一种基于随机特征和级数计算的电网概率脆弱性评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于随机特征和级数计算的概率脆弱性分析方法，在发电机停运率、负荷和风电机组出力的随机波动基础上，基于概率来量化传统发电机有功出力、风电场有功出力和负荷的随机波动大小，更加全面且准确地凸显了含风电电力系统的各种随机扰动；同时融合随机特性来进行脆弱环节的评估，更接近系统实际运行特性，将节点和支路的脆弱性结合在一起，通过聚类方法呈现显著脆弱特征，能更准确的筛选出含风电电力系统潜在严重脆弱区域；此外通过随机特征和级数计算，构建节点和支路脆弱性评估指标，物理意义简单明确，通过聚类对脆弱性强弱程度进行分类，易于得到各个脆弱性相关联的节点和支路，提高了评估结果的准确性。

A probabilistic vulnerability assessment method for power grid based on random characteristics and series calculation

【技术实现步骤摘要】
一种基于随机特征和级数计算的电网概率脆弱性评估方法
本专利技术属于电网脆弱性评估
，更为具体地讲，涉及一种电力系统在风电出力扰动下的概率脆弱性评估技术即基于随机特征和级数计算的概率脆弱性分析方法。
技术介绍
近些年频繁的大范围停电事故，从侧面表明大电网复杂性在不断增加的同时，可靠性令人担忧，而单纯对某个事故或者某个器件进行安全分析，不足以找到事故发生的根本原因。在风电大规模接入电力系统的发展趋势下，电网运行环境的不断改变，电力系统将经受更复杂的随机性影响，电力系统状态复杂多变，加快建立与此新环境相适应的电网分析计算方法、电力系统脆弱性评估方法已显得日益紧迫。传统确定性的系统分析手段用于状态多变的系统时，难发现系统潜在脆弱点，因此，必须将传统的电力系统脆弱性评估方法向概率性脆弱性评估分析方向发展。评估电网状态脆弱性可以通过能量函数法、短路容量、势能裕度和灵敏度技术等方法，来对系统中的脆弱节点和脆弱支路进行辨识。目前电力系统脆弱性评估可分为两大类：状态脆弱性评估和结构脆弱性评估，且这两种评估方法是目前应用比较多的方法。其中，电网结构脆弱性可以从复杂网络理论中带权重的电气介数和线路模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于随机特征和级数计算的概率脆弱性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立发电机出力、负荷和风电场的出力概率模型以及输电网线性化潮流计算模型；(2)、构建随机扰动下含风电电力系统的随机潮流计算模型，并推导得到节点电压和支路有功、无功功率的概率分布模型；(3)、构建随机扰动下含风电电力系统节点概率脆弱性评估指标、基于有功和无功的支路概率脆弱性评估指标；(4)、根据各个节点和支路的概率脆弱性评估指标，结合聚类分析方法，根据支路脆弱程度进行分类，对电网中脆弱区域进行判别。

【技术特征摘要】
1.一种基于随机特征和级数计算的概率脆弱性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、建立发电机出力、负荷和风电场的出力概率模型以及输电网线性化潮流计算模型；(2)、构建随机扰动下含风电电力系统的随机潮流计算模型，并推导得到节点电压和支路有功、无功功率的概率分布模型；(3)、构建随机扰动下含风电电力系统节点概率脆弱性评估指标、基于有功和无功的支路概率脆弱性评估指标；(4)、根据各个节点和支路的概率脆弱性评估指标，结合聚类分析方法，根据支路脆弱程度进行分类，对电网中脆弱区域进行判别。2.根据权利要求1所述的概率脆弱性分析方法，其特征在于，所述建立发电机出力、负荷和风电场的出力概率模型以及输电网线性化潮流计算模型为：a1、考虑发电机组正常运行和故障强迫停运两个状态，建立传统发电机组的有功出力概率模型为：其中：PP为传统发电机组的可用率；CP为传统发电机组的额定容量；X为随机变量；xi为第i台发电机随机变量值；a2、电力系统负荷服从正态随机变量分布，建立其有功功率和无功功率概率模型为：其中：μp和δp为有功负荷的期望值和方差；μq和δq为无功负荷的期望值和方差；a3、建立风电场的有功出力和无功出力概率模型，其中，建立有功出力模型需要推导风速与风力发电机组有功出力之间的关系，分为三个步骤，具体为：步骤1、风电场风速符合威布分布，其风速概率模型为：式中，v为实际风速；k、c和v0为威布分布的3个参数，其中k表示形状参数，c表示尺度参数，v0表示位置参数；步骤2、由于风电机组有功出力与不同风速之间存在代数关系，根据风电机组有功出力随风速变化的特性，可归纳风电机组有功出力表达式为：式中，其中Pr为风电机组的额定有功出力；vw为实际风速；vr为额定风速；vin为切入风速；vout为切出风速；k1＝Pr/(vr-vin)；k2＝-k1vin；步骤3，考虑实际风速主要分布在切入风速和额定风速范围，且风电机组的有功出力与风速呈线性关系，可得风电机组有功功率概率分布模型为：其次，建立风电场的有功出力和无功出力概率模型。将风力发电机组处理为PQ节点，同时假定在风电接入的电力系统中的电容器自动投切，可使功率因数恒定不变，可得风电机组无功功率概率分布模型为：式中，为功率因数角，一般位于第四象限，所以为负值。a4、构建输电网线性化潮流计算模型，包括节点注入功率和支路功率的线性化模型；首先，给出节点的有功和无功功率计算表达式为：其次，给出支路的有功和无功功率计算表达式为式中，Ui和Uj分别为节点i和j的电压幅值；Pi和Qi分别为节点i的有功和无功功率注入量；Pij和Qij分别为线路ij中由节点i流向节点j的有功和无功功率；Gij和Bij分别为节点导纳阵中对应元素的实部和虚部。式1.6.1和1.6.2可以写成矩阵形式如下：根据式子1.6.3，在稳态运行情况下的电力系统运行状态，满足以下等式：式中：节点注入量w为随机变量；x为节点电压变量；f为功率方程；z为支路潮流随机变量；g为支路潮流方程。w0为稳态情况下节点有功、无功注入功率变量；x0为稳态情况下电压状态变量；y0为稳态情况的电气参数。当系统的注入功率发生扰动量Δw，或电网结构参数发生变化Δy，运行状态量也必然会相应变化，设变化量为Δx，可得方程：w0+Δw＝f(x0+Δx,y0+Δy)1.6.5将式1.6.5按泰勒级数展开，并忽略(Δx)2项及高次项，且因为f(x,y)是y的线性函数，所以f”yy(x0,y0)·(Δy)2＝0，可推导得：w0+Δw＝f(x0,y0)+fx'(x0,y0)·Δx+fy'(x0,y0)·Δy+fxy”(x0,y0)·Δx·Δy1.6.6将式1.6.4代入式1.6.6得：Δw＝fx'(x0,y0)·Δx+fy'(x0,y0)·Δy+fxy”(x0,y0)·Δx·Δy1.6.7忽略电网结构参数的变化，则Δy＝0，由式1.6.7可以求出状态变量与节点功率扰动和网络结构变化的线性关系式为：Δx＝[fx'(x0,y0)]-1·Δw1.6.8式中：fx'(x0,y0)＝J0，J0为潮流计算迭代结束时的雅克比矩阵。同理，对式1.6.3的第二个式子在基准运行点处利用泰勒级数展开并忽略2次以上的高次项，可得到：Δz＝G0J0-1Δw＝T0Δw1.6.9式中，最终推导出的输电网线性化潮流计算模型表达为：3.根据权利要求1所述的概率脆弱性分析方法，其特征在于，所述构建随机扰动下含风电电力系统的随机潮流计算模型，并推导得到节点电压和支路有功、无功功率的概率分布模型为：b1、构建随机扰动下含风电电力系统的随机潮流计算模型根据半不变量与中心矩关系进行风电场并网随机扰动下的随机潮流计算，得到节点电压和支路有功功率和无功功率的概率分布，具体步骤如下：步骤1：根据发电机出力概率模型，计算发电机出力的各阶中心距：

【专利技术属性】
技术研发人员：刘群英，赵任光，陈明华，张涣，张家枢，张昌华，高旭光，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51