一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟方法技术

本发明专利技术涉及模拟方法，尤其涉及一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟方法。其解决了在处理高比例新能源发电并网时带来的新能源消纳能力评估偏于乐观、计算速度慢的问题。包括步骤一、确定输电网结构，并定义功率注入空间中的安全域；步骤二、通过潮流计算得到电流幅值公式，并使用泰勒公式展开；步骤三、结合潮流方程，推导任意节点的电压增量表达式和任意线路的电流增量表达式；步骤四、确定节点电压和线路电流边界上的运行点；步骤五、整理得出输电网对应的安全域边界；步骤六、确定时序生产模拟评估模型的目标函数；步骤七、写入电网运行约束至时序生产模拟评估模型中；步骤八、采用关键时间断面的选取策略进行求解。采用关键时间断面的选取策略进行求解。采用关键时间断面的选取策略进行求解。

【技术实现步骤摘要】
一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟方法


[0001]本专利技术涉及一种模拟方法，尤其涉及一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟方法，特别涉及一种使用安全域理论建立的输电网线性化运行约束方法。

技术介绍

[0002]目前，可再生能源的开发和利用规模持续快速扩大。然而，可再生能源的高渗透率使输电网中的潮流约束变得复杂。可再生能源的波动性和间歇性使得实时运行约束难以平衡。目前，已建立的电网拓扑结构无法支持可再生能源的大量应用，可再生能源发电装机已超过规定的发电量限制。导致大规模弃电事件频繁发生，可再生资源严重浪费。因此，应为可再生能源的建设位置和容量制定合理的计划，并对可再生能源在输电网中的渗透率进行准确评估。
[0003]目前常用的评价方法主要分为三种：典型日法、随机生产模拟法和时间序列生产模拟法。典型日法关注电网运行的最坏情况，计算结果可能比较保守。随机生产模拟方法利用可再生能源和负载的功率注入服从某种概率分布，提出了最大化发电渗透率的评估模型。该方法只需要随机生产模拟的概率分布信息，计算速度快。但随机生产模拟方法不适用于机组组合，无法模拟爬坡性能和调峰能力。相反，由于时间序列生产模拟方法可以考虑机组启动/关闭过程、调峰能力和爬坡率，并评估可再生能源在连续期间的适应性，它可以更好地反映可再生能源的年度运行状态，更适用于输电网规划。
[0004]但是，上述改进的时间序列生产模拟方法没有考虑输电网的潮流约束，得到的可再生能源消纳能力可能比较乐观。例如，当某一时刻所有可再生能源都被容纳时，某些潮流部分可能会违反节点电压和支路电流约束，换句话说，时间序列生产模拟方法获得的可再生能源仿真结果不能满足实际应用要求。安全域理论可以为上述问题提供新的解决方案。许多模拟表明，安全域的应用可以线性化运行约束。然而，大多数现有的安全域生成方法计算量大，不适合在线应用。因此，有必要推导一种快速生成安全域边界的方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术就是针对在处理高比例新能源发电并网时带来的新能源消纳能力评估偏于乐观、计算速度慢且不适合在线应用的问题，提供一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟方法。其结合静态安全域法SSR(steady
‑
state security region)、时序生产模拟法和关键时间断面选取策略提出一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案，其特征在于，包括：
[0007]步骤一、确定输电网结构，并定义功率注入空间中的安全域；
[0008]步骤二、通过潮流计算得到电流幅值公式，并使用泰勒公式展开；
[0009]步骤三、结合潮流方程，推导任意节点的电压增量表达式和任意线路的电流增量表达式；
[0010]步骤四、确定节点电压和线路电流边界上的运行点；
[0011]步骤五、整理得出输电网对应的安全域边界；
[0012]步骤六、确定时序生产模拟评估模型的目标函数；
[0013]步骤七、写入电网运行约束至时序生产模拟评估模型中；
[0014]步骤八、采用关键时间断面的选取策略进行求解。
[0015]进一步地，步骤一中，所述确定输电网结构，并定义功率注入空间中的安全域包括：
[0016]网格由n+1个节点和bn个分支组成；节点0是松弛节点；N和B分别是节点和分支集；P和Q分别是有功和无功功率矢量；在功率注入空间中，考虑潮流运行约束的SR可以定义如下：
[0017][0018]式中：x:＝(P
T
,Q
T
)
T
∈R
2n
；V
im
、V
i
和V
iM
分别为节点i电压幅值的最小值、当前值和最大值，I
l
和分别为线路l的电流幅值向量和电流幅值上限，|I
l
|为求取向量I
l
模的函数；f(V,θ)＝x为潮流方程。
[0019]更进一步地，步骤二中，所述通过潮流计算得到电流幅值公式，并使用泰勒公式展开包括：
[0020]设线路l的首、末端节点分别为i和j，其导纳为g
l
+jb
l
，I
l
为线路l上的电流，可表示为
[0021][0022]式中：V
i
、θ
i
和V
j
、θ
j
分别为节点i和j电压幅值和相角；b
i0
为节点i的自导纳；
[0023]假设为当前线路l上流经的电流幅值；针对式(2)进行泰勒展开，得到
[0024][0025]式中：Δ|I
l
|2为I
l
的增量，S
l
∈R1×4是一个行向量由θ
i
、θ
j
、V
i
和V
j
的一阶导数组成；Δθ
i
、Δθ
j
、ΔV
i
、ΔV
j
是相应的增量。
[0026]进一步地，步骤三中，所述结合潮流方程，推导任意节点的电压增量表达式和任意线路的电流增量表达式包括：
[0027]根据潮流方程可得
[0028][0029][0030]式中：J为潮流方程的雅可比矩阵；A
ij
是由J
‑1中的向量组成的矩阵；ΔP、ΔQ分别为P和Q的增量；
[0031]此外，已知：
[0032][0033]式中，a
ik
和b
ik
可由雅可比矩阵J求出；
[0034]联立式(3)和式(6)可知：
[0035][0036]式中，c
lk
和d
lk
可由矩阵S
l
和矩阵A
ij
求出。
[0037]进一步地，步骤四中，所述确定节点电压和线路电流边界上的运行点包括：
[0038]根据所有节点和分支的运行约束，根据步骤三中式(6)和式(7)可推导出以下等式
[0039][0040]式中，和分别是最大节点电压、最小节点电压和最大支路电流对应的临界功率注入变量。
[0041]进一步地，步骤五中，整理得出输电网对应的安全域边界包括：
[0042]整理步骤四中式(8)并进行归一化处理得到考虑运行约束的SR表达式，如下所示：
[0043][0044]式中，和为超平面系数；(已有研究表明)对于既定的网络拓扑结构来说，超平面系为常数；考虑输电网所有运行约束的安全域可以导出为：
[0045][0046]进一步地，步骤六中，所述确定时序生产模拟评估模型的目标函数包括：
[0047]在考虑电网安全的情况下，将可再生能源的最大消耗量设置为时序生产模拟模型
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟方法，其特征在于：包括：步骤一、确定输电网结构，并定义功率注入空间中的安全域；步骤二、通过潮流计算得到电流幅值公式，并使用泰勒公式展开；步骤三、结合潮流方程，推导任意节点的电压增量表达式和任意线路的电流增量表达式；步骤四、确定节点电压和线路电流边界上的运行点；步骤五、整理得出输电网对应的安全域边界；步骤六、确定时序生产模拟评估模型的目标函数；步骤七、写入电网运行约束至时序生产模拟评估模型中；步骤八、采用关键时间断面的选取策略进行求解。2.根据权利要求1所述的一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟方法，其特征在于：步骤一中，所述确定输电网结构，并定义功率注入空间中的安全域包括：网格由n+1个节点和bn个分支组成；节点0是松弛节点；N和B分别是节点和分支集；P和Q分别是有功和无功功率矢量；在功率注入空间中，考虑潮流运行约束的SR可以定义如下：式中：x：＝(P
T
,Q
T
)
T
∈R
2n
；V
im
、V
i
和V
iM
分别为节点i电压幅值的最小值、当前值和最大值，I
l
和I
lM
分别为线路l的电流幅值向量和电流幅值上限，|I
l
|为求取向量I
l
模的函数；f(V,θ)＝x为潮流方程。3.根据权利要求2所述的一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟方法，其特征在于：步骤二中，所述通过潮流计算得到电流幅值公式，并使用泰勒公式展开包括：设线路l的首、末端节点分别为i和j，其导纳为g
l
+jb
l
，I
l
为线路l上的电流，可表示为式中：V
i
、θ
i
和V
j
、θ
j
分别为节点i和j电压幅值和相角；b
i0
为节点i的自导纳；假设|I
l0
|为当前线路l上流经的电流幅值；针对式(2)进行泰勒展开，得到式中：Δ|I
l
|2为I
l
的增量，S
l
∈R1×4是一个行向量由θ
i
、θ
j
、V
i
和V
j
的一阶导数组成；Δθ
i
、Δθ
j
、ΔV
i
、ΔV
j
是相应的增量。4.根据权利要求3所述的一种基于安全域的可再生能源电网时间序列生产模拟方法，其特征在于：步骤三中，所述结合潮流方程，推导任意节点的电压增量表达式和任意线路的电流增量表达式包括：根据潮流方程可得
式中：J为潮流方程的雅可比矩阵；A
ij
是由J
‑1中的向量组成的矩阵；ΔP、ΔQ分别为P和Q的增量；此外，已知：式中，a
ik
和b
ik
可由雅可比矩阵J求出；联立式(3)和式(6)可知：式中，c
lk
和d
lk
可由矩阵S
l
和矩阵A
ij
求出。5.根据权利要求4所述的一种基于安全域的可再生能源电网时...

【专利技术属性】
技术研发人员：田增垚，李春山，张弘鹏，孙铭泽，刘少午，王超，张强，朱时雨，谢赐戬，赵清松，
申请(专利权)人：国家电网公司东北分部，
类型：发明
国别省市：