专利名称：含大规模风电的电力系统规划方案的安全性价值评估方法
技术领域：
本发明涉及电力系统的扩展规划和安全性分析领域，具体讲，涉及含大规模风电的电力系统规划方案的安全性价值评估方法。
背景技术：
我国风能资源丰富，多个大风电基地建设已进入国家风电发展统筹规划之中。但由于风电具有间歇性和不确定性，其集中接入对电力系统的规划和运行都会带来极大的影响。再加之大型风电基地大都位于电力系统的末梢、功率无法就地消纳，且风电具有建设周期短的特点，致使风电的大规模开发必须与其他形式电源和电网进行综合协调规划[I]。但目前，关于风电与电网协调规划的研究还并不完善。文献[2]以大规模风电场群为研究对象提出了考虑其功率汇聚特性的外送输电容量静态优化方法。文献[3]将风电场的输出功率、负荷变化等不确定因素以场景分析和概率计算的方式描述，建立了输电网规划的柔性规划模型并使用遗传算法求解。文献[4]通过建立输电网的机会约束规划模型来处理风电出力的不确定性。由于风速的时变性，风电场出力每时每刻都在不断变化，而无论是基于多场景的方法还是基于概率统计的方法都难以模拟风速突然变化的系统条件(缺少对规划水平年全年8760小时按小时乃至更短时段的系统进行安全经济优化调度仿真)，因此也就难以精确地模拟系统的调节(调频调峰)特性和计及系统的备用容量。虽然已有文献使用了蒙特卡罗模拟法评估风电接入系统规划方案的可靠性[5，6]，但并未涉及风电接入后系统的动态安全性，更没有综合考虑电源、电网规划方案对环境的影响。参考文献[I]白建华，辛颂旭，贾德香.我国风电大规模开发面临的规划和运行问题分析.电力技术经济，2009，21 (2) 7-11.[2]穆钢，崔杨，严干贵.确定风电场群功率汇聚外送输电容量的静态综合优化方法.中国电机工程学报，2011，31 (I) :15-19.[3]袁越，吴博文，李振杰，等.基于多场景概率的含大型风电场的输电网柔性规划.电力自动化设备，2009，29 (10) 8-12.[4] Yu H, Chung C Y, Wong K P, et al. A chance constrained transmissionnetwork expansion planning method with consideration of load and wind farmuncertainties. IEEE Transactions on Power Systems，2009，24(3) :1568-1576.[5]Billinton R, Wangdee W, Reliability-based transmission reinforcementplanning associated with large-scale wind farms， IEEE Transactions on PowerSystems，2007，22(I) :34-41[6]Billinton R，Gao Y，Karki R. Composite System Adequacy AssessmentIncorporating Large-Scale Wind Energy Conversion Systems Considering Wind SpeedCorrelation. IEEE Transactions on Power Systems，2009，24(3) :1375-138
发明内容
本发明旨在解决克服现有技术的不足，为规划方案的安全性评估提供一个系统化方法和较为完善的评估流程，将电力系统规划的视角从传统的技术经济评估拓宽为社会价值的评估，为规划方案安全性评估中嵌入连锁事故的影响提供工具，使系统安全性的评估更为全面、合理。为达到上述目的，本发明采取的技术方案是，含大规模风电的电力系统规划方案的安全性价值评估方法，包括下列步骤
第一步，建立计及系统静态和动态安全性价值的电源、电网统一规划模型，其中含大规模风电的电力系统规划方案的成本主要包括如下几个方面的内容①风电的开发成本Cw;②除风电外其他电源的投资与运行维护成本Cg ;③输变电设备的投资与运行维护成本Cn 预防控制成本Cpm 紧急控制成本f ;⑥控制措施无效的社会损失成本C°ut ;⑦网损成本C1t5ss ；首先可根据电源电网的已知数据求得①-③；第二步，开始对候选规划方案进行详细的运行模拟，从而评估方案的安全性价值首先根据预测的每天各时段的节点负荷和风电出力进行日前机组组合，以确定在负荷和风电出力波动的条件下，当前的电源规划方案是否能够满足系统调频调峰和各时段备用容量的要求；第三步，在机组组合之后，逐时段地对系统进行安全性评估在某一时段，首先进行预想事故扫描和连锁事故预测，筛选出该时段需要考虑的单一故障的预想事故集和可能引起线路连锁停运的预想事故集，共同构成该时段的预想事故集；第四步，对该预想事故集，通过“积极约束松弛法”进行安全性综合控制优化，得到最优的预防控制预想事故集和紧急控制预想事故集的划分，并在每一时段的预防控制优化与紧急控制优化模型中使用安全域方法实现了动态安全约束的计及，从而能够求出该时段的最优控制方案和相应的预防控制成本、紧急控制成本以及控制无效的社会损失，即得到系统在该时段的总的安全成本；第五步，通过对规划水平年全年8760小时的评估，并结合电源、电网规划方案的初始投资，即得出规划方案全年总的安全性成本，结合第一步，即可得出规划方案的总成本，以此作为评价规划方案的依据。第四步进一步细化为(I)计及安全性成本的电力系统规划模型计及安全性成本C以后总成本最小的电力系统规划方案，其数学描述如下minC = Cw+Cg+Cn+Cpre+Cemer+Cout+Closs(I)(2)安全性价值评估流程首先根据预测的每天各时段的节点负荷和风电出力进行日前机组组合，以确定在负荷和风电出力波动的条件下，当前的电源规划方案是否能够满足系统调频调峰和各时段备用容量的要求，机组组合的方法是首先得出系统的净负荷曲线，即负荷减去风电出力，再据此对常规机组进行组合；此处的机组组合是没有考虑网络约束在内的；在机组组合之后，逐时段地对系统进行安全性分析，在某一时段，首先进行预想事故扫描和连锁事故预测，筛选出该时段需要考虑的单一故障的预想事故集和可能引起线路连锁停运的预想事故集，共同构成该时段的预想事故集，对该预想事故集，通过安全性综合控制优化，得到最优的预防控制预想事故集和紧急控制预想事故集的划分，从而能够求出该时段的最优控制方案和相应的预防控制成本、紧急控制成本以及控制无效的社会损失，即得到系统在该时段的总的安全成本，通过对规划水平年全年8760小时的评估，并结合电源、电网规划方案的初始投资，即可得出规划方案全年总的安全性成本。安全性成本计算方法细化为设系统网络由n+1个节点，nb条线路组成，其中节点0为松弛节点，用G := {I,2,…，ng}表示发电机节点的集合；用L := {ng+l,…，n}表示负荷节点的集合；用N表示全部节点的集合，即N = GULUO ;用B表示全部线路的集合；CTS为单一故障的预想事故集，CTS由需采取预防控制措施的预想事故集即预防性控制集rp和需采取紧急控制措施以确保稳定性的预想事故集即紧急控制集组成；CTS。为可能引起线路连锁停运的预想事故集3. I预防控制成本Cpire预防控制成本由三部分构成
权利要求
1.一种含大规模风电的电力系统规划方案的安全性价值评估方法，包括下列步骤 第一步，建立计及系统静态和动态安全性价值的电源、电网统一规划模型，其中含大规模风电的电力系统规划方案的成本主要包括如下几个方面的内容①风电的开发成本Cw ；②除风电外其他电源的投资与运行维护成本Cg输变电设备的投资与运行维护成本Cn ；④预防控制成本Cpm 紧急控制成本f ;⑥控制措施无效的社会损失成本C°ut 网损成本C1t5ss ;首先可根据电源电网的已知数据求得①-③； 第二步，开始对候选规划方案进行详细的运行模拟，从而评估方案的安全性价值首先根据预测的每天各时段的节点负荷和风电出力进行日前机组组合，以确定在负荷和风电出力波动的条件下，当前的电源规划方案是否能够满足系统调频调峰和各时段备用容量的要 求； 第三步，在机组组合之后，逐时段地对系统进行安全性评估在某一时段，首先进行预想事故扫描和连锁事故预测，筛选出该时段需要考虑的单一故障的预想事故集和可能引起线路连锁停运的预想事故集，共同构成该时段的预想事故集； 第四步，对该预想事故集，通过“积极约束松弛法”进行安全性综合控制优化，得到最优的预防控制预想事故集和紧急控制预想事故集的划分，并在每一时段的预防控制优化与紧急控制优化模型中使用安全域方法实现了动态安全约束的计及，从而能够求出该时段的最优控制方案和相应的预防控制成本、紧急控制成本以及控制无效的社会损失，即得到系统在该时段的总的安全成本； 第五步，通过对规划水平年全年8760小时的评估，并结合电源、电网规划方案的初始投资，即得出规划方案全年总的安全性成本，结合第一步，即可得出规划方案的总成本，以此作为评价规划方案的依据。
2.如权利要求I所述的含大规模风电的电力系统规划方案的安全性价值评估方法，第四步进一步细化为 (1)计及安全性成本的电力系统规划模型计及安全性成本C以后总成本最小的电力系统规划方案，其数学描述如下 minC = Cw+Cg+Cn+Cpre+Cemer+Cout+Closs(I) (2)安全性价值评估流程 首先根据预测的每天各时段的节点负荷和风电出力进行日前机组组合，以确定在负荷和风电出力波动的条件下，当前的电源规划方案是否能够满足系统调频调峰和各时段备用容量的要求，机组组合的方法是首先得出系统的净负荷曲线，即负荷减去风电出力，再据此对常规机组进行组合；此处的机组组合是没有考虑网络约束在内的； 在机组组合之后，逐时段地对系统进行安全性分析，在某一时段，首先进行预想事故扫描和连锁事故预测，筛选出该时段需要考虑的单一故障的预想事故集和可能引起线路连锁停运的预想事故集，共同构成该时段的预想事故集，对该预想事故集，通过安全性综合控制优化，得到最优的预防控制预想事故集和紧急控制预想事故集的划分，从而能够求出该时段的最优控制方案和相应的预防控制成本、紧急控制成本以及控制无效的社会损失，即得到系统在该时段的总的安全成本，通过对规划水平年全年8760小时的评估，并结合电源、电网规划方案的初始投资，即可得出规划方案全年总的安全性成本。
3.如权利要求I或2所述的含大规模风电的电力系统规划方案的安全性价值评估方法，安全性成本计算方法细化为 设系统网络由n+1个节点，nb条线路组成，其中节点O为松弛节点，用G:= {1,2,…，ng}表示发电机节点的集合；用L := {ng+l,…，n}表示负荷节点的集合；用N表示全部节点的集合，即N = GULUO ;用B表示全部线路的集合；CTS为单一故障的预想事故集，CTS由需采取预防控制措施的预想事故集即预防性控制集rp和需采取紧急控制措施以确保稳定性的预想事故集即紧急控制集r e组成；CTS。为可能引起线路连锁停运的预想事故集 .3.I预防控制成本CT6 预防控制成本由三部分构成
4.如权利要求I所述的含大规模风电的电力系统规划方案的安全性价值评估方法，其特征是，“积极约束松弛法”是，首先让预防控制负责全部预想事故的安全性，这时预防控制成本最大，紧急控制成本为零；然后把预防控制子问题中部分或全部起作用的约束，即“积极约束”所对应的事故从预防控制预想事故集1\中“松弛”出来，并入1\中，重新进行新约束下的内层优化，并观察总成本的变化；如果总成本变大，则上一次优化得到的结果就是最优解；如果总成本变小，则仍需把该步中的部分或全部积极约束所对应的事故也并入1\，继续进行新的内层优化；如此反复进行，直到总成本不再减小为止。
5.如权利要求I所述的含大规模风电的电力系统规划方案的安全性价值评估方法，其特征是，安全性综合控制优化是，用预防控制和紧急控制来共同保证所有预想事故的安全性，同时使安全性控制的总成本最小，模型如下
全文摘要
本发明涉及电力系统的扩展规划和安全性分析领域。为规划方案的安全性评估提供一个系统化方法和较为完善的评估流程，本发明采取的技术方案是，含大风电的电力系统规划方案的安全性价值评估方法，包括下列步骤第一步，建立计及系统静态和动态安全性价值的电源、电网统一规划模型，第二步，开始对候选规划方案进行详细的运行模拟；第三步，在机组组合之后，逐时段地对系统进行安全性评估；第四步，对该预想事故集，通过“积极约束松弛法”进行安全性综合控制优化，得到最优的预防控制预想事故集和紧急控制预想事故集的划分；第五步，得出规划方案的总成本，以此作为评价规划方案的依据。本发明主要应用于电力系统的扩展规划和安全性分析。
文档编号G06Q50/06GK102637289SQ20121011019
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者余贻鑫, 吕晓阳, 王靖然 申请人:天津大学