考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定方法和装置与流程
本发明涉及电网安全运行调度技术领域，特别是一种考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定方法和装置。
背景技术：
以西藏电网为典型的大机小网，负荷低、新能源占比大、远距离、跨大区交直流互联电网运行，在取得巨大经济效益的同时，也使得各级电网相互影响、相互作用进一步增强，电网安全稳定运行一体化特征和交互影响更为显著，互联电网建设过渡期间，系统的暂态稳定问题突出，直流系统与薄弱交流断面间、多个内部交流断面间耦合特性明显。同时，由于电网自身调节能力差，新能源出力与常规机组出力随着负荷与气候因素的影响而变化，存在暂态故障后系统电压失稳的风险，极端情况下可能导致新能源脱网带来连锁反应。这些因素均给电网安全稳定分析与控制带来极大的挑战。如何充分利用现有的防控手段，实时评估当前方式下新能源接纳能力具有重要意义。
随着国家能源体制的不断改革，最大化消纳新能源已成为当前电网运行面临一个难题。实际运行过程中，为了保证电网安全稳定运行，根据当天最大负荷预测制定最小常规机组开机，这种解决手段保证大负荷方式下电网安全。运行方式过渡到小负荷、新能源大发的时候，常规组开机过多，会严重制约新能源的出力。
名词解释
电压安全二元表：瞬时电压偏差可接受性可用给定的电压跌落门坎值(vcr)和偏出此给定值的电压异常持续时间(tcr)构成一个电压安全二元表[vcr,tcr]来描述。对一个节点的电压曲线，如果电压低于二元表设定电压跌落门槛值的最大持续时间小于极限时间，那么电压偏移就是安全的，反之，则是不安全的。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定方法，能够对新能源与常规机组置换后带来的暂态电压影响进行预先评估计算，为实际电网的机组置换提供指导，保障电网运行安全，提升电网新能源的消纳能力。
本发明采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定方法，包括：
获取电网拓扑数据，以及采集电网运行状态数据；
根据电网拓扑数据以及所述运行状态数据，确定当前运行方式下受暂态电压约束的约束故障；
计算所述约束故障下，各常规机组出力对预设电网关键节点电压的灵敏度；
对于可置换的常规机组，根据灵敏度进行排序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，根据上一次置换后的电网运行方式确定电网当前运行方式暂态约束下的新能源接纳能力。
可选的，所述对于可置换的常规机组，根据灵敏度进行排序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，根据上一次置换后的电网运行方式确定电网当前运行方式暂态约束下的新能源接纳能力，包括：
对于可置换的常规机组，按照灵敏度从小到大的顺序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，将该次置换之前全部已置换的新能源机组容量，作为电网当前运行方式暂态约束下的新能源最大接纳能力；
对于可置换的常规机组，按照灵敏度从大到小的顺序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，将该次置换之前全部已置换的新能源机组容量，作为电网当前运行方式暂态约束下的新能源最小接纳能力。
以上方案可见，本发明中当前运行方式暂态约束下的新能源接纳能力包括最大接纳能力和最小接纳能力为，分别为导致系统暂态电压失稳的置换前，全部已置换的新能源机组容量。即本发明能够实现电网新能源置换能力的量化预测评估，能够更方便清楚为实际运行电网中新能源出力与常规机组出力频繁置换提供指导，保障电网稳定运行。
可选的，所述约束故障的确定包括：
根据电网拓扑数据确定电网数学模型；
根据所述运行状态数据确定电网当前运行方式；
根据电网数学模型和电网当前运行方式，基于预设的预想故障集和电压安全二元表进行电网时域仿真，计算各预想故障下的系统电压安全裕度；
选择最小系统电压安全裕度对应的预想故障，作为所述约束故障。
可选的，本发明中，对应预设预想故障集中的多个预想故障设有至少一个电压安全二元表，表示为：
可选的，约束故障下各常规机组对预设电网关键节点电压的灵敏度计算方法包括：
分别计算在约束故障下调整各常规机组出力的系统电压稳定裕度；
根据系统电压稳定裕度，计算各可置换的常规机组对所述电网关键节点的电压-出力灵敏度δγj，为：
δγj＝ηvj/δpj
其中，ηvj为对应第j个常规机组的电压稳定裕度，δpj为第j个常规机组的出力调整量。
可选的，所述电网当前运行方式暂态约束下的新能源最大接纳能力的确定包括步骤：
s01，对于当前可置换且尚未置换的常规机组，将灵敏度最小的常规机组等容量置换为新能源机组；
s02，计算置换后暂态电压约束下的系统暂态电压稳定裕度；
s03，判断计算得到的系统暂态电压稳定裕度是否小于预设阈值：
响应于所述系统暂态电压稳定裕度小于预设阈值，转至步骤s04；
响应于所述系统暂态电压稳定裕度不小于预设阈值，则计算当前次置换后，约束故障下尚未置换的各常规机组对预设电网关键节点电压的灵敏度，转至步骤s01-s03；
s04，停止置换，将上一次置换后的电网运行方式作为当前运行方式的最大新能源接纳能力。
可选的，所述电网当前运行方式暂态约束下的新能源最小接纳能力的确定包括步骤：
s11，对于当前可置换且尚未置换的常规机组，将灵敏度最大的常规机组等容量置换为新能源机组；
s12，计算置换后暂态电压约束下的系统暂态电压稳定裕度；
s13，判断计算得到的系统暂态电压稳定裕度是否小于预设阈值：
响应于所述系统暂态电压稳定裕度小于预设阈值，转至步骤s14；
响应于所述系统暂态电压稳定裕度不小于预设阈值，则计算当前次置换后，约束故障下尚未置换的各常规机组对预设电网关键节点电压的灵敏度，转至步骤s11-s13；
s14，停止置换，将上一次置换后的电网运行方式作为当前运行方式的最小新能源接纳能力。
本发明以上所述仿真置换皆为通过时域仿真实现相关的置换以及置换后的计算、判断等过程。
第二方面，本发明提供一种考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定装置，包括：
数据获取模块，被配置用于获取电网拓扑数据，以及采集电网运行状态数据；
约束故障确定模块，被配置用于根据电网拓扑数据以及所述运行状态数据，确定当前运行方式下受暂态电压约束的约束故障；
灵敏度计算模块，被配置用于计算所述约束故障下，各常规机组出力对预设电网关键节点电压的灵敏度；
新能源接纳能力确定模块，被配置用于对于可置换的常规机组，根据灵敏度进行排序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，根据上一次置换后的电网运行方式确定电网当前运行方式暂态约束下的新能源接纳能力。
可选的，所述新能源接纳能力确定模块对于可置换的常规机组，根据灵敏度进行排序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，根据上一次置换后的电网运行方式确定电网当前运行方式暂态约束下的新能源接纳能力，包括：
对于可置换的常规机组，按照灵敏度从小到大的顺序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，将上一次置换之后全部已置换的新能源机组容量，作为电网当前运行方式暂态约束下的新能源最大接纳能力；
用于对于可置换的常规机组，按照灵敏度从大到小的顺序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，将上一次置换之后全部已置换的新能源机组容量，作为电网当前运行方式暂态约束下的新能源最小接纳能力。
可选的，所述约束故障确定模块进行约束故障的确定包括：
根据电网拓扑数据确定电网数学模型；
根据所述运行状态数据确定电网当前运行方式；
根据电网数学模型和电网当前运行方式，基于预设的预想故障集和电压安全二元表进行电网时域仿真，计算各预想故障下的系统电压安全裕度；
选择最小系统电压安全裕度对应的预想故障，作为所述约束故障。
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定方法。
有益效果
本发明基于暂态安全稳定量化分析理论和方法，通过分析电网约束故障下常规机组与新能源置换对系统暂态电压稳定裕度的影响，实现对电网的新能源接纳能力进行估算预测。利用本发明能够为实际运行电网中新能源出力与常规机组出力频繁置换提供快速的新能源接纳能力评估和置换调度指导，保障电网安全稳定运行。
附图说明
图1所示为本发明方法流程示意图；
图2所示为本发明一种实施例的具体流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
实施例1
参考图1所示，本实施例介绍一种考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定方法，包括：
获取电网拓扑数据，以及采集电网运行状态数据；
根据电网拓扑数据以及所述运行状态数据，确定当前运行方式下受暂态电压约束的约束故障；
计算所述约束故障下，各常规机组出力对预设电网关键节点电压的灵敏度；
对于可置换的常规机组，根据灵敏度进行排序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，根据上一次置换后的电网运行方式确定电网当前运行方式暂态约束下的新能源接纳能力。
实施例1-1
基于实施例1，本实施例具体介绍一种考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定方法流程，参考图2所示，方法具体涉及以下内容。
一、获取数据
具体应用时，本发明所获取的数据可以包括：电网运行方式相关数据、电网拓扑相关数据、预设的预想故障集、预设的电压安全二元表、以及预先筛选出的系统关键母线uv等数据。
以上数据获取用于时域仿真，其中根据电网拓扑数据可确定电网数学模型，根据电网实时运行状态数据可确定时域仿真的电网当前运行方式。时域仿真具体可参考现有技术。
二、基于获取的数据进行时域仿真，确定当前运行方式下受暂态电压约束的约束故障。
这一步的具体操作为：根据电网数学模型和电网当前运行方式，基于预设的预想故障集和电压安全二元表进行电网时域仿真，计算各预想故障下的系统电压安全裕度；选择最小系统电压安全裕度对应的预想故障，作为所述约束故障。
电压安全二元表描述暂态过程对电压安全性要求的信息，由给定电压偏移门槛值ucr和偏出此给定值的电压异常持续时间
本实施例中，对应预设预想故障集中的多个预想故障设有至少一个电压安全二元表，表示为：
三、计算约束故障下各常规机组出力对预设电网关键节点电压的灵敏度
灵敏度计算方法为：
将预先筛选出的系统关键母线作为电压监视母线，确定电网关键电压节点；
通过时域仿真计算，分别得到约束故障下调整各常规机组出力(即以某一设定的调整量置换各常规机组的容量)对应的系统电压稳定裕度ηv1,ηv2,ηv3…,ηvj，其中j为可置换常规机组的个数；
根据系统电压稳定裕度，计算各可置换的常规机组对所述电网关键节点的电压-出力灵敏度δγj，为：
δγ1＝ηv1/δp1、δγ2＝ηv2/δp2,…δγj＝ηvj/δpj
其中，ηvj为对应第j个常规机组的电压稳定裕度，δpj为第j个常规机组的出力调整量。
四、暂态约束下电网新能源接纳能力的确定
电网当前运行方式暂态约束下的新能源接纳能力的确定，包括新能源最大接纳能力和最小接纳能力的确定，可采用以下方案确定：
对于可置换的常规机组，按照灵敏度从小到大的顺序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，根据上一次置换后的电网运行方式确定电网当前运行方式暂态约束下的新能源最大接纳能力；
对于可置换的常规机组，按照灵敏度从大到小的顺序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，根据上一次置换后的电网运行方式确定电网当前运行方式暂态约束下的新能源最小接纳能力。
上述当前运行方式的新能源最大/最小接纳能力可为，导致系统暂态电压失稳的置换前，全部已置换的新能源机组容量。以下介绍新能源接纳能力确定的具体步骤。
4-1)暂态约束下电网当前运行方式暂态约束下的新能源最大接纳能力的确定包括步骤：
s01，对于当前可置换且尚未置换的常规机组，将灵敏度最小的常规机组等容量置换为新能源机组；
s02，计算置换后暂态电压约束下的系统暂态电压稳定裕度；
s03，判断计算得到的系统暂态电压稳定裕度是否小于预设阈值：
响应于所述系统暂态电压稳定裕度小于预设阈值，转至步骤s04；
响应于所述系统暂态电压稳定裕度不小于预设阈值，则计算当前次置换后，约束故障下尚未置换的各常规机组对预设电网关键节点电压的灵敏度，转至步骤s01-s03；
s04，停止置换，将上一次置换后的电网运行方式作为当前运行方式的最大新能源接纳能力。
以上新能源最大接纳能力的确定流程也即图2中所示的：
等容量新能源置换当前δγj最小的常规机组，对应步骤s01；
通过时域仿真，求取约束故障下的系统暂态电压稳定裕度ηv大，对应步骤s02；
将系统暂态电压稳定裕度与预设阈值比较，如预设阈值即ζ，为最低可接受与暂态电压稳定裕度，则：若ηv大＞ζ，则重新计算约束故障下各未置换常规机组出力对预设电网关键节点电压的灵敏度，并继续置换、计算和比较等；对应步骤s03
若ηv大＜ζ，则退回到上一轮等容量新能源与常规机组置换工况下，将上一次置换后电网运行方式下所有已置换的新能源容量作为当前网架暂态电压约束下的新能源最大接纳能力，对应步骤s04。
4-2)暂态约束下电网当前运行方式暂态约束下的新能源最小接纳能力的确定包括步骤：
s11，对于当前可置换且尚未置换的常规机组，将灵敏度最大的常规机组等容量置换为新能源机组；
s12，计算置换后暂态电压约束下的系统暂态电压稳定裕度；
s13，判断计算得到的系统暂态电压稳定裕度是否小于预设阈值：
响应于所述系统暂态电压稳定裕度小于预设阈值，转至步骤s14；
响应于所述系统暂态电压稳定裕度不小于预设阈值，则计算当前次置换后，约束故障下尚未置换的各常规机组对预设电网关键节点电压的灵敏度，转至步骤s11-s13；
s14，停止置换，将上一次置换后的电网运行方式作为当前运行方式的最小新能源接纳能力。
以上新能源最小接纳能力的确定流程也即图2中所示的：
等容量新能源置换当前δγj最大的常规机组，对应步骤s11；
通过时域仿真，求取约束故障下的系统暂态电压稳定裕度ηv大，对应步骤s12；
将系统暂态电压稳定裕度与预设阈值比较，如预设阈值即ζ，为最低可接受与暂态电压稳定裕度，则：若ηv大＞ζ，则重新计算约束故障下各未置换常规机组出力对预设电网关键节点电压的灵敏度，并继续置换、计算和比较等；对应步骤s13
若ηv大＜ζ，则退回到上一轮等容量新能源与常规机组置换工况下，将上一次置换后电网运行方式下所有已置换的新能源容量作为当前网架暂态电压约束下的新能源最小接纳能力，对应步骤s14。
实施例2
一种考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定装置，包括：
数据获取模块，被配置用于获取电网拓扑数据，以及实时采集电网运行状态数据；
约束故障确定模块，被配置用于根据电网拓扑数据以及所述运行状态数据，确定当前运行方式下受暂态电压约束的约束故障；
灵敏度计算模块，被配置用于计算所述约束故障下，各常规机组出力对预设电网关键节点电压的灵敏度；
以及，新能源接纳能力确定模块，被配置用于对于可置换的常规机组，根据灵敏度进行排序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，根据上一次置换后的电网运行方式确定电网当前运行方式暂态约束下的新能源接纳能力。
本实施例中，各功能模块的具体功能实现参考实施例1中相关方法过程的具体内容，例如：
新能源接纳能力确定模块包括：
新能源最大接纳能力确定子模块，被配置用于对于可置换的常规机组，按照灵敏度从小到大的顺序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，将上一次置换之后全部已置换的新能源机组容量，作为电网当前运行方式暂态约束下的新能源最大接纳能力；
以及，新能源最小接纳能力确定子模块，被配置用于对于可置换的常规机组，按照灵敏度从大到小的顺序，依次等容量仿真置换为新能源机组，响应于任一次置换后系统暂态电压失稳，将上一次置换之后全部已置换的新能源机组容量，作为电网当前运行方式暂态约束下的新能源最小接纳能力。
约束故障确定模块进行约束故障的确定包括：
根据电网拓扑数据确定电网数学模型；
根据所述运行状态数据确定电网当前运行方式；
根据电网数学模型和电网当前运行方式，基于预设的预想故障集和电压安全二元表进行电网时域仿真，计算各预想故障下的系统电压安全裕度；
选择最小系统电压安全裕度对应的预想故障，作为所述约束故障。
实施例3
本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例1所介绍的考虑暂态电压约束的电网新能源接纳能力确定方法。
以上实施例可以看出，本发明基于暂态安全稳定量化分析理论和方法，在量化评估电网约束故障下常规机组与新能源置换对故障后暂态电压稳定裕度影响的基础上，提出了一种新能源与常规机组置换对预想故障后暂态稳定裕度影响的新能源接纳能力量化估算预测方案，能为实际运行电网中新能源出力与常规机组出力频繁置换提供快速的新能源接纳能力评估，保持电网稳定。
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。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
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