一种考虑不同运行方式的交直流电网断面分层识别方法

1.本技术涉及交直流混联电网规划领域，尤其涉及一种考虑不同运行方式的交直流电网断面分层识别方法。


背景技术：

2.大量电力电子接口的接入和大规模新能源的应用使电力系统向着高比例可再生能源和高比例电力电子设备趋势快速发展。“双高”电力系统具有全新的、更加复杂的特征，如在一次能源特性、元件数量和元件种类等方面与传统的电力系统相比差异显著。识别新能源接入下交直流混联的“双高”电力系统的关键断面，保障交直流混联电网的安全运行是重大和紧迫的国家需求。
3.但是，在对电网关键断面进行识别时，由于系统的实际运行方式、故障场景数和新能源场景数众多，计算速度慢。对于实际大规模交直流混联电网，故障场景数急剧增加，导致断面识别的效率明显降低，难以适应实际大规模混联电网的计算需求。


技术实现要素：

4.本技术提供一种考虑不同运行方式的交直流电网断面分层识别方法，先通过新能源机组与火电机组的对偶变换方法生成多种不同的运行方式，再对各运行方式进行故障场景缩减，对每种运行方式下的不同k系数对应的故障场景进行断面识别的并行计算，提升交直流混联系统的关键断面识别效率。
5.为达到上述目的，本技术提供了一种考虑不同运行方式的交直流电网断面分层识别方法，包括以下步骤：
6.步骤1：获取系统的拓扑结构；
7.步骤2：根据系统中元件的个数设置k系数，并根据预设的故障概率阈值确定k系数的上限值；其中，所述k系数为系统中同时出现故障的元件的个数；
8.步骤3：在预设波动范围内调整交直流换流站的换流功率，基于新能源机组与火电机组对偶变化实际出力的方法，生成多种运行方式；
9.步骤4：基于小于上限值的各个k系数对在多种运行方式下系统各输电断面的最大负载率进行并行计算；
10.步骤5：根据步骤4中并行计算的结果，从各个最大负载率中选择最大值，利用最大值确定各个输电断面是否安全运行。
11.进一步地，所述步骤s3具体包括：
12.s31：调整交直流换流站的换流功率，从调整换流功率后系统的运行状态中提取当前新能源机组以及火电机组的实际出力和额定容量，并根据实际出力和额定容量计算系统总负荷；
13.s32：设定目标运行状态下新能源机组的出力占比x％，并计算目标状态下新能源机组的出力总数和火电机组的出力总数；
14.s33：判断目标新能源机组的出力总数是否小于额定值且目标火电机组的出力总数是否大于最小出力总数，若是，转入步骤s34；反之，令x＝x-1，并转入步骤s32；
15.s34：将当前新能源机组的出力总数按照比例r1增大，将当前火电机组的出力总数按照比例r2减小；其中：
[0016][0017][0018]
s35：判断各个火电机组的实际出力是否均高于其最小出力，若是，转入步骤s37，若否，转入步骤s36；
[0019]
s36：将低于最小出力的火电机组实际出力设置为其最小出力，并将其余火电机组出力按比例r
3i
减小；
[0020][0021]
s37：判断各个新能源机组的实际出力是否均小额定值，若是，转入步骤s39，若否，转入步骤s38；
[0022]
s38：将高于额定容量的新能源机组的实际出力设置为其额定值，并将其余新能源机组出力按比例r
4i
增大；
[0023][0024]
s39：生成新能源占比为x％的运行方式；
[0025]
进一步地，所述步骤s3还包括：s310：重新调整交直流换流站的换流功率，重复步骤s31-s39，直至生成多种运行方式。
[0026]
进一步地，所述步骤s39还包括：重新设定新能源的出力占比，重复步骤s32-s39。
[0027]
进一步地，所述步骤4中在任意一种运行方式下系统各输电断面的最大负载率的计算步骤均包括：
[0028]
步骤41：枚举出小于上限值的k系数，对在小于上限值的各个k系数下系统各输电断面的最大负载率进行并行计算；
[0029]
步骤42：根据步骤41中并行计算的结果，计算在当前运行方式下交直流电网的各输电断面的最大负载率；
[0030]
其中，对在任意一个小于上限值的k系数下系统各输电断面的实际负载率的计算均具体包括：
[0031]
s411：根据当前k系数的取值枚举出当前k系数所包含的故障场景m，并确定每个故障场景m分别对应的系统状态以及系统状态的总数m；
[0032]
s412：初始化系统状态，设置初始系统状态编码m＝1；
[0033]
s413：确定当前系统交流部分、直流部分、换流站部分和发电机部分的状态、负荷的实际值以及新能源机组的实际出力值；
[0034]
s414：根据步骤s4213得到的交流部分、直流部分、换流站部分和发电机部分的状态修正系统的拓扑结构，并根据修正后的拓扑结构分析系统的潮流；
[0035]
s415：计算当前系统状态下的各输电断面的实际断面负载率；
[0036]
s416：判断迭代次数是否达到设定值m，若是，转入步骤s4217；否则系统状态编号m＝m+1，转入步骤s4213；
[0037]
s417：计算当前k系数的取值下系统各断面的最大负载率。
[0038]
进一步地，所述步骤2具体包括：
[0039]
s21：根据系统中元件的总数设置多个k系数并预设故障概率阈值，其中，所述k系数为系统中同时出现故障的元件的个数，k系数的数量与系统中元件的个数相同；
[0040]
s22：设系统中有n个元件同时出现故障，根据系统中各个元件的强迫停运率计算系统中n个元件同时出现故障时的最大概率；
[0041]
s23：令最大概率小于预设的故障概率阈值，计算得到k系数的上限值。
[0042]
进一步地，步骤1还包括：获取新能源出力模型和负荷波动模型；
[0043]
所述步骤s413中负荷的实际值以及新能源机组的实际出力值的确定步骤包括：基于新能源出力模型和负荷波动模型，并由当前的模拟运行时刻确定负荷的波动率和新能源的波动率；将在运行方式中的相应值分别与负荷的波动率和新能源的波动率相乘，计算得到负荷的实际值以及新能源机组的实际出力值。
[0044]
进一步地，所述步骤s414中分析系统的潮流采用的是交直流混联电网潮流的交替迭代计算算法。
[0045]
进一步地，所述步骤s415包括：
[0046]
针对每一输电断面，根据s414中的潮流计算结果，计算构成该输电断面的所有传输线的实际传输功率之和；
[0047]
针对每一输电断面，计算当前输电断面的实际负载率；其中，实际负载率的计算公式为：
[0048][0049]
本技术相比现有技术具有以下有益效果：
[0050]
1)本技术采用基于新能源机组与火电机组对偶变换的运行方式生成方法，能够快速改变电网中新能源发电量的占比，生成多种运行方式，适应了大规模交直流混联电网的实际检测计算需求。
[0051]
2)在评估过程中，嵌入了交直流潮流交替迭代算法，实现对系统潮流的快速分析计算。
[0052]
3)采用多种故障状态并行评估方法，有效缩减了故障场景，保留了停运概率较大的故障场景；并且可以采用并行计算，进一步提升了计算效率，能够适应大规模电网的计算需求。
[0053]
4)采用分层识别的方法，同时考虑运行方式和新能源的波动性对交直流混联电网关键断面的影响。第一层，考虑多种新能源占比和换流站实际换流功率的不同种运行方式；第二层，对各运行方式进行k系数缩减后的断面识别。即，在各运行方式的基础上，根据新能源和负荷的波动模型，改变新能源和负荷的波动率。将这种新能源时序出力模型应用于枚举出的k系数下故障场景，用序贯的方法有效识别了以新能源为主体的交直流混联电网关键断面。最终通过分层统计各断面的最大负载率，充分考虑了不同运行方式下，新能源的波
动性对电网关键断面带来的影响，可为电力系统设计规划人员提供量化的指标。
附图说明
[0054]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0055]
图1为交直流电网断面分层识别方法的流程图；
[0056]
图2为新能源机组与火电机组对偶变换的运行方式生成方法图；
[0057]
图3为任一运行方式下的任一k系数故障场景断面识别流程图；
[0058]
图4为西北某省220kv以上电网的局部连接图；
[0059]
图5为西北某省不同运行方式下识别断面1的结果图。
具体实施方式
[0060]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0061]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0062]
在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0063]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0064]
参照图1，本实施例1提供一种考虑不同运行方式的交直流电网断面分层识别方法，包括以下步骤：
[0065]
步骤1：获取系统的拓扑结构、各断面传输容量、新能源波动模型和负荷波动模型。
[0066]
步骤2：根据系统中元件的个数设置k系数，并根据预设的故障概率阈值确定k系数的上限值。k系数为整个系统存在故障元件的个数，那么k系数的上限值即为系统中最多有几个元件同时出现故障。步骤2具体包括：
[0067]
s21：根据系统内元件的总数设置多个k系数并预设故障概率阈值，k系数的数量与元件的个数相同。
[0068]
s22：设系统中有n个元件同时出现故障，根据系统中各个元件的强迫停运率计算系统中n个元件同时出现故障时的最大概率；系统中n个元件同时出现故障时的最大概率
为：
[0069][0070][0071]
式中，ρ1,ρ2,
…
,ρn为强迫停运率，s
off
为故障元件的集合，s
on
为正常工作元件的集合。
[0072]
s23：令最大概率小于预设的故障概率阈值，计算得到k系数的上限值，使得k＝k1，k2，
…
，ki，
…
，kn。
[0073]
步骤3：在预设波动范围内调整交直流换流站换流功率的设定值，基于新能源机组与火电机组对偶变化实际出力的方法，生成多种运行方式。波动范围为实际换流站的建议运行区间，在此区间内调整即可。
[0074]
步骤4：基于小于上限值的各个k系数对在多种运行方式下系统各输电断面的最大负载率进行并行计算。在任意一种运行方式下系统各输电断面的最大负载率的计算步骤均包括：
[0075]
步骤41：枚举出小于上限值的k系数，对在小于上限值的各个k系数下系统各输电断面的最大负载率进行并行计算；
[0076]
步骤42：根据步骤41中并行评估的结果，取结果中的最大值为当前运行方式下交直流电网的各输电断面的最大负载率；
[0077]
步骤5：根据步骤42并行计算的结果，确定各个输电断面是否安全运行。若最大负载率》1，则该输电断面越限，不安全；反之不越限，安全。
[0078]
参见图2，步骤s3具体包括：
[0079]
s31：调整交直流换流站的换流功率，从调整换流功率后系统的运行状态中提取新能源机组以及火电机组的实际出力和额定容量，并根据实际出力和额定容量计算系统总负荷。运行状态是指包括拓扑结构在内的所有电气量。包括机组是运行还是停运，实际出力值等。
[0080]
s32：设定目标运行状态下新能源机组的出力占比x％，并计算目标状态下新能源机组的出力总数和火电机组的出力总数。新能源机组的出力占比可以在一个区间内波动，可根据需要设定，可以为20％或30％。
[0081]
s33：判断目标新能源机组的出力总数是否小于额定值且目标火电机组的出力总数是否大于最小出力总数，若是，转入步骤s34；反之，令x＝x-1，并转入步骤s32；
[0082]
s34：将当前新能源机组的出力总数按照比例r1增大，将当前火电机组的出力总数按照比例r2减小；其中：
[0083][0084][0085]
s35：判断各个火电机组的实际出力是否均高于其最小出力，若是，转入步骤s37，
若否，转入步骤s36；
[0086]
s36：将低于最小出力的火电机组实际出力设置为其最小出力，并将其余火电机组出力按比例r
3i
减小；对于任意实际出力未降至最小出力的火电机组i都有：
[0087][0088]
s37：判断各个新能源机组的实际出力是否均小额定值，若是，转入步骤s39，若否，转入步骤s38；
[0089]
s38：将高于额定容量的新能源机组的实际出力设置为其额定值，并将其余新能源机组出力按比例r
4i
增大；对于任意实际出力未达到额定容量的新能源机组i都有
[0090][0091]
s39：生成新能源占比为x％的运行方式，即按照上述计算得到的火电机组、新能源机组出力来运行系统；
[0092]
s310：在波动范围再次调整新能源机组的出力占比，重复步骤s31-s39，直至生成多种运行方式。r1、r2、r
3i
、r
4i
是根据算例计算的。
[0093]
步骤s39还包括：在波动范围再次调整新能源机组的出力占比，重复步骤s32-s39，直至生成多种运行方式。
[0094]
参见图3，对在任意一个小于上限值的k系数下系统各输电断面的实际负载率的计算均具体包括：
[0095]
s411：根据当前k系数的取值枚举出当前k系数所包含的故障场景m，并确定每个故障场景m分别对应的系统状态以及系统状态的总数m；
[0096]
s412：初始化系统状态，设置初始系统状态编码m＝1；
[0097]
s413：确定当前系统交流部分、直流部分、换流站部分和发电机部分的状态、负荷的实际值以及新能源机组的实际出力值；
[0098]
负荷的实际值以及新能源机组的实际出力值的确定步骤包括：基于新能源出力模型和负荷波动模型，并由当前的模拟运行时刻确定负荷的波动率和新能源的波动率；将在运行方式中的相应值分别与负荷的波动率和新能源的波动率相乘，计算得到负荷的实际值以及新能源机组的实际出力值。相应值为负荷和新能源的初始值、基准值。比如额定是100mw，波动率0.8，那么负荷实际值就是100*0.8＝80mw。
[0099]
s414：根据步骤s413得到的交流部分、直流部分、换流站部分和发电机部分的状态修正系统的拓扑结构，并根据修正后的拓扑结构分析系统的潮流；分析系统的潮流采用的是交直流混联电网潮流的交替迭代计算算法。
[0100]
s415：计算当前系统状态下的各输电断面的实际断面负载率；
[0101]
针对每一输电断面，根据s414中的潮流计算结果，计算构成该输电断面的所有传输线的实际传输功率之和；
[0102]
针对每一输电断面，计算当前输电断面的实际负载率；其中，实际负载率的计算公式为：
[0103]
[0104]
s416：判断迭代次数是否达到设定值m，若是，转入步骤s417；否则系统状态编号m＝m+1，转入步骤s413；
[0105]
s417：计算当前k系数的取值下系统各断面的最大负载率。
[0106]
实施例2：利用本技术识别方法对西北某省关键断面进行识别，
[0107]
对于西北某省220kv以上交直流混联电网(局部结构见图4)，从0～6000mw改变其sw直流换流站的实际换流功率。同时，从5％～50％变换电网的新能源占比，得到不同的运行方式。针对断面1，进行考虑不同运行方式的交直流电网断面分层识别，结果如图5所示。
[0108]
以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。