评估领域,具体涉及考虑风电相关性情况下,概率暂态稳定性评估方法。
技术介绍
近年来,以风电为代表的可再生能源逐渐渗透到电力系统中。与传统发电机不同,风机出力与风速有关,受天气影响较大,导致风机节点注入功率具有不确定性和相关性。随着大规模风机并入电网,风电对电力系统暂态稳定性的影响更加显著。从电力系统运行和规划的角度来说,考虑风电不确定性和相关性的暂态稳定评估方法越来越重要。传统的暂态稳定性分析大多采用确定型方法,通常是在系统的元件参数、运行条件及干扰方式给定情况下,由时域仿真计算得出系统暂态稳定或失稳的结论。但该方法无法充分考虑包括风电注入不确定性在内的各种不确定因素,并且有可能会忽略个别极端情况,使得评估结果往往过于保守。针对这种情况,有学者从概率分析的角度研究暂态稳定性,提出了概率型暂态稳定性分析方法。该方法根据影响系统暂态稳定的随机变量的统计特征确定系统暂态稳定性的概率指标,可以充分考虑各种不确定性因素,使得其分析结果更加切合实际,为系统规划和运行人员提供更准确、更有意义的信息,从而更能满足电力企业的需求。因此,概率型方法作为确定型方法的补充在电力系统暂态稳定分析中已经得到越来越广泛的应用。目前概率型方法主要分为蒙特卡洛法和解析法。1.蒙特卡洛法:运用蒙特卡洛(Monte-Carlo,MC)仿真方法对不确定性变量大量抽样,针对每个采样点进行时域仿真并判断其暂态稳定,根据大数定律获取概率指标,即得到暂态稳定概率(TransientStabilityProbability,TSP)。该方法可以灵活设计及各种不确定性因素,对于复杂场景具有很高的适用性,但其评估精度与模拟次数密切相关,要想准确地评估暂态稳定性,往往需要很长的计算时间,因此该方法通常作为参考方法,用于检验其他方法的准确性。虽然其计算效率可以提高,但仍然不适用于大规模系统的在线应用。2.解析法:建立给定故障下系统暂态稳定概率型指标的解析式,进而求解暂态稳定概率。如:有文献考虑风电的不确定性,推导出暂态稳定裕度(TransientStabilityMargin,TSM)的表达式,继而利用卡尔曼滤波和无迹变换估计TSM的分布。另有文献将归一化暂态能量函数和二分法结合起来计算故障临界切除时间(CriticalClearingTime,CCT),然后通过建立故障概率指标与CCT之间的表达式,得到各给定故障的暂态失稳概率。但是这些文献并没有考虑风电输出的相关性,这会减弱系统暂态稳定概率结果的评估能力。为此,在评估系统暂态稳定性时,提出了代表性的采样策略,如点估计法和场景生成方法,以处理风电之间的相关性。由于各种变量的不确定性和风电出力的随机性,暂态稳定概率解析式的推导较为复杂。此外,通常采用耗时的MC仿真获得概率指标,这也使得该方法难以实现在线应用。近年来,安全域(SecurityRegion,SR)方法得到快速发展,具有超平面形式的实用动态安全域(PracticalDynamiSecurityRegion,PDSR)为解析法中量化关系的简化提供了有效途径。基于在工程关心的范围内,描述电力系统暂态稳定性的动态安全域的边界可以用若干个超平面表达式近似表示,可以建立暂态稳定概率指标的解析表达式,将暂态稳定概率表示为节点注入向量的线性组合,从而极大提高解析计算的速度。该方法对于接入双馈感应风机的电力系统也同样适用。目前已经在概率型暂态稳定性分析中得到初步应用,并显示出其快速性和准确性。如:有文献基于安全域提出了一个离散和连续相结合的暂态失稳概率模型,并采用以半不变量为基础的Gram-Charlier级数法计算截断正态分布随机变量的联合概率分布,算例表明该方法具有很高的计算效率。另有文献仅考虑风电的不确定性对含风电电力系统的暂态稳定概率进行研究,建立了基于动态安全域的暂态稳定概率解析式,并利用半不变量与Gram-Charlier、Cornish-Fisher等级数相结合的方法量化指标,从而实现暂态稳定概率的快速、准确求解。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足,本专利技术提供了基于有效的安全域方法建立考虑风电相关性的概率暂态稳定性的解析评估方法,既保证计算精度,又提高计算速度。本专利技术所采用的技术方案是:步骤一,建立各不确定性节点注入功率的概率分布模型;发电机和负荷为正态分布,风机出力为韦伯分布,分别得到其分布参数;步骤二,得到含风电电力系统的实用动态安全域边界;步骤三,基于含风电的实用动态安全域,得到暂态稳定概率的解析表达式;步骤四,在独立标准正态空间中,计算2n+1个估计点采样位置和权重,构建2n+1个采样向量和权重矩阵;步骤五,根据实际空间中输入变量的相关系数矩阵ρ,计算Nataf变换后的标准正态分布变量的线性相关系数矩阵ρ0;步骤六,利用cholesky分解计算ρ0的下三角矩阵B;步骤七,通过Nataf逆变换,将步骤4中标准正态空间中2n+1个采样向量转换到原始空间中;步骤八,依次将第j(j=1,2,…,2n+1)组原评价向量代入输出变量S的表达式中获得S各阶原点矩;步骤九,引入Cornish-Fisher级数展开得到S的累积分布函数,从而得到S小于0的概率,即为暂态稳定概率值TSP。所述步骤八中获得S各阶原点矩过程:步骤2.1,设立初始值j=0;步骤2.2,令j=j+1;步骤2.3,将原始空间中第j个采样向量代入如下S变量的表达式中;步骤2.4,判断j=2n+1,如果满足条件,则输出如下公式中S各阶原点矩;否则返回步骤2.2;有益效果与现有技术相比,本专利技术的有益效果是:在考虑风电相关性的情况下,高效评估电力系统概率暂态稳定性。附图说明图1是本专利技术的一种考虑风电相关性的概率暂态稳定性评估方法的流程图。图2是本专利技术的方法在相关系数为0时与蒙特卡洛方法求解结果的对比。图3是本专利技术的方法在相关系数为0.5时与蒙特卡洛方法求解结果的对比。图4是本专利技术的方法在相关系数为0.8时与蒙特卡洛方法求解结果的对比。具体实施方式下面结合实施例子和附图对本专利技术的一种考虑风电相关性的电力系统概率暂态稳定性评估方法做出详细说明。本专利技术的一种考虑风电相关性的概率暂态稳定性评估方法,其本质是求解基于安全域的暂态稳定概率的解析表达式,所以本专利技术针对该表达式,提出了改进三点估计法。如图1所示,本专利技术的一种考虑风电相关性的概率暂态稳定性评估方法,包括如下步骤:步骤一、建立节点注入功率的概率模型电力系统中,各个节点注入类型不同,从而造成各节点注入功率分布有所差别。本专利技术所研究系统为含双馈感应风机的电力系统,因此,节点注入类型有三种,包括传统发电机,负载以及双馈感应风机。其中,传统发电机和负载的有功出力为正态分布且相互独立,即其中,μ为均值,对于发电机,其为发电机额定功率,对于负荷,其来自于短期负荷预测,σi为标准偏差,为其均值的5%。风电场的出力取决于风速,根据大量实际测量到的数据可知,风速符合韦伯(Weibull)分布,其概率密度函数如(1)所示。f(v)=(k/c)·(v/c)k-1·exp[-(v/c)k](1)式中,k是Weibull分布的形状参数,c是Weibull分布的尺度参数。k,c由下式得到:k本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种考虑风电相关性的概率暂态稳定性评估方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一,建立各不确定性节点注入功率的概率分布模型;发电机和负荷为正态分布,风机出力为韦伯分布,分别得到其分布参数;步骤二,得到含风电电力系统的实用动态安全域边界;

【技术特征摘要】
1.一种考虑风电相关性的概率暂态稳定性评估方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤一,建立各不确定性节点注入功率的概率分布模型;发电机和负荷为正态分布,风机出力为韦伯分布,分别得到其分布参数;步骤二,得到含风电电力系统的实用动态安全域边界;步骤三,基于含风电的实用动态安全域,得到暂态稳定概率的解析表达式;步骤四,在独立标准正态空间中,计算2n+1个估计点采样位置和权重,构建2n+1个采样向量和权重矩阵;步骤五,根据实际空间中输入变量的相关系数矩阵ρ,计算Nataf变换后的标准正态分布变量的线性相关系数矩阵ρ0;步骤六,利用cholesky分解计算ρ0的下三角矩阵B;步骤七,通过Nataf逆变换,将步...

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

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1