基于风险量化评估的新能源送出系统调相机配置方法和装置与流程

本发明涉及一种基于风险量化评估的新能源送出系统调相机配置方法和装置，属于电力自动化技术领域。

背景技术：

随着新能源发电技术的发展，为我国能源优化配置、清洁发展做出了重要贡献。但是新能源等电力电子设备惯量低、耐压能力弱等特点，也给电网运行控制带来了挑战。随着新能源渗透率不断提高，电网特性发生了巨大变化，安全稳定控制难度增大。目前，为了防止风电、光伏等新能源机组在系统交流故障下脱网，新能源机组换流器普遍具备了高/低电压穿越功能，但是，由于大容量直流换相失败等扰动量较大，严重时仍可能造成近区新能源场站过电压，引发新能源机组脱网。

为了解决特高压直流大容量跨区输电、大容量新能源集中并网后电网运行突出的低电压连续换相失败、过电压风光无序脱网难题，相关厂家研发了大容量调相机，并在送受端换流站和新能源汇集站率先投运。但是工程上调相机配置还主要是针对换流站点，并未形成完整的调相机布点方法理论。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对目前工程上没有形成完整的调相机布点方法，提供一种基于风险量化评估的新能源送出系统调相机配置方法。

本发明基于风险量化评估理论，兼顾安全性和经济性的统一，量化评估新能源送出系统调相机最优配置方案。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

在一方面，本发明提供了基于风险量化评估的新能源送出系统调相机配置方法，包括如下步骤：

(1)确定典型运行方式及预想故障集根据电力系统数据，确定典型运行方式及包括各典型运行方式对应预想故障的预想故障集；

(2)基于典型运行方式及其在设定时间内发生的对应预想故障集中的预想故障确定配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标模型；

(3)利用所述风险量化评估指标模型计算在预先选定的各站点预配置特定调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标，对所述风险量化评估指标进行排列得到优先级序列，确定各站点对应允许的调相机配置最大数量；

(4)从所述优先级序列中第一个站点开始，依次根据各站点预配置调相机数量及配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标，确定调相机配置站点数量及各站点的调相机配置数量，所述调相机配置站点数量小于等于调相机配置最大站点数量。

以上技术方案进一步地，前述的步骤(2)包括，基于典型运行方式及其在设定时间内发生对应预想故障确定预想故障发生概率；

确定预想故障下新能源机组脱网代价；

根据所述预想故障发生概率和预想故障下新能源机组脱网代价确定新能源机组脱网的风险代价指标；

根据新能源机组脱网的风险代价指标和配置调相机的总经济成本确定配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标。

进一步地，所述新能源机组脱网的风险代价评估指标计算方法如下：

2-1)确定预想故障发生概率；

根据历史数据确定故障j发生概率fj；

根据新能源功率预测、负荷水平、直流输电能力等因素确定考察时间t内典型运行方式i的运行时间ti；

典型方式i在t时间内发生预想故障j的概率风险ηij如式(1)所示：

2-2)确定预想故障下新能源机组脱网代价；

coff_total_k_ij＝coff_cut*poff_k_ij*toff_ij+coff_res*noff_k_ij(2)

coff_total_k_ij为配置k台调相机时，运行方式i下发生故障j后新能源机组脱网总代价；coff_cut为脱网机组平均单位电能脱网损失，toff_ij为运行方式i下发生故障j后脱网机组停运时间；coff_res为平均每台脱网新能源机组的重新并网代价；noff_k_ij为典型方式i下，配置k台调相机时，发生预想故障j后，新能源脱网机组台数；poff_k_ij为典型方式i下，配置k台调相机时，发生预想故障j后，新能源脱网机组总功率。

其中noff_0_ij和poff_0_ij确定方法如下：采用时域仿真，仿真分析各运行方式下，发生预想故障后新能源送出系统稳定特性。记典型方式i下，配置k台调相机时，发生预想故障j后，新能源脱网机组台数noff_k_ij，脱网机组总功率poff_k_ij。未配置调相机时，k取值为0，对应脱网机组台数和脱网机组总功率分别为noff_0_ij和poff_0_ij。

确定新能源机组脱网的风险代价指标。

rk_ij＝ηij*coff_total_k_ij(3)

rk_ij为典型方式i下，配置k台调相机时，发生预想故障j后，新能源机组脱网的风险代价指标。未配置调相机时，k取值为0，对应风险代价指标为r0_ij。

确定配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标模型如下：

ek为配置k台调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标；ck为配置k台调相机的总经济成本。未配置调相机时，k取值为0，对应风险量化评估指标为e0。

进一步地，前述的步骤(3)中，所述调相机配置地点选址优先级顺序确定方法如下：

3-1)调相机配置候选站点必须满足条件：所选站点的地理、人文等自然条件允许开展调相机相关工程建设。

3-2)在3-1)的基础上，根据下述条件对候选站点进行优先级排序：

取k＝1，分别在满足1)条件的各站点内配置1台调相机，计算各站点对应的降低新能源脱网的风险量化评估指标e1。根据e1大小排序，e1由大到小的顺序依次为e1_1，e1_2，……，e1_n，……，e1_n，n为按照优先级从高到低排序第n位的候选站点(n＝1,2,3，…，n)。

按照优先级排序第n位的候选站点对应允许的调相机配置最大数量记为nmax_n(n＝1,2,3，…，n)。

其中，n为满足条件1)的站点数目；nmax_n根据站点n的地理、人文等自然条件确定。

进一步地，前述步骤(4)所述的基于风险量化评估的新能源送出系统调相机配置方法确定如下：

i)初始从所述优先级序列中第一个站点开始，表示为取常数p＝1，p表示站点在所述优先级序列中的序号；

ii)计算站点p配置h台调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标ep_h，其中h＝1,2，……，nmax_p，其中nmax_p表示站点p对应允许的调相机配置最大数量。

iii)按h从小到大的顺序依次计算ep_h，并与前次计算结果ep_(h-1)进行比较，若满足ep_h≤ep_(h-1)，则转入步骤v)；若h从1,2，……，nmax_p取值，均不满足ep_h≤ep_(h-1)，则转入步骤iv)；当h＝1时，ep_(h-1)＝e0；

iv)若当前站点不是所述优先级序列中的最后一个站点，表达式为p<ns，则令站点序号加1即将下一个站点作为当前站点，转入步骤iii)；若p＝ns，则转入步骤v)；

v)根据h和p值，确定调相机配置站点和各站配置台数：

各站配置台数hn分别为：

ep_h为站点p配置h台调相机时的降低新能源脱网的风险量化评估指标；hn为各站配置调相机数量，ns为调相机配置候选站点数目。

在另一方面，本发明提供了基于风险量化评估的新能源送出系统调相机配置装置，其特征在于，包括：预想故障集确定模块、风险量化评估指标确定模块、配置调相机站点优先级确定模块、调相机配置确定模块；

所述预想故障集确定模块，用于根据电力系统数据确定典型运行方式及包括各典型运行方式对应预想故障的预想故障集；

所述风险量化评估指标确定模块，用于基于典型运行方式及其在设定时间内发生的对应预想故障集中的预想故障，确定配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标；

所述配置调相机站点优先级确定模块，用于计算在预先选定的各站点预配置特定调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标，对所述风险量化评估指标进行排列得到优先级序列，确定各站点对应允许的调相机配置最大数量；

所述调相机配置确定模块，用于从所述优先级序列中第一个站点开始，依次根据各站点预配置调相机数量及配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标，确定调相机配置站点数量及各站点的调相机配置数量，其中所述调相机配置站点数量小于等于调相机配置最大站点数量。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

基于风险量化评估理论，根据风险评估指标筛选优先站点，将安全稳定风险最大、调相机配置提升效果最好的点作为最优先站点考虑，充分考虑了系统的安全性；而在配置数量评估时，充分计及了调相机配置的成本代价，兼顾了经济性。本发明充分兼顾了安全性和经济性的统一，量化评估新能源送出系统调相机最优配置方案，为提升新能源送出系统无功电压支撑能力、促进新能源消纳提供技术手段。

附图说明

图1是本发明方法的总体工作流程图；

图2是能源机组脱网的风险代价评估指标计算流程；

图3是调相机配置数量确定方法流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种基于风险量化评估的新能源送出系统调相机配置方法，包括如下步骤：

(1)根据电力系统数据，确定典型运行方式及预想故障集。典型运行方式数目为m，预想故障集合内故障数目f。

(2)建立新能源机组脱网的风险代价评估模型，计算配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标；

在具体实施例中，能源机组脱网的风险代价评估指标计算流程如图2，包括以下步骤：

基于典型运行方式及其在设定时间内发生对应预想故障确定预想故障发生概率；

确定预想故障下新能源机组脱网代价；

根据所述预想故障发生概率和预想故障下新能源机组脱网代价确定新能源机组脱网的风险代价指标；

根据新能源机组脱网的风险代价指标和配置调相机的总经济成本确定配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标。

进一步地，计算配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标包括：

2-1)确定预想故障发生概率；

①根据历史数据确定故障j发生概率fj；

②根据新能源功率预测、负荷水平、直流输电能力等因素确定考察时间t内典型运行方式i的运行时间ti。

典型方式i在t时间内发生故障j的概率风险ηij如式(1)所示：

2-2)确定故障下新能源机组脱网代价；

coff_total_k_ij＝coff_cut*poff_k_ij*toff_ij+coff_res*noff_k_ij(2)

coff_total_k_ij为配置k台调相机时，运行方式i下发生故障j后新能源机组脱网总代价；coff_cut为脱网机组平均单位电能脱网损失，toff_ij为运行方式i下发生故障j后脱网机组停运时间；coff_res为平均每台脱网新能源机组的重新并网代价；noff_k_ij为典型方式i下，配置k台调相机时，发生预想故障j后，新能源脱网机组台数；poff_k_ij为典型方式i下，配置k台调相机时，发生预想故障j后，新能源脱网机组总功率。

其中noff_0_ij和poff_0_ij确定方法如下：采用时域仿真，仿真分析各运行方式下，发生预想故障后新能源送出系统稳定特性。记典型方式i下，配置k台调相机时，发生预想故障j后，新能源脱网机组台数noff_k_ij，脱网机组总功率poff_k_ij。未配置调相机时，k取值为0，对应脱网机组台数和脱网机组总功率分别为noff_0_ij和poff_0_ij。

2-3)确定新能源机组脱网的风险代价指标。

rk_ij＝ηij*coff_total_k_ij(3)

rk_ij为典型方式i下，配置k台调相机时，发生预想故障j后，新能源机组脱网的风险代价指标。未配置调相机时，k取值为0，对应风险代价指标为r0_ij。

2-4)确定配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标。

ek为配置k台调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标；ck为配置k台调相机的总经济成本。未配置调相机时，k取值为0，对应风险量化评估指标为e0。

(3)确定调相机配置地点选址优先级顺序；

根据下述条件对候选站点进行优先级排序：

取k＝1，分别在各站点内配置1台调相机，计算各站点对应的降低新能源脱网的风险量化评估指标e1。根据e1大小排序，e1由大到小的顺序依次为e1_1，e1_2，……，e1_n，……，e1_n，n为按照优先级从高到低排序第n位的候选站点(n＝1,2,3，…，n)。

按照优先级排序第n位的候选站点对应允许的调相机配置最大数量记为nmax_n(n＝1,2,3，…，n)。

其中，n为满足条件1)的站点数目；nmax_n根据站点n的地理、人文等自然条件确定。

在具体实施例中，调相机配置候选站点必须满足条件：所选站点的地理、人文等自然条件允许开展调相机相关工程建设，此为本领域的公知常识，在此不赘述。

(4)确定调相机配置数量，其流程如图3所示，包括以下步骤：

i)初始从所述优先级序列中第一个站点开始，表示为取常数p＝1，p表示站点在所述优先级序列中的序号；

ii)计算站点p配置h台调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标ep_h，其中h＝1,2，……，nmax_p，其中nmax_p表示站点p对应允许的调相机配置最大数量。

iii)按h从小到大的顺序依次计算ep_h，并与前次计算结果ep_(h-1)进行比较，若满足ep_h≤ep_(h-1)，则转入步骤v)；若h从1,2，……，nmax_p取值，均不满足ep_h≤ep_(h-1)，则转入步骤iv)；当h＝1时，ep_(h-1)＝e0；

iv)若当前站点不是所述优先级序列中的最后一个站点，表达为：p<ns，则取下一个站点，即令站点序号加1，转入步骤iii)；若当前站点是所述优先级序列中的最后一个站点，即p＝ns，则转入步骤v)；

v)根据h和p值，确定调相机配置站点和各站配置台数：

各站配置台数hn分别为：

ep_h为站点p配置h台调相机时的降低新能源脱网的风险量化评估指标；hn为各站配置调相机数量，nmax_n为各站点允许的调相机配置最大数量，ns为调相机配置候选站点数目。

本发明提供了一种基于风险量化评估的新能源送出系统调相机配置方法，基于风险量化评估理论，充分兼顾安全性和经济性的统一，量化评估新能源送出系统调相机最优配置方案，为提升新能源送出系统无功电压支撑能力、促进新能源消纳提供技术手段。

在另一个实施例中，提供了基于风险量化评估的新能源送出系统调相机配置装置，包括：预想故障集确定模块、风险量化评估指标确定模块、配置调相机站点优先级确定模块、调相机配置确定模块；

所述预想故障集确定模块，用于根据电力系统数据确定典型运行方式及包括各典型运行方式对应预想故障的预想故障集；

所述风险量化评估指标确定模块，用于基于典型运行方式及其在设定时间内发生对应预想故障，确定配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标计算模型；

所述配置调相机站点优先级确定模块，用于利用所述所述风险量化评估指标确定模块确定的所述风险量化评估指标计算模型计算在预先选定的各站点预配置特定调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标，对所述风险量化评估指标进行排列得到优先级序列，确定各站点对应允许的调相机配置最大数量；

所述调相机配置确定模块，用于从所述优先级序列中第一个站点开始，依次根据各站点预配置调相机数量及配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标，确定调相机配置站点数量及各站点的调相机配置数量，其中所述调相机配置站点数量小于等于调相机配置最大站点数量。

在以上实施例的基础上，进一步地，所述风险量化评估指标确定模块包括预想故障发生概率确定子模块、预想故障下新能源机组脱网代价确定子模块、新能源机组脱网的风险代价指标确定子模块以及风险量化评估指标确定子模块；

所述预想故障发生概率确定子模块，用于基于典型运行方式在设定时间内发生对应预想故障确定预想故障发生概率；

所述预想故障下新能源机组脱网代价确定子模块，用于所述确定预想故障下新能源机组脱网代价；

所述新能源机组脱网的风险代价指标确定子模块，用于根据所述预想故障发生概率和预想故障下新能源机组脱网代价确定新能源机组脱网的风险代价指标；

所述风险量化评估指标确定子模块，用于根据新能源机组脱网的风险代价指标和配置调相机的总经济成本确定配置调相机对降低新能源脱网的风险量化评估指标。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。