一种含风电场电力系统的可用输电能力的获取方法
【技术领域】
[0001] 发明属于电力系统输配电技术领域，特别涉及一种含风电场电力系统的可用输电 能力的获取方法。
【背景技术】
[0002] 现代电力系统的发电、用电、电力市场运营以及系统安全稳定性对可用输电能 力都具有很高的要求。因此，如何高效、准确的计算可用输电能力（availabletransfer capability，下文简称ATC)已成为电力市场研宄的一个重要部分。
[0003] 随着我国风电规模的不断增大，有关风电并网、稳定等问题日益凸显。由于风速难 以预测，间歇性和波动性给系统带来新的不确定性因素。如何处理好风电给电力系统带来 的不确定性因素，保证电力交易安全稳定地进行，是需要解决的问题。
[0004] 现阶段ATC的计算方法主要分为两类：概率性求解和确定性求解。为了保证速度， ATC的在线计算多采用确定性的方法，常常忽略系统中大量存在的不确定性因素，而概率性 的求解方法能够克服确定性方法的上述缺陷，所得结果也更加符合实际情况。由于风电功 率的随机性和间歇性，会给风电并网系统的ATC计算增加一些不确定性，因此采用概率性 的方法评估其对ATC的影响较为合适。
[0005] 概率性方法中，传统MCS方法通过大量抽样仿真，来模拟ATC模型中节点功率、设 备故障等不确定的情况，但大量仿真计算耗时较长，难以应用于实际工程；基于拉丁超立方 采样的MonteCarlo计算方法，虽然计算时间有所减少，但仍然需要大量采样点来保证计算 精度；基于点估计法的概率ATC计算，计算速度快，精度较高，但对相关性处理较复杂。现 有的方法呈现出计算量较大、耗时较多，且对相关性处理计算复杂的特点，难以实现工程应 用。
【发明内容】
[0006] 发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种既能保证快速高 效地获取结果，又能对随机变量相关性进行方便处理，使获得的结果更加精确的含风电场 电力系统概率可用输电能力的获取方法。
[0007] 技术方案：本发明提供了一种含风电场电力系统的可用输电能力的获取方法，包 括以下步骤：
[0008] 步骤1 :建立风机概率模型；
[0009] 步骤2 :将各设备的初始参数输入系统中，所述初始参数包括：系统中各节点的电 压幅值、相角；各节点发电机有功功率和无功功率；各节点负荷有功功率和无功功率；节点 的导纳矩阵；传输线路的有功功率和无功功率；
[0010] 步骤3 :程序初始化；设定控制变量、状态变量、发电机有功功率和无功功率上下 限、负荷节点有功功率和无功功率上下限、线路的最大输电容量；
[0011] 步骤4 :将风速和系统负荷作为随机变量，向系统输入随机变量的期望和协方差 矩阵，根据对称采样的无迹变换（unscentedtransformation,下文简称UT)技术确定随机 输入随机变量采样点的个数、位置和所占比重，每个采样点对应一种系统抽样状态；
[0012] 步骤5 :将系统每一种抽样状态代入非线性变换模型，进行确定性ATC计算，从而 得到变换后Sigma点的值；
[0013] 步骤6 :变换后的Sigma点根据权重加权求和得到ATC的概率评估指标；所述概率 评估指标为输出变量的期望和协方差矩阵；
[0014] 步骤7 :输出步骤6中获得结果。
[0015] 进一步，步骤1中所述的风机概率模型包括风速模型、风机有功功率模型和风机 无功功率模型。
[0016] 工作原理：本发明利用无迹变换中近似非线性函数的分布的思想，对含风电场电 力系统中风机出力、负荷波动、设备故障等不确定因素进行概率建模，并将其等效为若干概 率分布。根据特定的采样策略，确定Sigma样本点的个数、位置以及相应的权重信息等。这 些Sigma样本点全面包含输入随机变量的统计信息，进而得到较高计算精度和采样效率。 之后，将Sigma样本点带入基于内点法的确定性计算模型中，经过加权求解最终得到ATC概 率特性指标。
[0017] 有益效果：本发明与现有技术相比，既能保证快速高效地获取结果，又能对随机变 量相关性进行方便处理，能够方便地处理相邻风电场风速相关性，使获得的结果更加精确。
【附图说明】
[0018] 图1 :本发明方法流程图；
[0019] 图2 :风力发电机出力特性曲线；
[0020] 图3 :变速恒频风电机组转速特性；
[0021] 图4 :IEEE30节点系统图；
[0022] 图5 :IEEE118节点系统图；
[0023] 图6 :IEEE30节点系统节点电压幅值均值；
[0024] 图7 :IEEE30节点系统节点电压幅值标准差；
[0025] 图8 :IEEE30节点系统在不同相关系数下标准差的相对误差；
[0026] 图9 :IEEE118节点系统在不同相关系数下标准差的相对误差。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合图1，对本发明作详细说明：
[0028] 1.风机概率建模：
[0029] 1)风速模型
[0030] 风电场输出功率取决于风速、风机模型与风电场规模，此外还受风机故障、尾流效 应等影响。根据大量实测数据，一个地区的风速v近似服从韦伯分布（下文中简称Weibull分布），其分布函数为：
[0031]Fw(v) = 1-exp[-(v/c)k] (1)
[0032] 式中w表示韦伯分布；v表示瞬时风速；k为形状系数，取值在1. 8?2. 3 ;c为尺 度系数，其为常数，反映了该地区的平均风速。
[0033] 2)风机有功功率模型
[0034] 双馈感应风机为目前大规模风电场装机的主流机型之一，单台风机发电功率随风 速变化关系为：
[0035]
【主权项】
1. 一种含风电场电力系统的可用输电能力的获取方法，其特征在于：包括w下步骤： 步骤1;建立风机概率模型； 步骤2 ;将各设备的初始参数输入系统中，所述初始参数包括：系统中各节点的电压幅 值、相角；各节点发电机有功功率和无功功率；各节点负荷有功功率和无功功率；节点的导 纳矩阵；传输线路的有功功率和无功功率； 步骤3 ;程序初始化；设定控制变量、状态变量、发电机有功功率和无功功率上下限、负 荷节点有功功率和无功功率上下限、线路的最大输电容量； 步骤4 ;将风速和系统负荷作为随机变量，向系统输入随机变量的期望和协方差矩阵， 根据对称采样的UT技术确定随机输入随机变量采样点的个数、位置和所占比重，每个采样 点对应一种系统抽样状态； 步骤5 ;将系统每一种抽样状态代入非线性变换模型，进行确定性ATC计算，从而得到 变换后Sigma点的值； 步骤6 ;变换后的Sigma点根据权重加权求和得到ATC的概率评估指标；所述概率评估 指标为输出变量的期望和协方差矩阵； 步骤7 ;输出步骤6中获得结果。
2. 根据权利要求1所述的含风电场电力系统的可用输电能力的获取方法，其特征在 于；步骤1中所述的风机概率模型包括风速模型、风机有功功率模型和风机无功功率模型。
【专利摘要】本发明公开了一种含风电场电力系统的可用输电能力的获取方法。本发明将一种无迹变换的非线性变换应用于含风电场电力系统概率可用输电能力的计算，解决了计算过程中相邻风电场风速相关性难以处理的问题，在保证精度的前提下提高了计算效率。该方法按照一定的规律选取一系列Sigma点，利用有限的点来表示整个样本空间，并通过内点法最优潮流法对每个样本进行确定性的求解计算，从而得到含风电场电力系统概率可用输电能力的期望、标准差等概率指标，丰富的概率指标可以给运行人员提供更多参考。
【IPC分类】G06F19-00, H02J3-00
【公开号】CN104617578
【申请号】CN201510088966
【发明人】孙国强, 楚云飞, 卫志农, 孙永辉, 李逸驰, 高楷
【申请人】河海大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年2月26日