一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法技术方案

本发明专利技术涉及电力系统安全与恢复控制技术领域，且公开了一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法，以机组不发生自励磁及空载充电线路的长度不致引起过电压为限制条件进行网架拓展，且可接带的负荷功率将受到频率变化最大限值的约束，同时，各时步的重构操作均应满足潮流平衡和节点电压、支路容量限值等安全约束，在火电机组启动时限约束内尽快为其厂用辅机供电，使其恢复发电能力。该考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法，通过引入生产可能性边界方法，首先对网架重构阶段的生产资源和技术条件进行描述，建立了火电机组和风电机组的生产模型，从而可以有效分配启动功率，并且提高有效利用率。并且提高有效利用率。并且提高有效利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法


[0001]本专利技术涉及电力系统安全与恢复控制
，具体为一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法。

技术介绍

[0002]在“碳达峰、碳中和”国家战略的指引下，为积极推动能源体系的清洁低碳转型和可持续发展，以新能源为主体的新型电力系统的建设步伐日趋加快。伴随新能源接入比例的不断提升，由其出力强波动性和电网侧随机扰动等不确定因素叠加出现的小概率极端事件严重威胁着电力系统的运行安全。
[0003]现有技术中，在网架重构阶段计及规模风电的研究相对薄弱，且当前研究重点在于分析规模风电的参与对于重构效果的辅助提升，使得重构阶段计及规模风电出力后，启动功率的合理分配不均和有效利用率低，因此引入生产可能性边界方法，对最优的时步重构方案进行决策。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法，通过引入生产可能性边界方法，首先对网架重构阶段的生产资源和技术条件进行描述，建立了火电机组和风电机组的生产模型，在风电建立初期，通过火电进行耦合逐步接入风电系统，直至将风电系统完全接入电力系统中，从而可以有效分配启动功率，并且提高有效利用率，其次采用规格化法平面约束法对时步的网架重构生产可能性边界曲线进行求解，进而通过变异系数法实现了对最优的时步重构方案的决策。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述合理分配启动功率以及提高有效利用率，本专利技术提供如下技术方案：一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法，包括以下步骤：
[0008]S1、确定生产资源和技术条件
[0009]以机组不发生自励磁及空载充电线路的长度不致引起过电压为限制条件进行网架拓展，且可接带的负荷功率将受到频率变化最大限值的约束，同时，各时步的重构操作均应满足潮流平衡和节点电压、支路容量限值的安全约束；
[0010]S2、建立火电机组模型
[0011]在火电机组启动时限约束内尽快为其厂用辅机供电，使其恢复发电能力；
[0012]S3、建立风电机组模型
[0013]采用KL散度确定风电场典型风速场景集，获得用于网架重构方案优化的期望风速和进行方案安全性校核的极端风速；
[0014]S4、网架重构方案优化
[0015]使用规格化法平面约束(NNC)法对时步的网架重构PPF进行求解，大停电后的网架
重构是一个多时步的连续过程，针对某一重构时步，基于PPF的网架重构方案优化，在有限的启动功率下最大化恢复火电机组出力和最大化恢复风电机组出力；
[0016]S5、确定网架重构方案
[0017]选择合适的指标确定最终恢复方案，通过恢复主要的发电机和重要的输电设施及负荷，建立起待恢复系统的骨架网络，选择恢复方案的火电恢复量、风电恢复量、重要负荷恢复量三个指标综合考虑选择恢复方案。
[0018]优选的，所述步骤S1中，发电机自励磁约束应满足公式(1)：
[0019][0020]其中:n
L
为恢复路径的线路总数；n
B
为已并网机组数量；Q
L,j,t
为第j条线路产生的无功；K
r
为机组r的短路比；S
N,r
为机组r的额定容量；
[0021]空载线路充电过电压约束应满足公式(2)：
[0022][0023]其中Q
rmax
为机组r能吸收的最大无功功率；
[0024]其中频率偏差最大限值约束应满足公式(3)：
[0025][0026]其中Δf
max
为系统允许的最大频率差，通常取0.5Hz；N
M
为发电机总数，Ks,i为其中第i台机组的单位调节功率；σi,t为t时步机组是否被调用的0/1决策变量；P
str,t
为t时步机组最大增发功率。
[0027]优选的，所述步骤S2中，机组启动顺序的差异，同一重构时步内的不同机组可分别处于准备启动或启动、升负荷及达到最小技术出力等不同运行状态。
[0028]优选的，所述步骤S2中，时步内机组运行状态可能发生的变化，其出力应满足式式(4)和式(5)所示的上下限值约束；
[0029][0030][0031]其中t
ia
、t
ib
、t
ic
和t
ie
分别为机组i的启动时刻、厂用电恢复时刻、并网时刻和机组达到最小技术出力时刻；机组所需启动功率为R，爬坡率为r
pi
，D和C分别为最小技术出力和额定出力。T
t
‑1为t
‑
1时步结束的时刻，Δt为t时步的时长；
[0032]t时步的机组出力进一步如式(6)
[0033][0034]机组启动时刻t
ia
满足式(7)所示的相应启动时间限制
[0035]0<t
ia
<T
CH,i
或t
ia
>T
CC,j
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0036]其中，T
CH,i
为自然循环机组的最大临界热启动时间，T
CC,j
为直流机组的最小临界启动时间。
[0037]优选的，所述步骤S3中，包括以下步骤：
[0038]S301、采用Copula理论和拉丁超立方抽样，并经过同步回代场景消减，获得n
s
个计及多风场风速时空相关性的单一风场风速随机场景；
[0039]S302、假设参考分布服从正态分布，利用风速随机场景拟合出参考分布作为理论分布P0；
[0040]S303、以第s
i
个随机风速场景作为真实分布P，利用式(9)计算若其满足式(10)，则将该场景归入典型风速场景集，直至全部n
s
个场景均完成判别，
[0041][0042]D0＝{P(ξ)|D
KL
(P||P0)≤d
KL
}
ꢀꢀꢀ
(10)
[0043]式中，π
n
和分别为P和P0在第n个样本处的离散概率；
[0044]S304、将不确定集合中各场景的风速与相应场景概率的乘积之和作为预测风速
[0045]S305、得到风速预测结果后，由式(11)得到第i个风电场的预测出力Pwi，
[0046][0047]式中，vw风机轮毂高度处的风速，vci为切入风速，vco为切出风速，vr为额定风速，Pai为该风电场的并网容量；
[0048]S306、平抑风电出力波动的有功备用约束
[0049]网架重构阶段风电场采用恒压控制及限出力模式，仅需为应对风电出力波动预留有功上调旋转备用容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定生产资源和技术条件以机组不发生自励磁及空载充电线路的长度不致引起过电压为限制条件进行网架拓展，且可接带的负荷功率将受到频率变化最大限值的约束，同时，各时步的重构操作均应满足潮流平衡和节点电压、支路容量限值的安全约束；S2、建立火电机组模型在火电机组启动时限约束内尽快为其厂用辅机供电，使其恢复发电能力；S3、建立风电机组模型采用KL散度确定风电场典型风速场景集，获得用于网架重构方案优化的期望风速和进行方案安全性校核的极端风速；S4、网架重构方案优化使用规格化法平面约束(NNC)法对时步的网架重构PPF进行求解，大停电后的网架重构是一个多时步的连续过程，针对某一重构时步，基于PPF的网架重构方案优化，在有限的启动功率下最大化恢复火电机组出力和最大化恢复风电机组出力；S5、确定网架重构方案选择合适的指标确定最终恢复方案，通过恢复主要的发电机和重要的输电设施及负荷，建立起待恢复系统的骨架网络，选择恢复方案的火电恢复量、风电恢复量、重要负荷恢复量三个指标综合考虑选择恢复方案。2.根据权利要求1所述的一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法，其特征在于，所述步骤S1中，发电机自励磁约束应满足公式(1)：其中:nL为恢复路径的线路总数；nB为已并网机组数量；QL,j,t为第j条线路产生的无功；Kr为机组r的短路比；SN,r为机组r的额定容量；空载线路充电过电压约束应满足公式(2)：其中Q
rmax
为机组r能吸收的最大无功功率；其中频率偏差最大限值约束应满足公式(3)：其中Δf
max
为系统允许的最大频率差，通常取0.5Hz；N
M
为发电机总数，Ks,i为其中第i台机组的单位调节功率；σi,t为t时步机组是否被调用的0/1决策变量；P
str,t
为t时步机组最大增发功率。3.根据权利要求1所述的一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法，其特征在于，所述步骤S2中，机组启动顺序的差异，同一重构时步内的不同机组可分别处于准
备启动或启动、升负荷及达到最小技术出力等不同运行状态。4.根据权利要求1所述的一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法，其特征在于，所述步骤S2中，时步内机组运行状态可能发生的变化，其出力应满足式式(4)和式(5)所示的上下限值约束；式(5)所示的上下限值约束；其中t
ia
、t
ib
、t
ic
和t
ie
分别为机组i的启动时刻、厂用电恢复时刻、并网时刻和机组达到最小技术出力时刻；机组所需启动功率为R，爬坡率为r
pi
，D和C分别为最小技术出力和额定出力。T
t
‑1为t
‑
1时步结束的时刻，Δt为t时步的时长；t时步的机组出力进一步如式(6)机组启动时刻t
ia
满足式(7)所示的相应启动时间限制0<t
ia
<T
CH,i
或t
ia
>T
CC,j
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，T
CH,i
为自然循环机组的最大临界热启动时间，T
CC,j
为直流机组的最小临界启动时间。5.根据权利要求1所述的一种考虑备用容量优化的含风电电力系统网架重构方法，其特征在于，所述步骤S3中，包括以下步骤：S301、采用Copula理论和拉丁超立方抽样，并经过同步回代场景消减，获得n
s
个计及多
风场风速时空相关性的单一风场风速随机场景；S302、假设参考分布服从正态分布，利用风速随机场景拟合出参考分布作为理论分布P0；S303、以第s
i
个随机风速场景作为真实分布P，利用式(9)计算D
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳，季晨阳，马艺瑄，白斌，于海龙，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：