一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，包括：获取年负荷和新能源出力数据，并对数据进行聚类，形成代表日场景数据集；构建计及扰动源概率分布的节点RoCoF计算模型并确定节点RoCoF越限概率和期望，构建节点惯量薄弱性评估模型；确定源网荷各侧参与资源及其基本规划约束条件，构建源网荷协调扩展规划模型；以代表日场景数据集作为源网荷协调扩展规划模型的输入，确定惯量资源建设约束及线路建设约束，利用节点惯量薄弱性评估模型进行评估，根据评估结果迭代优化求解规划方案，直至输出最优源网荷协调扩展规划方案。与现有技术相比，本发明专利技术具有考虑全面，符合电力系统发展需要等优点。合电力系统发展需要等优点。合电力系统发展需要等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法


[0001]本专利技术涉及电力系统规划领域，尤其是涉及一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法。

技术介绍

[0002]近年来，高比例新能源接入下电力系统频率安全问题日益显著，频率事件初期由于惯性资源不足或分布不合理导致频率下降过快是影响频率安全的重要因素。现有的计及频率安全的规划优化方法多采用集中式建模方式，忽略了系统惯量响应空间差异。在电力系统发生大扰动事故时，扰动初期频率下降速度与系统惯量分布紧密相关，惯量资源分布情况及网络线路结构情况均会对电力系统分布式惯量响应产生影响。因此，需要构建一种节点惯量薄弱性评估方法，对电力系统分布式惯量支撑能力进行描述。
[0003]电力系统惯量响应不仅受限于电源结构、机组容量，同时输电容量及网络拓扑会限制电源开机方式，间接影响系统惯量支撑能力，荷侧旋转装置及虚拟惯性装置会直接影响系统惯量水平。已有的规划模型未考虑源网荷资源对提升系统惯量响应能力的协同贡献，且未考虑扰动源概率分布情况，常采用N
‑
1原则确定扰动量大小，考虑不够全面。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，考虑更加全面，求得规划方案更具有经济性且更符合实际。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1)获取年负荷和新能源出力数据，并采用基于综合类直径的改进负荷
‑
新能源场景缩减有序聚类模型对数据进行聚类，形成代表日场景数据集；
[0008]步骤2)考虑扰动源不确定性，构建计及扰动源概率分布的节点RoCoF计算模型；
[0009]步骤3)基于节点RoCoF计算模型确定节点RoCoF越限概率和节点RoCoF期望，构建节点惯量薄弱性评估模型；
[0010]步骤4)确定源网荷各侧参与资源及其基本规划约束条件，构建源网荷协调扩展规划模型；
[0011]步骤5)以代表日场景数据集作为源网荷协调扩展规划模型的输入，确定惯量资源建设约束及线路建设约束，利用节点惯量薄弱性评估模型对规划方案的节点进行评估，根据评估结果迭代优化求解规划方案，直至输出最优源网荷协调扩展规划方案。
[0012]所述步骤1)包括以下步骤：
[0013]步骤1
‑
1)获取年负荷和新能源出力数据，并设定割点范围；
[0014]步骤1
‑
2)采用基于综合类直径的改进负荷
‑
新能源场景缩减有序聚类模型生成最优负荷切割方案；
[0015]步骤1
‑
3)基于最优负荷切割方案生成新能源初步场景集；
[0016]步骤1
‑
4)计算场景集内新能源出力在不同分割点下与原始质心的距离；
[0017]步骤1
‑
5)根据与质心之间的距离对出力数据进行分组，并根据分组后数据重新计算质心；
[0018]步骤1
‑
6)判断质心距离是否小于预配置的阈值，若是，则根据分组的出力数据和负荷数据确定新能源最终聚类结果，形成代表日场景数据集，若否，则更新质心，并返回步骤1
‑
5)。
[0019]所述基于综合类直径的改进负荷
‑
新能源场景缩减有序聚类模型为：
[0020][0021]式中，将n个有序样本分为k类，第G类样本组包括样本{X
i
,X
i+1
,
…
,X
t
,
…
X
j
}；表示第G个样本组对应的样本均值；表示第G个样本组对应的样本均值趋势度；D(i,j)表示第G个样本组对应的综合类直径；L[(b(n,k))]表示将n个样本数据分为k类的一种分法；p(n,k)表示在前述分类法下使得L[(b(n,k))]最小的一种最优解。
[0022]所述扰动源概率分布表示为：
[0023][0024]式中：指元件k1的工作情况；0代表正常工作；1代表发生故障；表示其发生故障的概率；R
k1
是对应元件k1抽取的随机数。
[0025]所述计及扰动源概率分布的节点RoCoF计算模型为：
[0026][0027]式中，ΔP
i
表示惯量节点i分配到的扰动功率大小；M
ik
为惯量节点i和扰动节点k之间的同步功率系数；E
i
为惯量节点i电压；U
k
为扰动点k电压；B
ik
和δ
ik
分别为惯量节点i与扰动节点k间的电纳和初始角度差；表示离散分布故障扰动源k1最大值；表示连续分布故障扰动源k2最大值；m1表示离散分布故障扰动源数目；m2表示连续分布故障扰动源数目；K
ik
表示惯量节点i与扰动节点k之间的功率分配系数。
[0028]所述节点惯量薄弱性评估模型为：
[0029][0030]式中，γ
i
表示节点i的RoCof越限概率；δ
i
表示节点i的RoCoF期望值；w
γ
、w
δ
、分别表示RoCoF越限概率及RoCoF期望值的权重系数；表示节点iRoCoF超越临界值的次数；表示扰动模拟总次数；J
i
和B
j
表示将RoCoF分类的区间数目和区间长度；R
mj
表示区间j内RoCoF中间值。
[0031]所述源网荷协调扩展规划模型的优化目标函数为：
[0032][0033]式中，t、k、h分别为规划年，场景日，日内每小时的索引；g、r、e、l分别为待建火电机组、待改造小火电机组、待建储能装置、待建建线路索引；Ω表示各资源对应的集合；C
inv
和为待投建或改造元件的整体成本及等年值成本；κ
t
表示现市值系数；d
rate
表示贴现率；p
k
、d
k
表示场景k发生概率及所对应的天数；表示场景k发生概率及所对应的天数；分别表示火电机组、储能装置、风电机组每小时出力；表示风电机组预测出力；y
t
表示元件是否投建的0
‑
1变量；u
tkh
表示每小时装置启停状态的0
‑
1变量。
[0034]所述源网荷协调扩展规划模型的基本约束条件为：
[0035][0036]式中，m、s分别表示送端节点和受端节点索引；d表示节点原有装置索引；X
l
为线路l的电抗；M为一个较大常数值；P
lmax
为线路l的潮流上限；EL表示已有线路集合；CL表示待选线路集合；和分别为线路l的送端节点与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)获取年负荷和新能源出力数据，并采用基于综合类直径的改进负荷
‑
新能源场景缩减有序聚类模型对数据进行聚类，形成代表日场景数据集；步骤2)考虑扰动源不确定性，构建计及扰动源概率分布的节点RoCoF计算模型；步骤3)基于节点RoCoF计算模型确定节点RoCoF越限概率和节点RoCoF期望，构建节点惯量薄弱性评估模型；步骤4)确定源网荷各侧参与资源及其基本规划约束条件，构建源网荷协调扩展规划模型；步骤5)以代表日场景数据集作为源网荷协调扩展规划模型的输入，确定惯量资源建设约束及线路建设约束，利用节点惯量薄弱性评估模型对规划方案的节点进行评估，根据评估结果迭代优化求解规划方案，直至输出最优源网荷协调扩展规划方案。2.根据权利要求1所述的一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下步骤：步骤1
‑
1)获取年负荷和新能源出力数据，并设定割点范围；步骤1
‑
2)采用基于综合类直径的改进负荷
‑
新能源场景缩减有序聚类模型生成最优负荷切割方案；步骤1
‑
3)基于最优负荷切割方案生成新能源初步场景集；步骤1
‑
4)计算场景集内新能源出力在不同分割点下与原始质心的距离；步骤1
‑
5)根据与质心之间的距离对出力数据进行分组，并根据分组后数据重新计算质心；步骤1
‑
6)判断质心距离是否小于预配置的阈值，若是，则根据分组的出力数据和负荷数据确定新能源最终聚类结果，形成代表日场景数据集，若否，则更新质心，并返回步骤1
‑
5)。3.根据权利要求2所述的一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，其特征在于，所述基于综合类直径的改进负荷
‑
新能源场景缩减有序聚类模型为：式中，将n个有序样本分为k类，第G类样本组包括样本{X
i
,X
i+1
,
…
,X
t
,
…
X
j
}；表示第G
个样本组对应的样本均值；表示第G个样本组对应的样本均值趋势度；D(i,j)表示第G个样本组对应的综合类直径；L[(b(n,k))]表示将n个样本数据分为k类的一种分法；p(n,k)表示在前述分类法下使得L[(b(n,k))]最小的一种最优解。4.根据权利要求1所述的一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，其特征在于，所述扰动源概率分布表示为：式中：指元件k1的工作情况；0代表正常工作；1代表发生故障；p
k1
表示其发生故障的概率；是对应元件k1抽取的随机数。5.根据权利要求4所述的一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，其特征在于，所述计及扰动源概率分布的节点RoCoF计算模型为：式中，ΔP
i
表示惯量节点i分配到的扰动功率大小；M
ik
为惯量节点i和扰动节点k之间的同步功率系数；E
i
为惯量节点i电压；U
k
为扰动点k电压；B
ik
和δ
ik
分别为惯量节点i与扰动节点k间的电纳和初始角度差；表示离散分布故障扰动源k1最大值；表示连续分布故障扰动源k2最大值；m1表示离散分布故障扰动源数目；m2表示连续分布故障扰动源数目；K
ik
表示惯量节点i与扰动节点k之间的功率分配系数。6.根据权利要求1所述的一种考虑节点惯量薄弱性评估的源网荷协调扩展规划方法，其特征在于，所述节点惯量薄弱性评估模型为：式中，γ
i
表示节点i的RoCof越限概率；δ
i
表示节点i的RoCoF期望值；w
γ
、w
δ
、分别表示
RoCoF越限概率及RoCoF期望值的权重系数；表示节点iRoCoF超越临界值的次数；表示扰动模拟总次数；J
i
和B
j
表示将RoCoF分类的区间数目和区间长度；R

【专利技术属性】
技术研发人员：朱兰，仇念航，张学涵，
申请(专利权)人：上海电力大学，
类型：发明
国别省市：