考虑源网荷不确定性的电力系统暂态稳定预防控制方法技术方案

本发明专利技术涉及考虑源网荷不确定性的电力系统暂态稳定预防控制方法。针对新能源功率波动带来的电力系统安全稳定问题，在计及以风电功率多点随机耦合注入为代表的源不确定性、节点负荷不确定性及概率故障切除时间为代表的网不确定性基础上，从预防控制角度提出了基于机会约束的考虑源网荷不确定性的电力系统概率暂态稳定预防控制模型，该模型同时计及了双馈风机的暂态稳定过程。为快速有效求解该模型，进一步提出了基于群搜索优化策略(Group Search Optimization，GSO)和2m+1点估计(Point Estimation，PE)的GSO‑PE综合优化方法，提高了新能源电力系统的概率暂态稳定水平。

Preventive Control Method for Power System Transient Stability Considering Uncertainty of Source Network Load

【技术实现步骤摘要】
考虑源网荷不确定性的电力系统暂态稳定预防控制方法
本专利技术涉及电力系统暂态稳定
，具体涉及考虑源网荷不确定性的电力系统暂态稳定预防控制方法。
技术介绍
由于自然因素限制，新能源发电一般具有间歇性和波动性，其大规模并网运行会为系统运行引入不确定因素，对系统的安全稳定带来挑战，如何有效分析新能源功率波动对电力系统安全稳定运行的影响及提出相应的预防控制措施有重要意义。已有相关文献通过建立不确定负荷需求或新能源发电的概率模型，并量化母线电压、线路潮流等相关输出量的均值和标准差，采用概率潮流或概率最优潮流进行了新能源电力系统概率静态安全分析。而关于新能源功率波动对电力系统概率暂态安全影响方面的研究相对较少，已有研究多数基于蒙特卡罗(MonteCarlo，MC)方法进行了电力系统概率暂态稳定(ProbabilisticTransientStability，PTS)分析。该法虽简单直观，但将其运用在PTS分析时耗时较长。另外，在概率暂态稳定分析基础上，对高风险运行状态，如何进一步有效提高含间歇性新能源电力系统概率暂态稳定水平的研究亦显不够。因此，本领域需要考虑设计一种概率暂态稳定预防控制(PreventiveControlwithProbabilisticTransientStability，PC-PTS)方法以提高系统概率暂态稳定水平。
技术实现思路
考虑到1)电力系统中常规机组具有深度变负荷能力，通过调整传统机组的出力可方便地改变系统初始运行点；2)电力系统中的初始运行点不同，系统概率暂态稳定水平将不同，因此协调优化常规机组运行状态可为考虑风电随机性的电力系统概率稳定预防控制提供有效手段。故本专利技术旨在提出一种计及双馈异步风力发电机(DoublyfedInductionGenerator，DFIG)动态过程和源网荷不确定性的PC-PTS预防控制模型，并给出其对应有效求解方法，以提高新能源波动下电力系统安全稳定水平。关于PC-PTS模型的建立，其目标函数、约束条件分别如下：其中，目标函数为整个系统的机组费用，以期望值表述为：其中为传统机组i的有功功率，其上下限约束为nG为机组数目，ai，bi，ci为第i台机组相应系数。静态潮流等式约束：式中，式中i＝1，2，…nb；nb为系统总节点数；PW和QW为风力机组的有功出力和无功出力；为节点有功负荷；和分别是传统机组无功功率和节点无功负荷；Vi和Vj分别是节点i和j的电压幅值；θij是节点i和j的电压相角差。静态安全不等式概率约束：P{Vimin≤Vi≤Vimax}＞βV(i＝1，2，…nb)式中，为传统机组i的无功功率，其上下限约束为Vi为节点电压幅值，上下限约束为Vimin≤Vi≤Vimax，是第i条线路的视在功率，其满足βQ、βV、βS代表静态安全的概率阈值；nG、nb、nl分别为机组数目、节点数目及线路索引。上述三个概率不等式约束分别保证机组无功功率、节点电压幅值和线路输送功率以一定的风险水平维持在正常工作范围内。暂态过程等式约束：vds＝-rsids+X′iqs+edvqs＝-rsiqs-X′ids+eqPw＝vdsids+vqsiqs-vdridr-vqriqrQw＝vqsids-vdsiqs上述等式的前两个为风机双质量块动态模型，后七个等式描述了忽略转子电流和直流电容动态过程的双馈风机模型。其中，ωt，ωr，ωb为风机转速、发电机转速及系统同步转速。θtw(rad)为扭转角，Ktw(p.u/rad)和Dtw为刚度系数及阻尼系数；Ht(s)为风机惯性常数；Pm为风能转化的机械能。ed和eq分别为内电势d和q分量；rs为定子电阻；s为转差率；ωs为定子磁场角速度；T0为时间常数，X和X′为电抗及暂态电抗；vds、vqs、ids、iqs为定子电压、电流在d、q轴的分量；Lm和Lr为互感和转子电感；Pw和Qw分别是双馈风机输出有功和无功功率；idr和iqr为转子电流在d、q轴的分量；Hg是风机惯性时间常数。概率暂态稳定约束：P{η＞0}≥βr式中，βr代表静态安全的概率阈值，η为稳定裕度值，其在稳定情况下的计算表达式为：式中，δr为稳定情况下系统最大回摆角，δu为持续故障法确定的不稳定平衡点，Pa(tr)为最大回摆角时刻的不平衡功率。非稳定情况下的计算表达式为：ME和ωE(tu)为扩展等面积法单机映射后的等值转动惯量及不平衡点处等值角速度。概率暂态稳定预防控制模型本质上是含有暂态稳定分析和机会约束的最优潮流模型，求解难点是如何有效地处理与随机变量相关的机会约束条件。本专利技术融合2m+1点估计法(PointEstimation，PE)、GramCharlie级数理论以及群搜索优化算法(GroupSearchOptimization，GSO)从而形成求解概率暂态稳定预防控制模型的GSO-PE综合法。概率暂态稳定预防控制方法的具体步骤为：(1)输入系统数据，采用基于Cholesky分解的2m+1点估计法生成PC-PTS模型中不确定变量的典型向量；设定群搜索优化算法参数，随机初始化粒子位置。(2)基于2m+1次暂态稳定分析结果，依据GramCharlie级数理论计算机组无功功率、节点电压幅值、传输功率和暂态稳定裕度值以及燃料成本的累积概率分布函数(CumulativeDistributionFunction，CDF)，然后由相应的CDF评估对应概率约束和期望燃料成本。(3)评估每个粒子的适应度。(4)记录所有粒子中的最佳适应度，同时判断是否达到最大迭代次数：若达到，则输出PC-PTS模型的最优解；否则，增加控制变量的迭代次数并更新GSO粒子位置，返回(2)。进一步的，关于2m+1点估计法为不确定向量生成2m+1个典型向量的步骤如下：(1)对不确定元素zl生成三个典型值：用三个位置zl，k(k＝1，2，3)替换不确定元素zl，而剩余的m-1个不确定元素固定为平均值μz1，μz2，…μz(l-1)，μz(l+1)，…μzm，从而生成三个典型向量(μz1，μz2，…μz(l-1)，zlk，μz(l+1)，…μzm)(k＝1，2，3)。(2)对不确定向量(z1，z2，…zl，…zm)中每个元素重复上一步骤，将共产生3m个典型向量(μz1，μz2，…μz(l-1)，zlk，μz(l+1)，…μzm)(k＝1，2，3；l＝1，2，…m)。其中位置参数zl，k计算如下：zl，k＝μzl+εl.k·σzlk＝1，2，3εl.k是标准位置，μzl和σzl是变量zl的均值和标准差。标准位置εl.k和权重ωl.k计算方法如下：λl，3和λl，4为变量zl的偏度和峰值。由于εl，3＝0使得zl，3＝μzl，因此m个典型向量均相同为(μz1，μz2，…μz(l-1)，zlk，μz(l+1)，…μzm)，进而典型向量总个数将从3m减少到2m+1。通过以上三个式子原始不确定向量(z1，z2，…zl，…zm)可被2m+1个确定向量等效，进而逐一进行常规潮流和暂态稳定分析，得到输出变量S(例如系统节点电压、线路潮流和暂态稳定裕度η等)。假设输出量S与典型向量(μz1，μz2，…μz(l-1)，Zlk，μz(l+1)，…μzm)之间的关系用函数F表示：Sl，k＝F(μz1，μz2，…μz(l-1)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.考虑源网荷不确定性的电力系统暂态稳定分析预防控制方法，其特征在于考虑风电功率多点随机耦合注入以及概率节点负荷和概率故障切除时间等不确定因素，并计及双馈风机的动态过程建立概率暂态稳定预防控制模型(Preventive Control with Probabilistic Transient Stability,PC‑PTS)，考虑到基于蒙特卡洛法的概率暂态稳定分析(Probabilistic Transient Stability,PTS)计算复杂且费时，求解含PTS过程的PC‑PTS模型将带来更大计算量而更加耗时，最终基于2m+1点估计(Point Estimation,PE)策略和改进群搜索方法(Group Search Optimization,GSO)，提出混合GSO‑PE优化方法以快速有效求解PC‑PTS模型。

【技术特征摘要】
1.考虑源网荷不确定性的电力系统暂态稳定分析预防控制方法，其特征在于考虑风电功率多点随机耦合注入以及概率节点负荷和概率故障切除时间等不确定因素，并计及双馈风机的动态过程建立概率暂态稳定预防控制模型(PreventiveControlwithProbabilisticTransientStability,PC-PTS)，考虑到基于蒙特卡洛法的概率暂态稳定分析(ProbabilisticTransientStability,PTS)计算复杂且费时，求解含PTS过程的PC-PTS模型将带来更大计算量而更加耗时，最终基于2m+1点估计(PointEstimation,PE)策略和改进群搜索方法(GroupSearchOptimization,GSO)，提出混合GSO-PE优化方法以快速有效求解PC-PTS模型。2.根据权利要求1所述的考虑源网荷不确定性的电力系统概率暂态稳定分析预防控制，其特征在于：该方法包括以下步骤：(1)输入系统数据，采用基于Cholesky分解的2m+1点估计(PE)法生成PC-PTS模型中不确定变量的典型向量；设定群搜索(GSO)优化算法参数，随机初始化GSO粒子位置；(2)基于2m+1次暂态稳定分析结果，依据GramCharlie级数理论计算机组无功功率、节点电压幅值、传输功率和暂态稳定裕度值以及燃料成本的累积概率分布函数(CumulativeDistributionFunction,CDF)，然后由相应的CDF评估对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏世威，宋靓云，张茜，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11