高比例风电并网的连锁故障风险评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了高比例风电并网的连锁故障风险评估方法及系统，包括：根据风电预测误差历史数据建立风电预测误差模型，得到风电出力分布；选取初始故障集；初始故障集的某一故障发生，开始事故链搜索：判断电力系统是否解列，若解列，进行孤岛平衡并停止当前事故链搜索；若电力系统未解列，则进行随机潮流计算，若潮流计算结果不收敛概率大于设定值，进行切负荷控制，根据以上生成的事故链集合，计算电力系统失负荷损失风险指标和线路重要度指标。本发明专利技术提供的技术方案在事故链演化过程中充分考虑风电不确定带来的影响，对系统的风险评估更为全面，适用于高比例风电并网的背景。

Risk Assessment Method and System for Connecting High Proportion Wind Power to Grid

The invention discloses a method and system for risk assessment of interlocking faults in high proportion wind power grid connection, including: establishing a wind power prediction error model based on historical data of wind power prediction error to obtain wind power output distribution; selecting an initial fault set; starting a fault chain search when a fault occurs in the initial fault set; judging whether the power system is disjointed, if disjointed, balancing islands and stopping them. Current fault chain search; if the power system is not disjointed, stochastic power flow calculation is carried out. If the probability of non-convergence of the power flow calculation results is greater than the set value, load shedding control is carried out. According to the set of fault chains generated above, the risk index of power system load loss and the line importance index are calculated. The technical scheme provided by the invention fully considers the influence of wind power uncertainty in the process of accident chain evolution, and has a more comprehensive risk assessment of the system, which is suitable for the background of high proportion wind power grid-connected.

【技术实现步骤摘要】
高比例风电并网的连锁故障风险评估方法及系统
本专利技术涉及电气控制
，特别是涉及一种高比例风电并网的连锁故障风险评估方法及系统。
技术介绍
电力系统连锁故障是由初始扰动导致其他相关元件相继发生故障，并持续发展的过程，是近年来世界范围内多起大停电事故的主要诱因。虽然风电预测方法在不断改进，但是仍然存在20％～30％的预测误差。在高比例可再生能源并网的背景下，高风电渗透率使这种不确定性对系统电源侧的影响更为显著，增加了系统风险。因此深入研究风电并网的系统连锁故障风险对于提高含大规模风电系统预防控制能力，维护系统安全稳定具有重要意义。目前关于连锁故障理论和模型的研究方法国内外大体分为三类：以OPA模型、马尔科夫链模型为代表的从电力系统分析的角度进行研究的复杂系统理论；以小世界理论、无标度网络理论为代表的基于网络拓扑结构分析的复杂网络理论；以事故链为代表的模式搜索法。上述研究方法存在的问题是：复杂系统理论描述了连锁故障的物理过程，揭示了电网的自组织临界特征；复杂网络理论常用于分析系统脆弱性，但是无法完全反映电网的实际动态特性；事故链模型结合实际物理过程，对连锁故障进行模拟，既能对连锁故障进行定量分析，又能有效控制计算量。当前关于风电并网的连锁故障模型生成连锁故障路径时均将风电实际出力当作确定量处理，但在大规模风电并网背景下，风电不确定性对系统稳定性影响的程度随渗透率的提高而增大，风电预测误差的影响无法忽略，在这种风电处理方式下进行连锁故障评估不能全面反映系统风险。
技术实现思路
本专利技术的目的是在高比例风电并网背景下，提供高比例风电并网的连锁故障风险评估方法，对电力系统的风险评估更为全面。高比例风电并网的连锁故障风险评估方法，包括：根据风电预测误差历史数据建立风电预测误差模型，得到风电出力分布；综合线路故障率、负载率、支路传输功率在系统负载中所占比重、线路停运导致的系统功率波动率选取初始故障集，表现为线路停运序列；初始故障集的某一故障发生，开始搜索：判断电力系统是否解列，若解列，进行孤岛平衡并停止当前事故链搜索，若电力系统未解列，则根据风电出力分布进行随机潮流计算，若潮流计算结果不收敛概率大于设定值，进行切负荷控制，停止当前事故链搜索，搜索完所有初始故障并生成事故链集合；根据以上生成的事故链集合，计算所对应的每个事故链的电力系统失负荷损失风险指标和线路重要度指标，所述指标用于评估电力系统连锁故障风险。进一步优选的技术方案，建立风电预测误差模型时所基于的风电预测误差历史数据，在进行数据处理时，首先对历史数据分时段，再用非参数的核密度估计法分段拟合各风电场的预测误差概率分布，风电预测误差分布加上风电点预测值得到风电出力分布。进一步优选的技术方案，对于线路故障率，采用历史统计的平均故障率，与线路长度、电压等级相关；负载率，为某一线路的视在功率模值与该线路的最大视在功率模值的比值；支路传输功率在系统负载中所占比重，为某一线路的视在功率模值与电力系统总负荷的比值；线路停运导致的系统功率波动率，其中，ΔFj为线路k开断引起的线路j视在功率的波动；Fj,0为线路j的初始潮流；Ω为除线路k的集合。进一步优选的技术方案，对线路故障率、负载率、支路传输功率在系统负载中所占比重、线路停运导致的系统功率波动率进行综合处理时，需要进行归一化处理，针对不同的指标分配不同的权重，获得线路的初始故障综合风险指标。进一步优选的技术方案，对随机潮流结果分布中的各离散点计算线路的初始故障综合风险指标，所得线路综合风险指标为概率分布，采用风险价值VaR分析各线路的初始故障综合指标分布情况，计算各线路初始故障综合风险指标的风险价值VaR，选取VaR值大的作为初始故障。进一步优选的技术方案，连锁故障演化时，若潮流计算结果不收敛概率不大于设定值，判断当前是否有线路严重过载，若有，切除所有严重过载线路，否则切除随机故障线路。进一步优选的技术方案，关于线路的随机故障，用随机故障风险指标来评估，所述随机故障风险指标的计算包括线路随机故障概率计算及线路随机故障后果计算；其中，线路随机故障概率考虑线路重载和保护隐形故障2种影响因素；关于线路重载：计算线路实时停运率模型中事故链中第j级第k条线路因重载故障的概率；关于保护隐形故障：计算保护隐性故障模型中事故链中第j级第k条线路保护误动概率。进一步优选的技术方案，线路随机故障后果包括3种：系统解列；负荷孤立；线路切除后功率转移引起其他线路过载；线路随机故障后果计算时，若第j级故障线路k切除导致系统解列，需对每个孤岛进行功率平衡，产生切负荷量；当线路切除使负荷被孤立时，产生失负荷量；计算当第j级线路k发生故障，系统的线路总过负荷量；根据切负荷量、失负荷量及系统的线路总过负荷量定义第j级第k条线路故障的后果严重度，并计算第k条线路在第j级发生随机故障的风险指标。进一步优选的技术方案，对随机潮流结果分布中的各离散点计算上述随机故障的风险指标，即可得到随机故障风险指标概率密度分布，计算置信度下各线路随机故障风险指标的VaR的值，选取VaR值大的作为下一级故障线路。进一步优选的技术方案，针对电力系统失负荷损失风险指标，定义第i条连锁故障事故链的失负荷损失风险为每条事故链发生的概率与每条事故链的失负荷损失后果之积；事故链失负荷损失风险包括：失负荷损失概率，即每条事故链发生的概率；失负荷损失后果。进一步优选的技术方案，失负荷损失后果的计算包括：定义系统切负荷控制失负荷量及孤岛平衡失负荷量；用模糊C均值聚类法对风电预测误差样本聚类，各聚类中心作为风电预测误差的场景，确定模糊C均值聚类法的目标函数；切负荷控制采用基于直流潮流的最优潮流模型，优化的目标为经济性指标，是使切负荷的经济损失和发电机发电成本总和最小，为实现风电优先上网，设定风电出力成本为0，并作出具体的模型。进一步优选的技术方案，失负荷损失概率定义为：PCi＝p1p2…pk式中：p1为初始故障概率；pi为前一故障发生的条件下该故障发生的概率，以下简称后续线路切除概率；k为搜索深度，i≥1；其中初始故障的概率p1即为各线路停运率的统计值，pi由线路故障概率即需要保护动作的概率，保护的动作和断路器的动作三者共同决定。进一步优选的技术方案，定义线路潮流严重越限和随机故障两种情况下后续线路切除概率。进一步优选的技术方案，基于失负荷损失风险指标，线路重要度指标定义为：式中：ΩL为路径中含有线路lk的事故链集合；为线路lk在事故链i中的位置序号，PCi为每条事故链发生的概率，SCi为每条事故链的失负荷损失后果。本专利技术的第二目的是提供高比例风电并网的连锁故障风险评估系统。为了实现上述目的，本专利技术采用如下一种技术方案：高比例风电并网的连锁故障风险评估系统，包括：风电出力分布计算单元，根据风电预测误差历史数据建立风电预测误差模型，得到风电出力分布；事故链集合生成单元，综合线路故障率、负载率、支路传输功率在系统负载中所占比重、线路停运导致的系统功率波动率选取初始故障集，表现为线路停运序列；初始故障集的某一故障发生，开始搜索：判断电力系统是否解列，若解列，进行孤岛平衡并停止当前事故链搜索，若电力系统未解列，则根据风电出力分布进行随机潮流计算，若潮流计算结果不收敛概率大于设定值，进行切负荷控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高比例风电并网的连锁故障风险评估方法，其特征是，包括：根据风电预测误差历史数据建立风电预测误差模型，得到风电出力分布；综合线路故障率、负载率、支路传输功率在系统负载中所占比重、线路停运导致的系统功率波动率选取初始故障集，表现为线路停运序列；初始故障集的某一故障发生，开始搜索：判断电力系统是否解列，若解列，进行孤岛平衡并停止当前事故链搜索，若电力系统未解列，则根据风电出力分布进行随机潮流计算，若潮流计算结果不收敛概率大于设定值，进行切负荷控制，停止当前事故链搜索，搜索完所有初始故障并生成事故链集合；根据以上生成的事故链集合，计算所对应的每个事故链的电力系统失负荷损失风险指标和线路重要度指标，所述指标用于评估电力系统连锁故障风险。

【技术特征摘要】
1.高比例风电并网的连锁故障风险评估方法，其特征是，包括：根据风电预测误差历史数据建立风电预测误差模型，得到风电出力分布；综合线路故障率、负载率、支路传输功率在系统负载中所占比重、线路停运导致的系统功率波动率选取初始故障集，表现为线路停运序列；初始故障集的某一故障发生，开始搜索：判断电力系统是否解列，若解列，进行孤岛平衡并停止当前事故链搜索，若电力系统未解列，则根据风电出力分布进行随机潮流计算，若潮流计算结果不收敛概率大于设定值，进行切负荷控制，停止当前事故链搜索，搜索完所有初始故障并生成事故链集合；根据以上生成的事故链集合，计算所对应的每个事故链的电力系统失负荷损失风险指标和线路重要度指标，所述指标用于评估电力系统连锁故障风险。2.如权利要求1所述的高比例风电并网的连锁故障风险评估方法，其特征是，对于线路故障率，采用历史统计的平均故障率，与线路长度、电压等级相关；负载率，为某一线路的视在功率模值与该线路的最大视在功率模值的比值；支路传输功率在系统负载中所占比重，为某一线路的视在功率模值与电力系统总负荷的比值；线路停运导致的系统功率波动率，其中，ΔFj为线路k开断引起的线路j视在功率的波动；Fj,0为线路j的初始潮流；Ω为除线路k的集合。3.如权利要求1所述的高比例风电并网的连锁故障风险评估方法，其特征是，对线路故障率、负载率、支路传输功率在系统负载中所占比重、线路停运导致的系统功率波动率进行综合处理时，需要进行归一化处理，针对不同的指标分配不同的权重，获得线路的初始故障综合风险指标。4.如权利要求3所述的高比例风电并网的连锁故障风险评估方法，其特征是，对随机潮流结果分布中的各离散点计算线路的初始故障综合风险指标，所得线路综合风险指标为概率分布，采用风险价值VaR分析各线路的初始故障综合指标分布情况，计算各线路初始故障综合风险指标的风险价值VaR，选取VaR值大的作为初始故障。5.如权利要求1所述的高比例风电并网的连锁故障风险评估方法，其特征是，连锁故障演化时，若潮流计算结果不收敛概率不大于设定值，判断当前是否有线路严重过载，若有，切除所有严重过载线路，否则切除随机故障线路；进一步优选的技术方案，关于线路的随机故障，用随机故障风险指标来评估，所述随机故障风险指标的计算包括线路随机故障概率计算及线路随机故障后果计算；其中，线路随机故障概率考虑线路重载和保护隐形故障2种影响因素；关于线路重载：计算线路实时停运率模型中事故链中第j级第k条线路因重载故障的概率；关于保护隐形故障：计算保护隐性故障模型中事故链中第j级第k条线路保护误动概率。进一步优选的技术方案，线路随机故障后果包括3种：系统解列；负荷孤立；线路切除后功率转移引起其他线路过载；线路随机故障后果计算时，若第j级故障线路k切除导致系统解列，需对每个孤岛进行功率平衡，产生切负荷量；当线路切除使负荷被孤立时，产生失负荷量；计算当第j级线路k发生故障，系统的线路总过负荷量；根据切负荷量、失负荷量及系统的线路总过负荷量定义第j级第k条线路故障的后果严重度，并计算第k条线路在第j级发生随机故障的风险指标。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪涛，徐迪，唐亮，孙辰军，王卓然，
申请(专利权)人：山东大学，国网河北省电力有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37